Analisis Kinerja Sistem Cluster Terhadapa Aplikasi Simulasi Dinamika Molekular NAMD Memanfaatkan Pustaka CHARM++

Analisis Kinerja Sistem Cluster T erhadapa Aplik asi Sim ulasi Dinamik a Molekular NAMD Memanf aatk an P ustak a CHARM++ A.B. Mutiara Magister Pr o gr am on Inf ormation System, Gunadarma University, Jl. Mar gonda R aya No. 100, Dep ok 16424, Indonesia E-mail:amutiar a@staff.gunadarma.ac.id Tingk at kompleksitas dari prog ram sim ulasi dinamik a molekular mem butuhka n mesin pemroses dengan kemampuan yang sangat b esar. Mesin-mesin paralel terbu k ti memiliki p otensi untuk men- ja wab tantanga n komputasi i ni. Untuk memanfaa tk an p otensi ini secara maksimal, dip erluk an suatu program paralel dengan tingk at efisiensi, efektifitas, sk alabilitas, dan ekstensibilitas yang maksimal pula. Program N AMD yang dibahas pada p enulis an ini dianggap mampu u ntuk memenuhi semua kriteria yang diingink an. Program ini dirancang dengan mengimplementasi k an pustak a Charm++ untuk p embagia n tu gas p erh itungan secara paralel. NAMD memiliki sistem automatic load bal- ancing secara p erio dik yang cerdas, sehingga dapat memaksimalk an p enggunaan kemampuan mesin yang tersedia. Program ini juga dirancang secara mod ular, sehingga dapat dimo difik asi dan dita- mbah dengan sangat m u dah. N AMD menggunak an ban yak kom binasi algoritma p erhitungan dan tehnik-tehn ik numerik lainny a d alam melakukan tugasny a. NA MD 2.5 mengimplemen tasik an semua tehnik d an p ersamaan p erhitungan yang digunak an dalam dunia sim u lasi d in amika molekular saat ini. N AMD dapat b erjalan d iatas b erb agai mesin p aralel termasuk arsitektur cluster, den gan hasil sp eed up yang mengejutk an. T ulisan ini ak an menjelask an dan mem buktik an kemampuan NA MD secara paralel diatas lima buah mesin cluster. Pen ulisan ini juga ak an memapark an kinerja NAMD pada b eb erapa. Kata kunci: Atom, Charm++, Cl uster, Linux, Molekular, NAMD, Par alel, Sim ulasi, VMD. P ACS num b ers: I. PEND AHULUAN Pesatn ya p erkem bang an dunia teknolo gi informasi dewasa ini merupa k an suatu fenomena tersendiri. Berbaga i terob osan dan p embaruan dilakuk an s etiap menitn ya, menjadik a n dunia komputer semak in cepat dan ce pa t sa ja. Kema juan yang dicapai pada b er ba gai bidang lain pun tidak terlepas da ri bantuan komputer, apa k ah itu dalam bidang komputasi, otoma tis a si, ataupun sim ula si, yang kesem uany a b erujung pada p emecaha n masala h. Ironisny a , p emecaha n masalah b erteknolo gi tinggi ini biasanya diikuti pula dengan harg a yang s angat tinggi. Harga mainframe da n sup er komputer sudah tentu hany a dapat dijangk au ole h k alanga n terten tu sa ja. Apak ah tidak a da hal yang dapat dilakuk an? Harusk ah sua tu p enelitian menjadi ter beng k alai k arena tidak a dany a dukungan komputasi yang memadai? Sistem clus ter menjaw a b tantangan ini dengan meny ediak a n per forma p erhitunga n tingk at ting g i, na m un dengan harga yang rela tif rendah. Buk an itu s a ja, p erforma tinggi ini diikuti pula denga n sk alabilitas yang ting g i, yang ber arti da pa t disesuaik an dengan tingk at kebutuhan dan masalah yang dihadapi. Penelitian ini dilakuk an untuk mengetahui tingk a t efisiensi da n efektifitas p enerapan sistem arsitektur cluster ter- hadap aplik asi b erat semacam NAMD. Penelitian ini menggunak an Linux sebaga i sisem op er a si pada tiap cluster n ya un tuk mengimplementasik an pus ta k a Cha rm++ pa da NAMD kem udian melakuk a n p engukura n kiner ja untuk menge- tahui sejauh mana tingk a t efisiensi da n efektifitas NAMD diata s sistem clus ter. Meto de yang digunak an dalam p e nelitian ini ada lah denga n melakuk an studi litera tur, p engujian dan kem udi- an melakuk an analis a ha sil p engujian dan menarik kesimpulan. P embahasan p enelitian ini meliput p endahuluan, landasan teor i, peng ujian dan analisa da n terakhir pe n utup II. LANDASAN TEORI A. Arsitektur Cluster Cluster mer upak an sebuah ter minologi um um yang b er a rti: kumpulan komputer-k omputer indep enden dalam sebuah unifik asi sistem lewat softw a re dan jaring an. Pada dasar ny a, dua atau lebih komputer yang digunak an un tuk memecahk an sebua h masalah b er sama-sama , dapat dik a tegorik an sebag ai cluster. Cluster bias any a diguna k an untuk tujuan HA (High Av ailability) ata u HPC (High Performance Computing). Tipe yang p er ta ma lebih ditujuk an kepada reliabilitas tingg i ata u kestabilan da ri sebuah sistem. Sedangak a n tipe yang 2 kedua menjanjik an tenaga k omputasi yang jauh lebih besa r dibandingk an tenaga komputer unipros esor. Cluster HPC se r ing disebut seba g ai cluster Beowulf . Cluster jenis ini mer upak an sistem denga n p e rforma dan sk alabilitas tinggi, mengguna k an infras truktur jar ingan private dan sistem op era si op en-sourc e sep er ti Linux. Kiner ja dapat ditingk atk an dengan menambahk a n mesin kedalam suatu s is tem. Hardware mesin yang digunak an sa ngat ber v ariasi, seba n yak y ang da pa t ditemuk a n di pa saran, mulai dar i 2 (dua) no de PC stand-alone deng an Linux dan pema k aian file system b ers ama, sampai 1024 no de di atas jaringan low-latency, be rkecepatan sa ng at ting gi. Cluster terbagi kedalam 2 (dua) kelas, yaitu: • Cl ass I Cluster yang dibangun menggunak an hardware/ softw are umum yang ada dipasaran, dengan teknologi standar seperti IDE, SCSI, dan Ethernet. • Cl ass I I Cl uster b erbiay a tinggi, yang dibangun menggunak an hardware khusus b erke cepatan tinggi, untuk mencapai tingk at perf orma terbaik. B. Aplik asi Simulasi Dinami k a Mol e kular NAMD Proses simulasi dinamik a molekular menghitung keduduk a n a tom dengan memecahk an p ersama an-p ersama a n dar i per gerak a nn ya secara numerik. Pro s es p erhitungan ini dibant u oleh rumus meda n energi empiris yang memp erkir ak an energi atom dalam sis tem biop olimer secara aktual. Awaln ya, pro gram simulasi dina mik a mo lekular dibangun diatas mesin-mesin ser ial. Na mun untuk menghitung pr oses simulasi molek ular yang lebih b esa r, m utlak diper luk an kekuatan komputasi yang juga lebih b esar. Salah satu ca ra untuk dapa t menjalank an simulasi se macam ini a dalah denga n menggunak an komputer parale l. Selain faktor kecepatan, komputer para le l juga lebih unggul da ri seg i biay a. NAMD merupak an pro gram paralel pa da UNIX yang diranca ng k h usus untuk simulasi dinamik a molekular struktur biologi. NAMD dira ncang unt uk b erjala n dengan efisien diatas mesin-mesin paralel. Soft w are NAMD mer upak an prop erti intelektual dari The Board o f T rustees of theUniv ersity of Illinois, mengatasna mak an T he Theoretica l Bio- ph ysics Gro up pada Beckman Institute.Pada s aat p enulisan ini dibuat, NAMD telah mencapai versi rilis 2 .5, yang juga digunak a n dalam p engujia n ini nan tin ya. C. Dasar-dasar Simulasi NAMD Un tuk menjalank a n sebuah simulasi, NAMD memerluk an empa t macam file masuk an, yaitu: 1. Fi le PDB (Protein Data Bank) 2. Fi le PSF (Protein Structure File) 3. Fi le parameter medan energi (force field parameter) 4. Fi le konfigurasi NAMD File PDB menyimpan data koordina t atom dan atau kecepatan da ri suatu sis tem molekular. File ini menyimpan keseluruhan informa si mengenai nama, jenis, dan juga ja r ingan molek ul tersebut. Lebih le ng k apny a, dalam file ini tersimpan data p enga rang, ca tatan revisi, ca tatan jurnal, refer ensi, sek uen asa m amino, stoichiometry , lok as i struktur sekunder, cyrstal lattic e , kelompok simetri, s e rta catatan A TOM dan HET-A TM. Cata ta n A TOM da n HET-A TM inilah yang menyimpan koo r dinat-koor dinat da ri protein-pro tein, air-air , ion-ion, dan macam-maca m atom hetero gen kristal la inny a. Arsitektur file PDB memungkink an p enyimpanan lebih dar i satu set koor dinat atom-ato m.File PDB diguna k an sebagai for ma t data masuk an dan keluaran pada simulasi NAMD. File PSF menyimpan infor masi struktural dar i s uatu protein secara spesifik . Infor masi ini terbag i ata s lima bagia n utama yaitu mengenai macam-ma cam atom, b ond , angle , dihe dr al , dan impr op er . Kesemuan ya dipe r luk an untu k p enga plik asian medan energi ter ten tu pada simulasi nantin ya. File para meter ini b erisik a n konstanta numerik yang dip erluk an untuk mengev aluasi g ay a da n energ i pa da struktur dan koor dinat atom-a tom (disediak an oleh file P SF dan PDB). Parameter ini b erguna a n tara la in untuk mengatur panjang e quilibrium dan kekuatan ik a tan antar atom.File konfigurasi NAMD ber isik an semua konfigurasi dan pili- han yang dibutuhk a n NAMD untuk menjalank an sebuah s im ulasi. Dengan k ata lain, file ini memberitahu NAMD bagaimana sebua h simulasi ha rus dijalank a n. Sebuah simulasi dinamik a molekular membut uhk an kontrol masuk an sep erti temper atur, langk ah waktu (time step), la ma simulasi, p enga ktifan fas ilitas tertentu, na ma file input, na ma file o utput, dan b er ba gai pa rameter sp esifik lainn ya. 3 D. Charm++ Sebagai Pustak a Par alel P ada NAMD Charm++ merupak an se bua h runtime libr ary yang mengizink an kom unik asi antar ob jek- ob jek C++ dengan sang at efisien. Charm++ lebih merupak an e k stensi paralel untuk baha sa C+ +, yang dikem bangk an o leh PPL (Parallel Progr amming Lab orato r y) dalam b eb erapa tahun tera khir. Charm++ mengguna k an mo del p emro graman SP MD (Single P r ogra m Multiple Data) yang dip opuler k an oleh MPI. Mo del p emrogr a man ini bisa dibilang sangat mir ip dengan CO RB A, Jav a RMI, atau RP C, namun lebih difokusk an kepada mesin-mesin paralel k inerja tinggi. E. Aplik asi VMD VMD (Visual Molecular Dynamics) mer upa k an aplik asi yang dira ncang un tuk memvisualisasik an dan menga nalisa sistem bio po limer (protein, a s am nukleid, lipid, dan membran. VMD b erjalan diatas mayoritas sis tem UNIX, Apple MacOS X, dan Microso ft Windows. Sep erti halny a NAMD, VMD juga dikem banga k an oleh Theor itical Biophysics Group, di University of Illinois a nd Be ckman Institute, Urbana. VMD memang dikem bangk a n s ebagai aplik a s i visual bagi aplik a si simulasi dinamik a molek ular NAMD II I. PENGUJIAN DAN ANALISA A. Konfigurasi Mesin Cluster Keseluruhan p eng ujia n yang dilakuk a n pada p enulisan ini dijalank an diatas mesin cluster yang sama . Mesin cluster tempat p engujian ini dijalank an terdir i dari 5 (lima) buah P C, 1 (sa tu) buah monito r , da n 1 (satu) bua h ethernet switch. Perang k a t p endukung lainny a sep erti keyboa r d da n mouse hany a dig unak an pada no de server sa ja. Kehan- dalan Linux sebagai sistem op erasi jaring an memastik an p engontrolan no de dapat dilakuk an melalui server denga n sangat mudah. B. Metode Pengujian Pengujian dila k uk an seba nyak 3 (tiga) k ali untuk masing- masing simulasi da n atau konfigurasi mesin yang ber b eda. Tiap-tiap sim ulasi dilak uk a n dala m kondisi fr esh setelah me- r estart mesin terlebih dah ulu. Setelah 3 k a li p engujian, mesin a k an di-res ta rt kem bali untuk memulihk an kondisi memori seb elum simulasi b er ikutn ya dilakuk an. Nilai r ata- rata kem udian diambil untuk diola h lebih lanjut sebaga i p er bandingan deng an nilai ha sil simulasi lainny a . Pengujian ini s e ndiri dilakuk an deng a n b erbag ai meto de, dalam k aitanny a pa da p embuktian efektifitas dan efisien- si NAMD diatas mesin cluster. Sebagai tambahan, a k an dilakuk an semaca m s im ulasi b enchmark untuk mencoba mengukur kiner ja maksima l dan bata s ketahanan mesin clus ter . C. P e ngukuran Sp ee dup Mesin Cluster Tidak ada ca r a yang lebih tepat un tuk menilai efektifitas suatu mesin paralel selain denga n mengukur sp e e dup sistem tersebut. Nilai ini didapa t deng a n membandingk a n hasil kerja s ekuensial deng an hasil paralel untuk menilai tingk at p er cepatan yang dicapai mes in para le l. Sim ulasi p engujian ini dilakuk an denga n meng gunak an data mo le kular ER-GRE (36.573 atom, spher ical). Simulasi ini terdiri dari 500 num steps, denga n temp era tur se bes ar 30 0 o Kelvin, da n mengg unak an sampai empat file parameter medan ener gi. Hasil s imulasi p engujian dengan p engguna a n jumlah mesin yang b e rb eda dapat dilihat pa da tab el ber ikut. Menggunak an hasil diata s, kem udian dapat dihitung nilai spee dup mesin cluster . Spe e dup dip eroleh dengan mem- bagi waktu sekuensia l dengan waktu parale l tiap- tiap p engujian. Persama anny a seba gai b erikut: Speed up = waktu sekuensial/w aktu paralel = Ts/Tp (1) Dari ang k a-angk a diatas dapat terliha t bahw a tingk a t p ercepatan yang dica pai oleh sistem cluster ini masih jauh dari ideal. Jik a dilihat pada p e mak aian 2 buah pros e sor (2 no de), sp eedup yang dip eroleh mencapai tingk at 1,83 k ali lebih cepa t. Peningk atan ini sanga t b erarti k arena dapat meng hemat waktu s a mpai 450 detik. Pada p emak aian 4 Ban yak N ode Rata-rata W allClock (s) Rata-Rata CPUTime (s) Rata-rata Memory U sed (kB) 1 989,563 009 984,696 676 83.439 2 539,414 144 529,566 671 17.571 3 402,206 553 368,890 005 15.694 4 345,493 255 297,353 333 16.033 5 259,569 122 234,509 999 15.956 T ab el I : Nilai rata-rata lama w aktu simulasi ER-GR E. 402 ,206553 345 ,49325 5 25 9,569 122 539, 414144 989, 563009 0 200 400 600 800 100 0 120 0 1 2 3 4 5 B an yak N od e Wa llclock ( s) Gam b ar 1: Grafik nilai rata-rata lama waktu sim ulasi ER -GRE. 3 bua h no de p eningk a ta n ini sema kin menurun, dan pa da p emak a ian 4 no de, sp eedup yang dicapai ba hk an mas ih belum melampaui nilai 3. D. Tingk at Efisiensi P aralel Mesi n Cl us te r Pengujian ting k at efisiensi s ebuah mesin para lel merupak an sebuah tolak ukur yang b ersifat ob jektif. Besa r ob jek atau data simulasi yang menjadi bahan p engujian a k an menent uk an ting k at efisiensi sebuah mes in para lel. Oleh k arena itu, untuk mesin dan besa r data yang b erb eda, ak a n dip eroleh tingk at efisiensi yang b erb eda pula. Pengujian k ali ini dilakuk an masih denga n mengg unak an data molekular ER-GRE (36.573 atom, spherical). Oleh k arena itu hasil p engujian se b elumny a masih bisa digunak an un tuk mencari efisiens i para le l mes in cluster. Efisiensi paralel didefinisik an dengan p er s amaan b erikut: Ban yak N ode Rata-rata W allClock (s) Sp eedup Sp eedup Ideal 1 989,563 009 - - 2 539,414 144 1,83 2 ka li 3 402,206 553 2,46 3 ka li 4 345,493 255 2,86 4 ka li 5 259,569 122 3,81 5 ka li T ab el I I : Nilai sp eedup sim u lasi ER-GRE pada mesin cluster. 5 3,81 2,86 2,46 1,8 3 5 4 3 2 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 B an yak N od e S p eedu p Gam b ar 2: Grafik sp eedup simulasi ER-GR E pada mesin cluster. Ban yak No de Rata-rata W allClock (s) Jumlah Pemro ses x W aktu Paralel (s) Efisiensi P aralel (%) 1 989,563 009 - - 2 539,414 144 1.078,8 28288 91,73% 3 402,206 553 1.206,6 19659 82,01% 4 345,493 255 1.381,9 73020 71,61% 5 259,569 122 1.297,8 45610 76,25% T ab el I I I: Tingk at efisiensi paralel sim ulasi ER-GRE pada mesin cluster. Efisiensi Paralel ( η ) = 100% x w aktu sekuensial/(P x waktu Paralel) (2) T ab el di a tas memp erlihatk an bahw a tingk at efisiensi pa r alel mesin cluster dalam menjalank a n simulasi E R-GRE sangat mem uas k an. Meski terliha t p enurunan tingk at efisiensi pa da setiap p enambahan jumlah no de, penurunan ini masih dalam ba ta s yang wa jar. Ada fenomena yang sedikit menarik perha tian pa da pengujian ini. Pada pe ma k aian 5 buah no de, tingk at e fisiensi terlihat menga lami kenaik an dari 71 ,61% menjadi 76,25 %. Kira- k ira apa yang ak an terjadi apabila dila k uk an p engujian pa da 6 buah no de? Ada kemungkinan, tingk at efisiensi para lel ini ak an mengalami kenaik an lag i. W alaupun hal ini tidak dapat dibuktik an, k arena keterbatasan mesin p engujia n dan la in hal, fakta ini tetap menunjukk an satu ha l: ba hw a dala m simulasi tersebut, p emak aian 5 mesin masih lebih efisien dibandingk an pema k aian 4 mesin. Untuk sa at ini, fenomena tersebut hany a dapat diang gap sebagai faktor aca k (r andom factor) yang tida k ter duga. F aktor acak ini sa ngat era t k aita nn ya denga n apa yang disebut dengan ong kos komunik asi atau c ommunic ation c ost . E. Ongk os Komunik asi Pada p emeca han suatu masalah deng a n car a para lel, biasany a tingk at e fisiensi a k a n menurun s aat jumlah p emroses dinaikk an. Kenapa hal ini bisa ter jadi? Hal ini disebabk an tidak la in oleh terjadiny a ongkos kom unik asi. Ong kos kom unik asi mer upak an faktor yang sanga t dominan terjadi pada pro ses komputasi par alel. Ongkos kom unik asi adala h lama waktu yang digunak a n unt uk proses p embuatan, p engiriman, dan p enerimaa n data. Sema kin bany a k jumlah pemr oses, dalam hal ini jumlah no de yang digunak an, mak a ak an semakin b esa r nilai ongkos kom unik asi ter sebut. Angk a ini ak an menjadi semak in b esa r jik a tingk at masa lah yang ha rus dip ecahk a n semakin kecil, k a rena waktu yang dibutuhk a n untuk memecahk an masalah malah lebih singk at ketim bang waktu komunik asi data itu sendir i. Sebagai pembuktian, ak an dilakuk an simulasi p engujian dengan mengg unak an data molekular decalanin (66 atom, tin y). Sim ulasi ini terdir i dari 1000 numsteps, dengan temper a tur s ebe s ar 300 o K. Lebih jelasnya dapat diliha t pada file 6 Ban yak No de W allClock (s) Jumlah Pemro ses x W aktu Paralel (s) Efisiensi P aralel (%) 1 6,79232 9 - - 2 17,7728 44 35,5 45688 19,11% 3 18,3406 01 55,0 21803 12,34% T ab el I V: Tingk at efi siensi paralel simula si decalanin pad a mesin cluster. konfigurasi un tuk simulasi decalanin. Pada tab el b erikut, dapa t dilihat lama waktu sim ulasi pe ng ujian pa da mesin cluster: Pada tab el diatas da pat dilihat ba h wa la ma waktu simulasi sema kin b er tambah seir ing kenaik an jumlah p emro ses. Kasus ini menjadi semacam a ntiklimaks ba g i komputasi para le l. Sim ulasi ini da pat menunjukk an secar a sempurna, un tuk tingk at p ermasa lahan yang rela tif kecil, s angat tidak efisien jik a diselesa ik an secara para lel. W ak tu kom unik as i disini ter bukti jauh lebih lama dibandingk a n waktu p emro sesan itu sendiri. Jik a dias umsik an bahw a ting k a t efisiensi paralel ada la h ideal, a k an dip eroleh suatu p ers a maan: η = Ts/(P x Tp) = 100 % Tp= Ts/P (3) Meny ertak an fakto r ongkos komunik asi, mak a Tp = Ts/P + Tcomm Tp = Ts (1 +y) /P (4) Dimana y adala h r asio komunik asi denga n komputasi. F akta ini la gi-lagi memberik a n sa tu analog i, bahw a apa bila tingk at p e rmasalaha ndiper b e sar, mak a nila i y (rasio kom unik asi dengan komputasi) ak an ber kurang, yang ber arti tingk at efis iensi para lel menjadi meningk a t. Suatu a lgoritma paralel dik a ta k an memiliki s k a labilitas s ecara iso e fis ien , jik a s aat jumlah p emrose s (P) dina ik k an, tingk at efisiensi para lel teta p dapa t dijaga dengan memp erb esar ukur an masalah yang ak an dip ecahk an. Misalk an, sebuah a lg oritma paralel mampu mela k uk an simulasi sejumlah a tom (N1) pada b eb era pa p emros e s (P1), dengan efisiensi seb esa r η . Mak a, saa t jumlah p e mroses dip erb esar (P2),efisiens i ( η ) tetap dapat dip ertaha nk an dengan menaikk an b esar masalah sedemikia n rupa (N2). Hal ini dapat ditunjukk an denga n p ersamaa n: Ts1/(P1 (1+y1) Ts1/P1) = Ts2/(P2 (1+y2) Ts2/P2) 1/(1+y1) = 1/(1+y2) y1 = y2 (5) Kesimpulanny a , tingk at efisiensi tetap dapat dijag a dengan memper bes ar p ermasa lahan sedemikian rupa, sehingga nilai y (rasio kom unik asi denga n komput asi) tetap s ama. F. Simulasi Benchmark Pengujian b er ikut ini lebih b er tujuan untuk mengetahui batas kemampuan mesin cluster dalam menjalank a n sim- ulasi sk ala besa r . Untuk sim ula si p eng ujian k ali ini, data molekular yang ak an dipak ai adalah Apo A1 (9 2.224 atom, per io dic). Simulasi ini tidak ak an dijalank an secar a par alel berta ha p, melaink an langsung memak ai seluruh kemam- puan mesin cluster yang ada (5 mesin). Sebagai catatan, simulasi Ap oA1 yang ha nya dijalank an diatas 1 mesin (cluster1) sa ja, memak an waktu kurang lebih 4 har i (9 9 ,8840 3 jam). W aktu ini lebih b erupa ha rga estimasi, k arena simulasi tadi seb enarny a tidak p ernah ter selesaik an, k a r ena keterbatasan waktu dan la in hal. Kem ungkina n b esa r , ak an dibutuhk an waktu yang lebih lama lagi untuk men yelesaik an sim ula si ta di secara b enar . Simulasi ini terhitung ber at k arena meny ertak a n p erhitungan elektro statis p enuh, PME (Particle Mesh Ewald), ditambah p enggunaa n 2 (dua) file parameter meda n ener g i. Sim ulasi p engujian ak an dilakuk an sebany a k 11 (seb ela s) k ali, masing -masing dengan b esar numsteps yang b erb eda. Hasil p engujian sim ulasi pada mes in cluster dapat dilihat pada tab el ber ikut 7 Jumlah numsteps Rata-rata W allClock (s) Rata-Rata CPUTime (s) Rata-rata Memory Used (kB) 500 880,857320 846,403341 43.886 600 1.016,335510 1.001,873352 42.570 700 1.173,281861 1.156,503337 42.571 800 1.328,010783 1.309,586670 42.571 900 1.486,034872 1.463,863363 42.572 1000 1.646,129720 1.622,039998 42.571 1100 1.809,191447 1.763,896688 42.569 1200 1.963,564820 1.924,103312 42.571 1300 2.124,480713 2.077,383301 42.571 1400 2.286,481689 2.232,583333 42.571 1500 2.431,499756 2.383,686605 42.571 T ab el V: N ilai rata-rata lama wa ktu simula si Ap oA1. 2.28 6,48168 9 2.43 1,49975 6 2.1 24,4 80713 1.9 63,5 64820 1.80 9,19144 7 1.6 46,1 29720 1.4 86,03 4872 1.32 8,01078 3 1.17 3,28186 1 1.01 6,33551 0 880, 857320 500 600 700 800 900 100 0 1100 120 0 1300 140 0 1500 Gam b ar 3: Grafik nilai rata-rata lama w ak tu simulasi A p oA1. IV. PENUTUP Melalui hasil peng ujian da n analisa yang dipe r oleh seb elumny a , dapa t diambil kesimpulan bahw a p enga tur an konfigurasi ha rdware memiliki kon tribusi b esar dalam kinerja keseluruhan mesin cluster . T erbukti bahwa kesalahan kecil dala m p enga tur an BIOS, misalny a b esa r shar e d-memory untuk VGA, dapat mem bawa p erubahan b esar dalam hal kecepatan kerja. Pemilihan distribusi Linux yang tepat (SuSE 9.0) ditambah denga n p enggunaa n kernel v anilla ter baru (2.4.21) dapat sedikit menam bah kecepatan kerja para lel mes in. Penambahan kecepatan ini mungkin tidak terla lu signifik an, ak an tetapi dalam menjala nk an simulasi sk ala b esa r, p erb edaa n ini ak a n terasa sek ali. Ongkos komunik asi (communication cos t) yang lebih b esar dibandingk an waktu p emrosesa n dapat membatasi tingk at efis iensi s ua tu komputasi paralel. F a ktor-fakto r p eny eba b b esar ny a nila i o ngkos kom unik asi ini antara lain: de- lay kom unik asi, delay sinkr onisasi, ketidakseim bangan b eban, waktu p embuatan pros es, ko de sekuensial yang ber lebi- han dan masalah memor y conten tion NAMD ter bukti memiliki algo r itma par alel dengan sk ala bilitas tinggi, k arena saat jumlah p emr oses dinaikk an, tingk at efisiensi tetap dapa t dijaga dengan memp erb esar ukur an masalah. Mesin cluster p engujian dapa t dik atak an memiliki tingk at efis iensi dan efektifitas yang cuk up tinggi. T er bukti dengan bany akny a w aktu yang dapat dihemat saat menjalank an simulasi-sim ula si b esar. Pen uruna n tingk at efisiensi lebih dise ba bk an oleh ukura n p ermasala han yang tidak lagi cuk up b esar untuk layak dipros e s pa da bany ak no de. 8 Binari NAMD yang dikompilasi seca ra leng k ap (meny erta k a n TCL, FFTW, VMD plugins molfile) ak an menjalank an simulasi-sim ula si tertentu dengan lebih cepat. Pada p eny elesa ian simulasi Ap oA1 yang men yertak an p erhitungan PME (Particle Mesh Ewald), waktu yang dapat dihemat cukup s ignifik an. Mesin cluster terbukti pula mampu menjalank an simulasi interaktif secara r e al-time ta npa masala h b era rti. IMD (In teractive Molecula r Dynamics) ak an menjadi standar teknolo gi dalam dunia sim ulasi dinamik a molek ula r di masa mendatang. Melalui b erbag ai pe ng alaman dan p ela jar a n mena rik yang dialami, ada b eb erapa saran yang untuk mengembangk an pene litia n ini lebih jauh. Pada p enelitian ini, kemampuan gr afis mesin cluster dir a sak an kura ng memadai untuk menjalank an s im ulasi IMD denga n jumlah atom yang lebih b esar. Dibutuhk an lebih dar i sekedar tenaga pro sesor sa ja un tuk menjala nk an simulasi int eraktif sec a ra r e al-time s ek aligus memvisualisasik anny a. Ak an sa ngat menar ik bila arsitektur sistem cluster ini dapat dicoba k a n pada mesin-mesin yang lebih cepat, yang dilengk api dengan teknologi infrastr uktur jaringan terbaru. Mesin c lus ter yang dibangun di atas jaring an g igabit ethernet (100 0 Mbps) merupa k an impian setiap p emrog ram dan pra ktisi teknologi infor masi, khususny a yang b erkec- impung da lam bidang k omputasi para lel. [1] Anonim, Theoritical and Computational Biophysi cs Group, NAMD Scalable Molecula r Dynamics,http://w ww.ks.uiuc.edu/Researc h/namd [2] E. Caddigan, J. Cohen, J. Gullingsrud, J. Stone, VMD User’s Guide, Theoritical Bioph ysics Group, U niversi ty of Illinois and Beckman In stitute, Urbana, Illinois, 2003. [3] Laxmik ant Kale, Rob ert Skeel, Milind Bhandark ar, Rob ert Brun n er, Attila Gursoy , Neal Kraw etz, James Phillips, Aritomo Shinozaki, Khrisnan V aradara jan, Klaus Sch ulten,NA MD 2: Greater Scalability for P arallel Molecular Dynamics, Journal of Computational Physics 151, 1999. [4] James C. Phillips, Gengbin Zheng, Sameer Kumar, Laxmik ant V. Kale,NAMD: Biomolecular Simulation on Thousands of Processors, IEEE, 2002. [5] Laxmik ant Kale, The Charm++ Programming Language Manual, Parall el Programming Lab oratory , Universit y of I llinois, Urbana-Champaign, Illinois, 2003. [6] L. V. Kale and S. Krishnan, Charm++: P arallel Programming with Message-Driven Ob jects, Para llel Programming using C++, Edisi Gregory V . Wilson and Paul Lu, hal. 175-213, MIT Press, 1996. [7] M. Bhand arka r, R. Brunner, C. Chip ot, A . Dalke, S . Dix it, P . Gra y son, J. Gullingsrud, A. Gu rsoy , D. Hardy , W . Hu mphrey , D. Hurwitz, N. Kraw etz, M. Nelson, J. Phillips, A . Shinozaki, G. Zheng, F. Zhu, NA MD U ser’s Guide V ersion 2.5, Theoritical Biophysics Group, Un iversit y of Illinois an d Beckman Institu t e, Urbana, Illinois, 2003. [8] T amar Schlic k , Rob ert D . Skeel, A xel T. Brunger, Laxmik ant V . Kale, John A. Board, Jr., Jan H ermans, Klaus S c hulten, Algorithmic Challenges in Computational Molecular Biophysics, Journal of Comput ational Physics 151, 1999. [9] T ed G. Lewis, Hesham El-Rewini, In-K yu Kim, Intr oduction to P a ral l el Computing , Prentice-Hall International, Englew o o d Cliffs, New Jersey , 1992. [10] Timoth y Isgro, James Phillips, Marcos Sotoma yor, Elizab eth Villa, NA MD TUTOR IAL, Theoritical and Computational Bioph ysics Group, Universit y of Illinois an d Bec kman Institute, Illinois, 2003.