Apa itu komputasi berperforma tinggi?

Komputasi berperforma tinggi memiliki tiga komponen utama:

• Komputasi
• Jaringan
• Penyimpanan

Secara sederhana, node (komputasi) sistem HPC terhubung ke node lain untuk menjalankan algoritma dan software secara bersamaan, lalu terhubung (jaringan) ke server data (penyimpanan) untuk mendapatkan output. Karena project HPC cenderung besar dan kompleks, node sistem biasanya harus bertukar hasil komputasi satu sama lain, yang berarti node sistem membutuhkan disk yang cepat, memori berkecepatan tinggi, dan jaringan berlatensi rendah serta bandwidth tinggi antara node dan sistem penyimpanan. 

HPC terdiri dari dua jenis desain umum: komputasi cluster dan komputasi terdistribusi.

Komputasi paralel dilakukan dengan sekumpulan komputer (cluster) yang bekerja secara bersamaan. Misalnya, sekelompok server yang terhubung dan ditempatkan berdekatan satu sama lain, baik secara fisik maupun dalam topologi jaringan, untuk meminimalkan latensi antar-node. 

Model komputasi terdistribusi menghubungkan daya komputasi beberapa komputer ke dalam jaringan yang berada di satu lokasi (sering kali di infrastruktur lokal) atau didistribusikan di beberapa lokasi, yang dapat mencakup hardware lokal dan resource cloud.

Selain itu, cluster HPC terdiri dari model hardware homogen vs heterogen. Dalam cluster homogen, semua mesin memiliki performa dan konfigurasi yang serupa, dan sering diperlakukan sama dan dapat dipertukarkan. Dalam cluster heterogen, ada sekumpulan hardware dengan karakteristik berbeda (jumlah inti CPU yang tinggi, akselerasi GPU, dan banyak lagi), dan sistem ini paling baik digunakan saat node diberi tugas untuk memanfaatkan keunggulannya yang berbeda secara optimal.

Workload di lingkungan HPC biasanya terdiri dari dua jenis: dikaitkan secara longgar dan terkait erat.

Workload yang dikaitkan secara longgar (sering disebut tugas paralel atau throughput tinggi) terdiri dari tugas-tugas independen yang dapat dijalankan secara bersamaan di seluruh sistem. Tugas-tugas tersebut dapat berbagi penyimpanan umum, tetapi tidak bergantung pada konteks. Jadi, mereka tidak perlu mengomunikasikan hasilnya satu sama lain saat selesai. Contoh workload yang dikaitkan secara longgar adalah rendering Computer Generated Imagery (CGI) dalam sebuah film, yang mana setiap frame video dirender secara independen dari frame lainnya, meskipun frame tersebut berbagi data input yang sama seperti latar belakang dan model 3D.

Workload yang terkait erat terdiri dari banyak proses kecil, yang masing-masing prosesnya ditangani oleh node yang berbeda dalam sebuah cluster. Node tersebut bergantung satu sama lain untuk menyelesaikan tugas secara keseluruhan. Workload yang terkait erat biasanya memerlukan jaringan berlatensi rendah antara node dan akses cepat ke memori serta penyimpanan bersama. Komunikasi antarproses untuk workload ini ditangani oleh Message Passing Interface (MPI), menggunakan software seperti OpenMPI dan Intel MPI. Contoh workload yang terkait erat adalah perkiraan cuaca, yang melibatkan simulasi berbasis fisika dari sistem dinamis dan interdependen yang melibatkan suhu, angin, tekanan, curah hujan, dan banyak lagi. Di sini, setiap node cluster dapat menghitung solusi parsial untuk berbagai faktor cuaca, yang berkontribusi terhadap perkiraan secara keseluruhan.

HPC dapat dijalankan di lokasi dengan peralatan khusus, di cloud, atau gabungan dari kedua hal tersebut.

HPC di cloud menawarkan fleksibilitas dan skalabilitas tanpa harus membeli dan memelihara superkomputer khusus yang mahal. HPC di cloud menyediakan semua infrastruktur yang diperlukan untuk melakukan tugas-tugas besar dan kompleks seperti penyimpanan data, solusi jaringan, resource komputasi khusus, keamanan, dan aplikasi kecerdasan buatan. Workload dapat dilakukan secara on-demand, yang berarti organisasi dapat menghemat uang untuk peralatan dan waktu dalam siklus komputasi, karena hanya menggunakan resource sesuai kebutuhan, dan saat dibutuhkan. 

Beberapa pertimbangan umum saat memilih untuk menjalankan HPC di cloud antara lain:

Latensi dan bandwidth: Penyedia cloud harus menyediakan kemampuan jaringan yang andal (>100 GB/dtk) dan berlatensi rendah dengan mempertimbangkan jumlah data yang berjalan dalam workload HPC.

Performa: HPC di cloud berfungsi paling baik dengan penyedia yang terus mengupdate sistem guna mengoptimalkan performa, terutama dalam hal prosesor komputer, solusi penyimpanan, dan kemampuan jaringan.

Keberlanjutan: HPC adalah bentuk komputasi yang menggunakan banyak resource, sehingga memerlukan listrik yang jauh lebih banyak daripada workload normal. Komputer berperforma tinggi lokal dapat menghabiskan energi jutaan dolar per tahun. Cloud publik yang memprioritaskan energi terbarukan—seperti Google Cloud—dapat memitigasi dampak energi HPC. 

Penyimpanan: Penyimpanan data yang skalabel merupakan pertimbangan penting saat menjalankan workload HPC, mengingat ukuran sebagian besar tugas HPC yang tergolong tinggi. Penyedia cloud yang dapat dengan mudah menyimpan dan mengelola data dalam jumlah besar (seperti Filestore High Scale Cloud Storage atau DDN EXAScaler) memiliki keunggulan di HPC.

Keamanan: Penyedia cloud dengan infrastruktur global yang dikelola secara pribadi memastikan potensi data dan aplikasi tidak terekspos ke internet publik. Jaringan virtual private cloud (VPC) memungkinkan konektivitas antar-node dan dapat mengonfigurasi firewall untuk aplikasi HPC. Fitur Confidential Computing memungkinkan enkripsi dalam penggunaan, serta enkripsi dalam penyimpanan dan saat beroperasi.

Kecepatan dan performa

Komputasi berperforma tinggi dapat memproses data dan tugas jauh lebih cepat daripada menggunakan satu server atau komputer. Tugas yang memerlukan waktu berminggu-minggu atau berbulan-bulan di sistem komputasi biasa dapat diselesaikan dalam hitungan jam di HPC.

Fleksibilitas dan efisiensi

Dengan HPC di cloud, workload dapat ditambah atau dikurangi sesuai kebutuhan. Dengan koneksi internet yang kuat, HPC dapat diakses dari mana saja di seluruh dunia. 

Penghematan biaya

Organisasi dapat menghemat waktu dan uang untuk resource komputasi serta jam kerja berkat kecepatan, fleksibilitas, dan efisiensi HPC di cloud.

Fault-tolerance

Jika satu node cluster HPC gagal, bagian sistem lainnya tidak akan mengalami error karena sistemnya yang cukup tangguh. Mengingat tugas besar dan kompleks yang dilakukan HPC, fault tolerance merupakan keunggulan yang luar biasa. 

R&D yang dipercepat

HPC memberikan keuntungan bagi perusahaan yang melakukan riset dan pengembangan dengan cara mempercepat hasil project yang memerlukan banyak data, seperti pemodelan farmasi, merancang mesin dan komponen baru, atau menyimulasikan eksperimen untuk mengurangi pengujian fisik.

Biaya awal

Cluster HPC dan superkomputer lokal memiliki biaya awal yang tinggi. HPC lokal akan sulit dijangkau oleh sebagian besar organisasi setelah memperhitungkan biaya peralatan, tenaga kerja, software, dan konfigurasi.

Konsumsi energi

Biaya energi untuk penginstalan superkomputer lokal bisa sangat besar. Untuk perusahaan yang sadar akan pentingnya lingkungan dan biaya, konsumsi energi HPC dapat berkelanjutan dengan menjalankan HPC di cloud terbersih di dunia. 

Pemeliharaan 

HPC berfungsi optimal jika menggunakan hardware generasi terbaru dan software yang dioptimalkan. Pengeluaran dalam menjaga cluster HPC atau superkomputer lokal agar hardware dan software-nya selalu terbaru guna memastikan performa yang optimal sangatlah besar dan berkelanjutan.

Ekosistem modern dibanjiri oleh data dan alat intensif komputasi untuk menganalisisnya. HPC memungkinkan para pelaku bisnis dan organisasi memproses semua data tersebut secara tepat waktu, sehingga mendorong insight, inovasi, dan penemuan ilmiah baru. Hal ini memungkinkan perusahaan memperkirakan skenario bisnis, memprediksi fluktuasi pasar, dan membuat rekomendasi. Sementara itu, transformasi bidang medis sedang dilakukan dengan mempermudah akses ke HPC di cloud, yang membantu membuat model potensi wabah, mendekode genom sel kanker, dan memahami bagaimana penyakit berkembang.

Singkatnya, HPC mempercepat rasio kemajuan ilmu pengetahuan, teknologi, dan bisnis yang dicapai, guna membantu umat manusia menciptakan masa depan yang lebih sejahtera.