Akselerasi Optimasi Proses Industri dengan Kluster Hibrid MCPU dan GPU

Dari PaloDozen

Judul Akselesari Optimasi Proses Industri dengan Kluster Hibrid MCPU + GPU
Peneliti Utama Eko M. Budi
Peneliti Estiyanti Ekawati
Program Riset KK ITB
Tahun 2010
Status Proposal diterima

Daftar isi

Abstrak

Optimasi sistem kontrol termasuk Grand Challenge Problem, yaitu proses komputasi yang sangat intensif sehingga membutuhkan waktu lama jika diselesaikan dengan komputer biasa masa kini. Hal ini sangat terasa pada salah satu teknik optimasi terkini, yaitu Dynamic Operability Framework (DOF), yang melakukan optimasi terpadu pada seluruh tahap perancangan sistem kontrol mulai dari pemilihan struktur, penentuan kondisi operasi, hingga penalaan parameter. Karena kompleksitasnya, satu proses optimasi untuk sistem ukuran sedang bisa makan waktu hingga seharian bila dijalankan pada komputer dengan Central Processing Unit (CPU) terkini. Dari segi teknik optimasi, DOF adalah satu algoritma besar yang mengandung lima sub algoritma, yaitu:

  1. Pemilihan struktur kontrol, menggunakan teknik optimasi kombinatorial (integer programming).
  2. Penentuan titik operasi nominal, dengan teknik sequential quadratic programming.
  3. Penalaan parameter kontrol, berdasar metode kontrol optimal.
  4. Simulasi dinamika sistem, dengan metode Euler/Runge Kutta untuk sistem non linear.
  5. Pemeriksaan batas dinamika sistem, memakai metode convex hull.

Menurut kajian ilmu komputer, masing-masing sub algoritma tersebut unik dan memiliki indeks komputabilitas yang berbeda, sehingga menuntut tingkat mesin komputasi yang beda juga. Penelitian ini mengajukan hipotesa bahwa algoritma DOF tersebut hanya akan dapat diakselerasi secara signifikan dengan menggunakan komputer hibrid MCPU+GPU, dimana:

  • MCPU (Multicore Central Processing Unit) adalah mesin komputasi kompleks yang sanggup mengeksekusi algoritma tingkat tinggi, namun hanya punya sedikit mesin paralel.
  • GPU (Graphics Processing Unit) adalah mesin pemroses grafik yang walau sederhana, punya mesin paralel yang sangat banyak.

Dengan membagi beban komputasi DOF yang memiliki berbagai level komputabilitas ke MCPU dan GPU secara bijak, maka akan dicapai tingkat paralelisme yang tinggi, sehingga lama eksekusi dapat jauh dipersingkat, hingga orde 100x lebih cepat. Saat ini, Teknik Fisika ITB sedang membangun kompetensi rekayasa komputasional dan selama tiga tahun ini telah fokus membangun infrastruktur komputasi kinerja tinggi. Keberhasilan penelitian yang diusulkan ini akan menjadi milestone sebagai aplikasi nyata pertama yang dikembangkan sendiri.

Kata kunci: kluster, hibrid, cpu, gpu, dynamic operability framework, optimasi, proses, kontrol

Tujuan

Riset ini memiliki dua tujuan utama, yaitu :

  • Menemukan cara agar komputasi DOF bisa dipercepat secara signifikan, menggunakan kluster hibrid MCPU+GPU.
  • Meyakinkan bahwa perangkat lunak tersebut mudah dipakai oleh para ahli optimasi, sehingga tidak terbebani oleh detail teknis perkomputeran.

Luaran

  • Prototype skala lab: Infrastruktur komputasi hibrid CPU+GPU
  • Prototype skala lab: Perangkat lunak optimasi sistem kontrol metode DOF berbasis CUDA.
  • Publikasi ilmiah (2)

Dampak

  • Mempertinggi produktivitas para peneliti sistem kontrol karena waktu simulasi dan optimasi menjadi jauh lebih singkat.
  • Mendorong penelitian bidang lain guna memanfaatkan komputer kluster CPU+GPU

Riset Terkait

  • Enabling World Class Research by High Performance Computing, Riset Ikatan Alumni ITB, 2009
  • Perancangan Material Nano Menggunakan Komputasi Kinerja Tinggi, Hibah Pasca Sarjana Dikti, 2008-2009
  • The development of a Dynamic Operability Analysis Framework for Industrial Process on a Cluster Computing System, Riset Internasional ITB, 2008
  • High Performance Low Cost Cluster Computing System Untuk Komputasi Material Dan Optimasi Proses Industri Dengan Open Source Software, Riset Insentif Ristek, 2008-2009
  • Computational tractability and Optimality of the Dynamic Operability Framework, a mathematical algorithm for chemical process design, Asahi Glass Foundation, 2007
  • Grid Computing Untuk Next Generation Computing, Riset Unggulan ITB, 2007

Kontributor: Mursito