Motivasi

Tujuan utama dari penataolahan sejajar (parallel programing) adalah untuk meningkatkan kinerja komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan. Analogi yang paling gampang adalah, bila anda dapat merebus air sambil memotong-motong bawang saat anda akan memasak, waktu yang anda butuhkan akan lebih sedikit dibandingkan bila anda mengerjakan hal tersebut secara berurutan (serial). Atau waktu yg anda butuhkan memotong bawang akan lebih sedikit jika anda kerjakan berdua.

Kinerja dalam pemrograman paralel diukur dari berapa banyak peningkatan kecepatan (speed up) yang diperoleh dalam menggunakan teknik paralel. Secara informal, bila anda memotong bawang sendirian membutuhkan waktu 1 jam dan dengan bantuan teman, berdua anda bisa melakukannya dalam 1/2 jam maka anda memperoleh peningkatan kecepatan sebanyak 2 kali.

Peningkatan Kecepatan

Peningkatan kecepatan dapat diformulasikan dalam persamaan berikut ini

${\displaystyle S={\frac {T_{1}}{T_{j}}}}$

Di mana ${\displaystyle T_{1}}$ adalah waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pekerjaan (program komputer) bila dijalankan dalam satu komputer. Dan ${\displaystyle T_{j}}$ adalah waktu yang dibutuhkan jika pekerjaan dikerjakan bersamaan oleh beberapa komputer.

Ada limitasi dalam usaha membuat suatu program komputer berjalan lebih efisien melalui peningkatan kecepatan, hukum yang menetapkan batasan ini dikenal sebagai Hukum Amdahl. Ide dari hukum amdahl ini adalah bahwa anda hanya akan bisa meningkatkan efisiensi program komputer anda, sebatas pada bagian tertentu dari program tersebut yang dapat di paralelkan. Sementara bagian yang memang harus dilaksanakan secara berurutan, akan menjadi penentu kinerja akhir.

Kembali ke analogi memasak tadi, bila anda harus menggunakan sarung tangan sebelum menyalakan kompor ataupun memotong bawang, maka waktu yang anda butuhkan untuk memakai sarung tangan ini adalah waktu serial, yang tidak dapat dihindari. Sementara waktu untuk memasak dan memotong bawang tadi adalah bagian yang bisa diparalelkan.

Hukum Amdahl

Telah dijelaskan bahwa dari ${\displaystyle T_{1}}$ (waktu yg dibutuhkan menjalankan pekerjaan dalam satu komputer) tadi, ada sebagian yg tidak bisa diparalelkan. Untuk menyatakan ini kita gunakan notasi ${\displaystyle \alpha }$ di mana ${\displaystyle 0\leq \alpha \leq 1}$ menunjukkan berapa bagian dari ${\displaystyle T_{1}}$ yang tidak bisa dijadikan paralel (atau bagian serial dari program ini).

Maka kita ketahui ${\displaystyle \alpha *T_{1}}$ adalah waktu yg tidak akan terpengaruh oleh bertambahnya komputer yg digunakan (a).

Sisanya ${\displaystyle (1-\alpha )*T_{1}}$ adalah waktu yang akan berkurang menjadi ${\displaystyle {\frac {(1-\alpha )*T_{1}}{N}}}$ bila kita menggunakan N komputer tambahan {b) .

Sehingga waktu total yang dibutuhkan untuk menjalankan pekerjaan dalam N komputer adalah (a) + (b) alias:

${\displaystyle T_{N}=\alpha *T_{1}+{\frac {(1-\alpha )*T_{1}}{N}}}$

Peningkatan kecepatan yang kita peroleh dari persamaan ini adalah:

${\displaystyle S_{N}={\frac {T_{1}}{\alpha *T_{1}+{\frac {(1-\alpha )*T_{1}}{N}}}}}$

Mungkin anda akan mendapati persamaan speed up yang terlihat berbeda tetapi pada dasarnya sama. Persamaan dibawah, bisa didapat dari persamaan di atas, dengan mengeliminasi komponen ${\displaystyle T_{1}}$ (pada bagian atas dan bawah persamaan), lalu mengatur N dan ${\displaystyle \alpha }$

${\displaystyle S_{N}={\frac {N}{1+\alpha (N-1)}}}$

Bila anda cermati persamaan di atas, bisa dilihat bahwa jika kita menggunakan komputer yang amat banyak (${\displaystyle N\rightarrow \infty }$) komponen (b) akan dapat diabaikan, menyisakan persamaan:

${\displaystyle S_{N}={\frac {1}{\alpha }}}$

Inilah batas maksimum peningkatan kecepatan yang bisa dicapai menurut hukum Amdahl yaitu perbandingan terbalik dari seberapa banyak bagian serial dari suatu pekerjaan.

Dalam sistem terdistribusi di mana anda berusaha menggunakan lebih banyak prosesor untuk menyelesaikan masalah, akan ada imbal balik. Menggunakan komputer tambahan dari lokasi yang berbeda memberikan anda sumber komputasi baru, tetapi juga melibatkan biaya komunikasi tambahan, saat anda harus memberikan pekerjaan tersebut pada komputer yg terpisah.

Bahasa populer dalam Pemrograman Paralel

• MPI Message Passing Interface, bahasa pemrograman dengan basis pertukaran pesan.
• PVM Parallel Virtual machine.

Istilah-istilah dalam pemrograman paralel

• Embarasingly Parallel adalah pemrograman paralel yang digunakan pada masalah-masalah yang bisa diparalelkan tanpa membutuhkan komunikasi satu sama lain. Sebenarnya pemrograman ini bisa dibilang sebagai pemrograman paralel yang ideal, karena tanpa biaya komunikasi, lebih banyak peningkatan kecepatan yang bisa dicapai.
• Taksonomi dari model pemrosesan paralel dibuat berdasarkan alur instruksi dan alur data yang digunakan:
  • SISD - Single Instruction Single Datapath, ini prosesor tunggal, yang bukan paralel.
  • SIMD - Single Instruction Multiple Datapath, alur instruksi yang sama dijalankan terhadap banyak alur data yang berbeda. Alur instruksi di sini kalau tidak salah maksudnya ya program komputer itu. trus datapath itu paling ya inputnya, jadi inputnya lain-lain tetapi program yang digunakan sama.
  • MIMD - Multiple Instruction Multiple Datapath, alur instruksinya banyak, alur datanya juga banyak, tetapi masing-masing bisa berinteraksi.
  • MISD - Multiple Instruction Single Datapath, alur instruksinya banyak tetapi beroperasi pada data yang sama.