Latar Belakang
Perusahaan IBM beberapa tahun lalu sudah
mempunyai rencana untuk membangun sebuah super komputer berdasarkan skala
petaflops dengan tujuan untuk digunakan dalam dibidang ilmu pengetahuan. Hal
ini diumumkan oleh IBM pada bulan Desember 1999 yang ditandai dengan
dilahirkannya dengan generasi awal dengan nama BlueGene/L.
Secara umum, BlueGene/L dibuat berbasiskan
prosesor PowerPC yang mendukung ukuran memory yang lebih besar dengan standar
lingkungan yang sama dengan penambahan dan modifikasi yang cukup banyak dari
standar sistem PowerPC biasanya.
Pembuatan BlueGene/L merupakan kerjasama
antara IBM dengan Lawrence Livermore National Laboratory. Proyek ini juga akan
menandingi super komputer yang ada sebelumnya yaitu Earth Simulator yang dibuat
oleh NEC di Yokohama, Jepang.
Pada tanggal 29 September 2003 walaupun
pemasangan BlueGene/L belum selesai, namun kecepatan prototipenya sudah
mencapai 36,01 teraflops dan sudah melampaui Earth Simulator dengan kecepatan
35,86 teraflops. Tak lama setelah itu, kecepatan BlueGene/L telah mencapai
70,72 teraflops.
Pada tanggal 24 Maret 2005, Departemen Energi
Amerika Serikat membeli super komputer BlueGene/L dengan kecepatan 135,5
teraflops itupun masih setengah pengerjaan untuk mencapai hasil akhir.
Sistem BlueGene/L dibuat dengan menggunakan
jumlah node (periperal yang terhubung/simpul) yang banyak dengan clock rate
yang sederhana dengan konsumsi daya yang serendah mungkin sehingga biaya yang
ditimbulkan juga dapat dikurangi. BlueGene/L menggunakan prosesor PowerPC yang
tertanam dalam perangkat CMOS, DRAM, dengan sistem on-chip yang memungkinkan
semua fungsi sistem dimasukan ke dalam prosesor pengolahan, prosesor
komunikasi, 3 level cache, dan hubungan jaringan dengan kecepatan tinggi, dan
dengan dual-prosesor, dual-prosesor salah satunya didesain untuk proses
komputasi dan yang lainnya untuk melakukan komunikasi agar dapat melakukan
komunikasi dengan dengan kecepatan yang lebih cepat. Kecepatan mencapai 360
teraflops hanya bisa dicapai jika menggunakan ke dua prosesor, jika hanya
setengah maka kecepatannya hanya mencapai 180 teraflops.
Komponen Sistem
BlueGene/L merupakan salah satu super komputer
untuk skala besar. Setelah selesai, sistem ini mempunyai 65.536 node yang
terdapat dalam 130 nm IBM CMOS 8SFG.
Masing-masing node sangat sederhana hanya
mempunyai dua prosesor dengan memori bertipe cip SDRAM. Masing-masing node juga
dibuat dengan 18 buah cip SDRAM per sirkuitnya. Dua node terdapat dalam satu
kartu pengolahan yang masing-masingnya memiliki dua prosesor. Ada 16 node dalam
satu papan node dan 16 buah papan node per bagiannya seperti ditunjukan pada gambar 1.
Gambar 1. Sebagian komponen sistem BG/L
Berdasarkan gambar, secara logikanya, jika rak
ditambah maka sistem akan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi lagi. Setiap
prosesor dapat melakuakan sekitar 4 operasi persiklusnya dan mencapai kinerja
kecepatan 1,4 teraflops untuk setiap setengah bagiannya. Secara teorinya,
setiap kabinet mampu memberikan kinerja kecepatan mencapai 2,8 terflops
walaupun dalam kenyataanya tidak sepenuhnya tercapai. Penambahan jumlah rak
yang dilakukuan menyebabkan keseluruhan sistem dapat mencapai kinerja kecepatan
mencapai 135,5 teraflops yang jauh lebih besar dari yang sebelumnya dan mampu
melampai kinerja super komputer sebelumnya yaitu Earth Simulator.
Selain mempunyai sual prosesor sebanyak 65.536
untuk pengolahan, BlueGene/L juga mempunyai prosesor perangkat keras sebanyak
1024 atau dalam setiap satu titik mempunyai 64 titik simpul pengolahan. Bagian
simpul perangkat (I/O) mempunyai sirkuit yang hampir sama dengan simpul
pengolahan, tetapi dengan tambahan memori eksternal yang lebih besar.
Masing-masing simpul pengolahan menangani tugasnya untuk fungsi komunikasi
dasar dengan file sistem dan fungsi untuk kinerja tinggi bagi yang membutuhkan.
Masing-masing simpul pengolahan mempunyai
sebuah sistem operasi sederhana yang mengatur fungsi dasar perangkat masukan
dan keluaran dan semua fungsi untuk kinerja paling tinggi.
Bagian penting lainnya dari sistem BlueGene/L
adalah kemampuannya untuk melayani beberapa pengguna dalam waktu yang
bersamaan. Hal ini bisa terjadi dengan membagi setiap bagiannya sehingga setiap
pengguna mempunyai satu set khusus dari setiap simpul untuk aplikasi pengguna
termasuk sumber daya untuk jaringan. Pembagian partisi ini diatur melalui
program sesuai dengan kebutuhan aplikasi pengguna. Bagian partisi inilah yang
dialokasikan sistem.
Hubungan Cip Link
Setiap batas bagian, semua jaringan BG/L akan
melalui cip penghubung. Sama dengan cip pengolahan BlueGene/L (BLC cip), cip
ini juga merupakan cip dalam bentuk sirkut berteknologi Cu-11 IBM [1]. Untuk
fungsi jaringan dan fungsi umum lainnya, kedua cip ini menggunakan fungsi
logika yang sama. Cip link ini mempunya dua fungis yaitu:
1. Menghubungkan sinyal antara setengah bagian
dengan setengah bagiannya dalam satu tempat, mengembalikan kecepatan sinyal ke
kecepatan yang tinggi.
2. Mengarahkan sinyal-sinyal ke port yang
berbeda.
Cip link ini merupakan fitur yang handal dalam
sistem BG/L yang akan menjalankan kembali konfigurasi ulang sistem jika terjadi
kesalahan dalam perangkat keras sehingga setiap simpul yang rusak yang terdapat
dalam setengah bagiannya tidak digunakan pengguna. Pengaturan ulang ini
dilakukan dengan mengalihkan koneksi port dalam link penghubung. Ini akan
membuat aplikasi pengguna melakukan pemulaian kembali ke konfigurasi awal.
Kemampuan dari cip penghubung ini untuk menghubungkan setiap setengah bagiannya
membuat pengguna akan lebih mudah dalam melakukan pengaturan.
Jaringan BlueGene/L
Komputer ini menggunakan lima jaringan
penghubung untuk perangkat keras masukan dan keluaran dan berbagai jenis sietem
komunikasi.
Hal ini akan menghubungkan 5 jaringan yang
berbeda:
1. Sebuah jaringan torus 3D untuk penyampaian
pesan pada setiap titik simpul.
2. Kombinasi secara keseluruhan untuk operasi
yang menghubungkan semua titip simpul.
3. Penghubung global dan gangguan jaringan.
4. Gigabit Ethernet sebagai jaringan yang
digunakan untuk mesin kontrol.
5. Jaringan Ethernet tambahan untuk untuk
melakukan koneksi ke sistem lainnya.
Gigabit Ethernet digunakan untuk untuk
memberikan dukungan terhadap pengaksesan file sistem, melakukan diagnosa,
proses debug, dan beberapa aspek inisialisasi.
Jaringan Torus Tiga-Dimensi
Jaringan torus merupakan jaringan yang
digunakan untuk penyampaian pesan aplikasi. Torus merupakan salah satu
jaringan terpenting selain aliran jaringan. Jaringan ini mendukung latenci yang
kecil dan bandwidth yang tinggi dalam penyampaian pesan dari suatu titik ke
titik lainnya. Melalui jaringan ini setiap simpul dapat berkomunikasi dengan
simpul lain tanpa ada pembatas.
Pesan yang dilewatkan akan dipecah menjadi
paket yang berbeda dengan ukuran antara 32 bite sampai 256 bite secara
bertahap.
Antara setengah bagian, link melayani dua
tujuan:
1. Memperkuat sinyal antara tiap setengah bagian.
2. Mengarahkan sinyal ke port yang berbeda.
Fitur-Fitur Node (Titik Simpul)
FPU (Floating Point Unit) merupakan unit eksekusi
khusus yang melakukan operasi pada setiap bilangan yang bukan bilangan bulat.
BlueGene/L mempunyai FPU ganda dalam arsitekturnya yang didapat dengan
penggabungan FPU dengan FPU lainnya. FPU ini dibagi dua yaitu FPU primer dan
FPU sekunder. FPU sekunder merukan salinan dari FPU primer (FPU utama) namun
mempunyai instruksi sendiri yang dapat melakukan operasi penambahan secara
paralel, pengalian, dan operasi selain aritmatika komplek.
Setiap simpul atau node dalam BG/L memiliki
dua prosesor PowerPC 440 dengan dengan targer kecepatan 700 MHz. Prosesor
mempunyai dua mode eksekusi yaitu:
1. Mode standar yaitu mode komunikasi yang
membuat satu prosesor melakukan semua komunikasi sementara prosesor lainnya
melakukan proses pengolahan umum.
2. Mode virtual, setiap prosesor mendapatkan
sumber daya yang dibagi untuk penggunaan jaringan dan memori.
Sistem Operasi
Simpul pengolahan menggunakan sistem operasi
Linux, dan simpul perangkat masukan keluaran menggunakan sistem berdasarkan
sistem Linux.
Simpul perangkat masukan dan keluaran
menyediakan antarmuka fisik ke sistem file dan berbagai proses yang memberatkan
simpul penghitung sesuai filosofi BG/L yaitu mendistribusikan instruksi ke
banyak prosesor.
Sistem Memori
Setiap inti prosesor memiliki 16 bite untuk
membaca dan menulis bus data dan 16 instruksi independen. Garis lebar L2 dan L3
adalah 128 byte. L2 mendeteksi pola akses data secara otomatis dan dan secara
simultan. L3 terdiri dari DRAM tertanam yang data diatur dan dapat ditambah
untuk meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.
Model Pemograman
Karena BlueGene/L dijalankan secara paralel
maka implementasi pesan-pesan yang disampaikan untuk komunikasi lebih efektif.
Aplikasi
Tidak semua aplikasi dapat dijalankan karena
sistem BG/L yang hanya untuk pengolahan umum seperti aplikasi ilmiah.
Arsitektur Blue Gene/L
Jika versi terakhir BlueGene/L selesai, superkomputer ini akan
menggunakan 65.536 prosesor dan memiliki kemampuan yang sangat dasyat hingga
360 teraflop. Kemampuan ini belum pernah dimiliki oleh superkomputer di era
terdahulu. Sebelumnya, Earth Simulator hanya terdiri dari 5.120 prosesor,
sedangkan Columbia terdiri dari 10.240 prosesor.
Nick Donofrio, Presiden
Direktur Bidang Teknologi dan Manufaktur IBM hakul yakin, pada 2006 BlueGene/L
akan mampu menghitung hingga petaflop. Artinya, komputer itu akan mampu
mengerjakan 1.000 triliun operasi dalam satu detik.
Bentuk Blue Gene/L
Kesimpulan
BlueGene/L merupakan paralel super komputer yang dibuat IBM berdasarkan
sistem on-chip yang dibangun dengan skala dual-prosesor dengan 65,536 node.
Kinerja puncak dapat mencapai 360 teraflops. Dalam tulisan ini menggambarkan
arsitektur yang dihasilkan dengan pendekatan berbasis aplikasi, daya yang
rendah, dan desain. Fitur yang dikenalkan dalam tulisan ini mencakup komponen,
lima jaringan BlueGene/L, inti Power PC 440, dan distribusi memori on-chip dan
off-chip, desain dan kehandalan, dan memperkecil kesalahan.
Super komputer BlueGene/L atau BG/L dirancang
untuk meningkatkat kinerja dari super komputer yang ada sebelumnya, kinerja
yang lebih luas dan dibuat dengan kinerja paralel, serta dibuat dengan biaya
yang lebih rendah dari pada super komputer lainnya dalam hal tempat,
pendinginan, pelayanan, dan pengembangan aplikasi. BG/L dapat menjalankan
aplikasi tertentu secara lebih cepat.
Teknologi ini memberikan dua manfaat utama
yaitu kinerja yang lebih tinggi dan penggunaan jaringan yang ditimbulkan dari
DDR cip memori eksternal. Ke dua, memiliki kinerja yang lebih baik, lebih
efisien dengan mempunyai banyak core untuk kinerja tinggi dengan prosesor inti
PowerPC 440.
Sumber :
