Apa itu komputasi klaster?

Klaster komputasi biasanya terdiri dari server, stasiun kerja, dan komputer pribadi (PC) yang berkomunikasi melalui jaringan area lokal (LAN) atau jaringan area luas (WAN).

Komputasi klaster adalah sejenis komputasi terdistribusi, jenis komputasi yang menghubungkan komputer bersama-sama pada jaringan untuk melakukan tugas komputasi, meningkatkan daya komputasi, dan berfungsi sebagai komputer tunggal. Setiap komputer atau "node" dalam jaringan komputer memiliki sistem operasi (OS) dan inti unit pemrosesan pusat (CPU) yang menangani tugas-tugas yang diperlukan agar perangkat lunak dapat berjalan dengan baik.

Berkat kinerja tinggi dan ketersediaannya yang tinggi, komputasi klaster memiliki banyak aplikasi, termasuk komputasi cloud, kecerdasan buatan (AI), riset ilmiah, dan analitik big data.

Pada tingkat yang paling mendasar, komputasi klaster menggunakan LAN untuk menghubungkan beberapa komputer independen dalam jaringan. Dalam arsitektur klaster, setiap komputer dalam jaringan disebut sebagai "node" dan dikendalikan oleh middleware, perangkat lunak yang memungkinkan komunikasi antara setiap mesin. Pengguna klaster dapat menggunakan sumber daya setiap komputer seolah-olah mereka adalah satu mesin, bukan mesin terpisah yang terhubung melalui LAN.

Klaster komputasi dapat menghubungkan sedikitnya dua node atau hingga ribuan. Misalnya, klaster Beowulf biasanya menggunakan PC kelas komersial yang terhubung melalui jaringan area lokal dan dapat menjadi alternatif dengan harga relatif terjangkau untuk superkomputer untuk tugas-tugas tertentu.¹

Di sisi lain, Kubernetes, teknologi terkait kontainer yang berdekatan dengan klaster yang penting untuk komputasi cloud, mendukung klaster hingga 5.000 node yang terpisah namun terhubung. Kubernetes digunakan dalam berbagai jenis penyebaran cloud, termasuk arsitektur hybrid cloud dan multicloud serta DevOps dan modernisasi aplikasi.

Arsitektur komputasi klaster terdiri dari sekelompok komputer yang saling terhubung dan bekerja bersama sebagai satu mesin. Setiap sumber daya komputasi dihubungkan melalui koneksi berkecepatan tinggi — seperti LAN — dan dalam arsitektur sistem disebut sebagai satu node. Setiap node memiliki fungsi OS, memori, serta input dan output (I/O).

Ada dua jenis arsitektur klaster, terbuka atau tertutup. Di dalam klaster terbuka, setiap komputer memiliki alamat IP sendiri. Di dalam klaster tertutup, setiap node tersembunyi di balik node gateway. Karena node gateway mengontrol akses ke node lain dan alamat dapat ditemukan di internet, klaster tertutup memiliki risiko keamanan lebih kecil daripada klaster terbuka.

Selain komputasi klaster, ada dua jenis komputasi terdistribusi lainnya yang umum digunakan yang juga memiliki jaringan komputer terhubung: komputasi grid dan komputasi peer-to-peer.

Komputasi grid: Dalam ilmu komputer, infrastruktur komputasi grid disiapkan untuk menggabungkan sumber daya komputasi yang berada di lokasi fisik yang berbeda. Sumber daya komputasi yang tersedia dari mesin yang berbeda digabungkan dan digunakan bersama untuk memecahkan masalah. Seperti klaster, komputasi grid menggunakan sumber daya dari beberapa komputer yang saling terhubung.

Namun, tidak seperti klaster, hanya sumber daya yang tidak digunakan pada komputer yang terhubung melalui arsitektur grid yang digunakan. SETI, Search for Extraterrestrial Intelligence, merupakan contoh terkenal dari komputasi grid, di mana sumber daya komputasi yang tidak terpakai dari banyak komputer digunakan untuk menganalisis sinyal radio dari luar angkasa untuk mencari tanda-tanda kehidupan di luar bumi.²

Komputasi peer-to-peer: Komputasi atau jaringan peer-to-peer (P2P), membutuhkan dua komputer atau lebih untuk terhubung sebagai "rekan" di jaringan, yang berarti mereka memiliki kekuatan dan izin yang sama. Tidak seperti komputasi klaster, arsitektur P2P tidak memerlukan pendekatan manajemen terpusat.

Pada jaringan P2P, setiap node bertindak sebagai mesin klien (komputer yang membutuhkan akses ke layanan) dan server (komputer yang menyediakan layanan). Setiap node peer menyediakan sumber daya untuk node lain di jaringan, termasuk penyimpanan, memori, bandwidth, dan banyak lagi.

Komputasi klaster ditemukan pada 1960-an sebagai metode pendistribusian tugas komputasi dan penyimpanan data di banyak komputer. Pada 1980-an, perkembangan dalam beberapa teknologi yang berdekatan — termasuk PC, prosesor serbaguna, dan LAN — memiliki implikasi signifikan untuk komputasi klaster.

Mungkin yang terbesar adalah penggunaan node komputasi multiprosesor dalam komputasi berkinerja tinggi (HPC). Seiring bertambahnya contoh penggunaan HPC, begitu pula contoh penggunaan untuk komputasi klaster. Saat ini, digunakan antara lain di industri otomotif dan aeronautika, analisis data dari satelit, serta teleskop dan diagnosis penyakit berbahaya.

Saat ini, komputasi klaster digunakan di banyak teknologi paling canggih yang memajukan dunia kita, seperti kecerdasan buatan (AI), machine learning (ML), dan komputasi cloud. Bisnis terbesar di dunia menggunakan komputasi klaster untuk memindahkan beban kerja ke cloud, meningkatkan kecepatan pemrosesan, memperbaiki integritas data, dan banyak lagi. Di tingkat perusahaan, klaster komputer sering kali diberi tugas khusus—misalnya, penyeimbangan beban, ketersediaan tinggi, atau pemrosesan data berskala besar di pusat data.

Klaster komputasi terutama dirancang agar berkinerja lebih tinggi dan lebih dapat diandalkan daripada jenis arsitektur komputasi lainnya, menjadikannya kebutuhan mutlak bagi perusahaan modern. Misalnya, klaster modern memiliki toleransi kesalahan bawaan, istilah yang mengacu pada kapasitas mereka untuk terus berfungsi bahkan ketika satu node di dalam suatu jaringan gagal.

Selain itu, klaster komputer besar bergantung pada sistem file terdistribusi (DFS) dan array redundan disk independen (RAID) yang memungkinkan penyimpanan data yang sama di lokasi berbeda pada beberapa hard disk drive. Komputasi klaster memberikan manfaat bagi perusahaan modern dalam banyak hal; berikut adalah beberapa contohnya: 

Karena ketergantungannya pada paralelisme, klaster komputer dianggap berkinerja tinggi dan biasanya dapat memproses data lebih cepat dan menangani beban kerja yang lebih besar daripada satu komputer.

Komputasi klaster dianggap sangat andal karena penggabungan teknologi DFS dan RAID. Dalam klaster komputer, bahkan jika satu node gagal, jaringan terus berfungsi dan DFS dan RAID akan tetap memastikan bahwa data dicadangkan di beberapa tempat. 

Selain sangat andal, komputasi klaster juga dianggap memiliki ketersediaan tinggi berkat kemampuannya untuk pulih dengan cepat dari kegagalan satu node. Jika sebuah klaster bekerja dengan baik, ketika satu node gagal pekerjaannya ditransfer dengan lancar ke node lain di klaster tanpa gangguan dalam layanan.

Komputasi klaster sangat dapat diskalakan karena node klaster dapat ditambahkan kapan saja untuk meningkatkan kinerja. Kemampuan untuk menyesuaikan sumber daya secara dinamis dalam klaster berarti bahwa klaster dapat meningkatkan atau menurunkan, tergantung pada permintaan. 

Komputasi klaster lebih hemat biaya daripada jenis komputasi lainnya. Banyak perusahaan modern mengandalkan komputasi klaster untuk meningkatkan kinerja, skalabilitas, dan ketersediaan infrastruktur TI mereka dengan harga yang terjangkau.

Klaster komputasi sangat bervariasi dalam kompleksitas dan tujuan. Klaster node ganda yang relatif sederhana, misalnya, hanya menghubungkan beberapa komputer, sementara superkomputer Aurora, di sisi lain, menghubungkan lebih dari 10.000 komputer.³

Klaster memiliki banyak contoh penggunaan bisnis karena kinerja, skalabilitas, dan fleksibilitasnya yang tinggi, tetapi mereka juga digunakan oleh universitas dan sekolah kedokteran untuk riset ilmiah. Berdasarkan karakteristiknya, klaster komputasi dibagi menjadi tiga jenis yang berbeda—ketersediaan tinggi, penyeimbangan beban, dan kinerja tinggi. 

Klaster dengan ketersediaan tinggi secara otomatis mentransfer tugas dari node yang gagal secara tak terduga ke node lain di jaringan yang masih berfungsi. Kemampuan untuk beradaptasi dengan cepat dan mudah ketika satu node gagal membuatnya ideal untuk beban kerja di mana menghindari gangguan layanan sangat penting.

Klaster penyeimbangan beban atau singkatnya penyeimbang beban, memastikan bahwa pekerjaan didistribusikan secara adil di seluruh node dalam klaster. Tanpa penyeimbangan beban, node akan kewalahan oleh tugas yang diberikan dan lebih sering gagal. Ada berbagai jenis penyeimbangan beban untuk tujuan yang berbeda. Salah satu yang paling terkenal, Linux Virtual Server, gratis dan sumber terbuka dan digunakan untuk mengembangkan server dengan kinerja dan ketersediaan tinggi berdasarkan teknologi klaster.

HPC Cluster adalah jaringan prosesor kuat yang dapat memproses kumpulan data multidimensi yang sangat besar atau dikenal juga sebagai big data, dengan kecepatan yang sangat tinggi. Mereka membutuhkan jaringan berkekuatan tinggi dan latensi luar biasa rendah untuk memindahkan file antara node.

Tidak seperti penyeimbangan beban dan klaster dengan ketersediaan tinggi, HPC cluster memiliki daya pemrosesan yang lebih besar dan dirancang khusus untuk analisis data, seperti mendiagnosis penyakit, menganalisis data keuangan dalam jumlah besar, dan mengurutkan genom. Selain itu, HPC cluster menggunakan Message Passing Interface (MPI), sebuah protokol untuk arsitektur komputasi paralel yang memungkinkan komunikasi antara node.

Klaster AI adalah klaster komputasi yang dibuat khusus untuk beban kerja AI dan ML, seperti pengenalan wajah dan ucapan, pemrosesan bahasa alami (NLP) dan mengemudi otonom. Klaster AI dirancang khusus untuk algoritma yang melatih model AI.

Klaster komputasi memiliki berbagai kegunaan. Dari aplikasi perusahaan seperti komputasi cloud dan analitik data, hingga perangkat lunak yang membantu menciptakan efek khusus 3D yang mengesankan untuk film, berikut adalah beberapa contohnya: