PARALLEL COMPUTING

PENGANTAR KOMPUTASI 

MODERN

Parallel Computing

Abstrak

     Kemajuan Teknologi jaman sekarang sangat pesat. masyarakat berlomba - lomba untuk mempelajari teknologi - teknologi baru yang tentunya lebih canggih. Teknologi computer adalah sebuah hal yang sangat pesat perkembangan dan kemajuannya pada jaman sekarang. Parallel computation adalah suatu teknik untuk mengerjakan suatu perhitungan yang besar dan memerlukan waktu yang lama dengan memecah menjadi beberapa bagian dan mengerjakannya secara independen di prosesor yang berbeda.

 Pendahuluan

     Enkripsi merupakan teknik yang umum digunakan untuk meningkatkan keamanan suatu data, tak terkecuali untuk citra. Tidak terkecuali untuk citra. Sebagai tambahan dalam level keamanan, kecepatan eksekusi suatu algoritma enkripsi menjadi bagian yang paling penting. Salah satu algoritma enkripsi yang cukup luas diterapkan adalah Advanced Encryption Standards (AES). AES menggunakan key yang lebih panjang daripada algoritma Data Encryption Standard (DES). 

     Java Parallel Programming Framework (JPPF) merupakan framework untuk pemrosesan paralel yang menggunakan bahasa pemrograman Java. Pada JPPF tersedia beberapa strategi pendistribusian job untuk mengoptimalkan performa dengan menyesuaikan jumlah task yang dikirim ke setiap slave. JPPF juga memiliki mekanisme untuk menanggulangi masalah apabila terjadi kegagalan komunikasi dengan master.

Pembahasan

Definisi

     Parallel computation adalah suatu teknik untuk mengerjakan suatu perhitungan yang besar dan memerlukan waktu yang lama dengan memecah menjadi beberapa bagian dan mengerjakannya secara independen di prosesor yang berbeda. Jurnal yang akan di-review ini membahas tentang implementasi komputasi paralel untuk mengenkripsi berkas citra menggunakan AES dengan menggunakan JPPF.

     Komputasi paralel biasanya diperlukan pada saat terjadinya pengolahan data dalam jumlah besar ( di industri keuangan, bioinformatika, dll ) atau dalam memenuhi proses komputasi yang sangat banyak. Selanjutnya, komputasi paralel ini juga dapat ditemui dalam kasus kalkulasi numerik dalam penyelesaian persamaan matematis di bidang fisika ( fisika komputasi ), kimia ( kimia komputasi ), dll. Dalam menyelesaikan suatu masalah, komputasi paralel memerlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel.

     Konsep paralel adalah sebuah kemampuan prosesor untuk melakukan sebuah tugas ataupun banyak tugas secara simultan ataupun bersamaan, dengan kata lain prosesor mampu melakukan satu ataupun banyak tugas dalam satu waktu.

Kajian Teori

     Komputasi paralel adalah suatu teknik untuk mengerjakan suatu perhitungan yang besar dan memerlukan waktu yang lama dengan memecah menjadi beberapa bagian dan mengerjakannya secara independen di prosesor yang berbeda.

Terdapat beberapa style pemrograman paralel, antara lain:

1. SPMD (Single Program, Multiple Data), yaitu data dan program didistribusikan ke tiap prosesor, eksekusi dilakukan sesuai jadwal yang telah ditentukan. Tiap prosesor mengeksekusi program yang sama tetapi data yang diproses berbeda.
2. Master/slave, yaitu satu prosesor bertindak sebagai master, dan ada beberapa prosesor yang menjadi slave kepada master tersebut.
3. MPMD (Multiple Program, Multiple Data), yaitu program dan data didistribusikan ke tiap-tiap prosesor, tiap prosesor mengeksekusi program yang berbeda dan data yang berbeda.

     JPPF adalah adalah suatu framework yang dibangun dengan bahasa Java. JPPF memungkinkan aplikasi dengan kebutuhan komputasi yang tinggi agar dapat berjalan pada sejumlah komputer, dalam rangka untuk mengurangi waktu pemrosesan. Hal ini dilakukan dengan membagi aplikasi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil yang dapat dieksekusi secara bersama-sama di mesin yang berbeda.

   Keunggulan JPPF terhadap framework lain adalah JPPF menyediakan beberapa strategi pendistribusian job untuk mengoptimalkan performa dengan menyesuaikan jumlah task yang dikirim ke setiap slave. Tiap strategi distribusi job memiliki keunggulan terhadap suatu jenis permasalahan yang akan diselesaikan secara paralel. Selain itu, JPPF memiliki fitur mekanisme untuk menangani kegagalan komunikasi. Secara otomatis JPPF client dan slave akan mencari master yang aktif apabila pada suatu saat terjadi gangguan dalam komunikasi.

Speedup

       Uji coba enkripsi citra menggunakan komputasi paralel dilakukan menggunakan 8 komputer yang berperan sebagai slave. Salah satu dari 8 komputer tersebut juga berperan sebagai master sekaligus client, yaitu PC1. Pada uji coba ini digunakan beberapa citra dengan ukuran resolusi yang berbeda dan strategi distribusi manual dengan ukuran task per slave adalah satu. Pada uji coba dengan membandingkan waktu komputasi paralel dengan waktu eksekusi single pada PC1, diperoleh rata-rata speedup sebesar 1,65. Sedangkan pada uji coba dengan membandingkan waktu komputasi paralel dengan waktu eksekusi single pada PC2, diperoleh rata-rata speedup sebesar 0,82.

Pengaburan isi citra

     Uji coba fungsionalitas menjelaskan pengaburan isi citra yang dihasilkan dari enkripsi. Citra plaintext yang digunakan sebagai masukan uji coba adalah citra Lenna dengan penggunaan RGB dominan pada area tententu. Pada citra ciphertext hasil enkripsi, penggunaan RGB cukup merata, dan juga tidak terlihat adanya dominasi warna seperti pada citra plaintext. Citra ciphertext dihasilkan oleh enkripsi dengan algoritma AES menggunakan modus ECB dan CTR.

Architectural Parallel Computer

     Menurut seorang Designer Processor, taksonomi Flynn, Arsitektur Komputer dibagi menjadi 4 baguan, yaitu :

1. SISD (Single Instruction, Single Data) adalah satu-satunya yang menggunakan arsitektur Von Neumann. Ini dikarenakan pada model ini hanya digunakan 1 processor saja. Oleh karena itu model ini bisa dikatakan sebagai model untuk komputasi tunggal. Sedangkan ketiga model lainnya merupakan komputasi paralel yang menggunakan beberapa processor.
2. SIMD (Single Instruction, Multiple Data) menggunakan banyak processor dengan instruksi yang sama, namun setiap processor mengolah data yang berbeda. Sebagai contoh kita ingin mencari angka 27 pada deretan angka yang terdiri dari 100 angka, dan kita menggunakan 5 processor. Pada setiap processor kita menggunakan algoritma atau perintah yang sama, namun data yang diproses berbeda. Misalnya processor 1 mengolah data dari deretan / urutan pertama hingga urutan ke 20, processor 2 mengolah data dari urutan 21 sampai urutan 40, begitu pun untuk processor-processor yang lain. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SIMD adalah ILLIAC IV, MasPar, Cray X-MP, Cray Y-MP, Thingking Machine CM-2 dan Cell Processor (GPU).
3. MISD (Multiple Instruction, Single Data) menggunakan banyak processor dengan setiap processor menggunakan instruksi yang berbeda namun mengolah data yang sama. Hal ini merupakan kebalikan dari model SIMD. Untuk contoh, kita bisa menggunakan kasus yang sama pada contoh model SIMD namun cara penyelesaian yang berbeda. Pada MISD jika pada komputer pertama, kedua, ketiga, keempat dan kelima sama-sama mengolah data dari urutan 1-100, namun algoritma yang digunakan untuk teknik pencariannya berbeda di setiap processor. Sampai saat ini belum ada komputer yang menggunakan model MISD.
4. MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) menggunakan banyak processor dengan setiap processor memiliki instruksi yang berbeda dan mengolah data yang berbeda. Namun banyak komputer yang menggunakan model MIMD juga memasukkan komponen untuk model SIMD. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L. 

Penutup

     Penggunaan warna pada citra hasil enkripsi menunjukkan pengaburan dengan persebaran RGB yang merata. Hal ini menyebabkan pola-pola pada citra menjadi sulit untuk dikenali secara langsung. Implementasi komputasi paralel berhasil memberikan waktu komputasi yang lebih cepat. Speedup yang diperoleh dengan membandingkan waktu komputasi paralel terhadap waktu komputasi pada komputer dengan spesifikasi frekuensi prosesor 2,53 GHz satu core adalah rata-rata sebesar 1,65. Sedangkan speedup yang diperoleh dengan membandingkan waktu komputasi paralel terhadap waktu komputasi pada komputer dengan spesifikasi yang lebih tinggi adalah rata-rata kurang dari 1.

Referensi :

• pradinels.over-blog.com/2016/05/jurnal-paralel-computation.html
• Jurnal : Implementasi Komputasi Paralel Untuk Enkripsi Citra Berbentuk AES Menggunakan JPPF, Mohammad Zarkasi, Waskitho Wibisono, dan FX. Arunanto (2013)
• JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
• en.wikipedia.org/wiki/Parallel_computing