CPU vs GPU: Apa Bedanya?

CPU vs GPU: Apa Bedanya?

CPU (kiri) dan GPU (kanan)

Patut diakui, dunia komputer bukanlah merupakan suatu hal yang sederhana. Ada banyak sekali istilah rumit yang kadang tidak dipahami oleh masyarakat awam, seperti processor, memory, storage, dan istilah lainnya. Namun, ada dua istilah yang cukup mirip dan cukup sering (dan memang cukup penting) disinggung ketika seseorang akan memilih sebuah unit laptop atau merakit komputer nya sendiri. Dua istilah tersebut hanya berbeda 1 huruf saja, namun memiliki fungsi yang mirip namun sebetulnya sangat berbeda. Kedua istilah ini adalah CPU (Central Processing Unit) dan GPU (Graphics Processing Unit).

Apa itu CPU?

Sebelum membahas GPU, ada baiknya kita membahas tentang CPU terlebih dahulu. CPU dapat dikatakan sebagai otak daripada sebuah komputer. Secara fisik, CPU merupakan rangkaian elektronika terintegrasi yang dicetak pada sebuah piringan berbahan silicon (microchip) yang jika dilihat akan berbentuk sangat mirip dengan kaca yang biasa disebut silicon wafer. Piringan silicon yang telah dicetak oleh rangkaian elektronika ini kemudian akan dikemas dalam kemasan plastic atau logam yang kemudian akan menjadi CPU yang biasa kita lihat di pasaran.

Silicon Wafer (kiri) dan CPU pasaran (kanan)

Sesuai namanya, dalam arsitektur komputer CPU (Central Processing Unit) berfungsi sebagai “sentral” dari seluruh pemrosesan matematika. Perlu diingat, sejati-nya sebuah komputer merupakan alat hitung super canggih (computer, compute = menghitung). Jika secara sederhana dikatan bahwa sebuah “komputer” merupakan sebuah alat hitung, maka pada CPU-lah seluruh operasi perhitungan matematika nya dilakukan. Fungsi inilah yang membuat CPU dikatakan sebagai otak daripada sebuah komputer, karena jika sebuah komputer tidak bisa melakukan perhitungan, maka alat tersebut kurang dapat didefinisikan sebagai sebuah “komputer”. Ohya, smartphone yang kamu gunakan sehari-hari (dan mungkin sedang kamu gunakan untuk membaca artikel ini) juga termasuk “komputer” loh!

Dalam melakukan perhitungannya, CPU menerima input dari berbagai macam sumber baik itu dari perangkat keras yang biasa kita gunakan (keyboard, mouse, joystick, touchscreen) ataupun perangkat lunak untuk kemudian diproses. Tentu saja hasil pemrosesan tidak didiamkan begitu saja, melainkan akan ditampilkan kembali melalui perangkat keras lainnya (monitor, speaker). CPU sendiri terdiri dari beberapa komponen yang membuatnya dapat melakukan perhitungan seperti Control Unit dan Arithmetic Logic Unit. Secara singkat control unit berfungsi untuk mengatur instruksi perhitungan apa yang akan dilakukan, sedangkan arithmetic logic unit merupakan eksekutor instruksi perhitungan yang telah diatur (seperti kalkulator super efisien). Selain kedua komponen tersebut, terdapat 2 komponen lain yang berfungsi sangat mirip yaitu tempat CPU menyimpan dan mengambil seluruh data yang akan diolah. Kedua komponen ini disebut cache dan system memory (atau biasa disebut RAM).

Apa itu GPU?

Secara fisik, GPU akan tampak sangat mirip dengan CPU yaitu rangkaian elektronika terintegrasi pada silicon wafer. Jika CPU merupakan pusat pemrosesan matematika sentral, maka GPU merupakan pusat pemrosesan matematika untuk kebutuhan grafis. Berdasarkan fungsi nya yang untuk memroses penampilan grafis, maka dapat dikatakan bahwa setiap komputer memiliki “GPU” nya sendiri secara perangkat keras. GPU dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu integrated dan diskrit.

Sebelumnya, telah dijelaskan bahwa setiap komputer tentu nya membutuhkan unit pemrosesan grafis-nya masing-masing agar dapat menampilkan sesuatu pada layar monitor (jika tidak, kita tidak akan bias melihat apa-apa saat menggunakan komputer, hehe). Maka dari itu, CPU yang didesain masa kini hampir semuanya telah memiliki integrated GPU yang secara perangkat keras sudah terintegrasi pada rangkaian elektronika CPU itu sendiri, sama seperti namanya. Namun GPU yang telah terintegrasi pada CPU ini akan berbagi system memory dalam pemrosesan nya, karena itu performa nya kadang dianggap kurang cukup untuk pemakaian intens seperti bermain game atau menonton film dalam resolusi tinggi.

Besarnya memory yang dipakai oleh GPU integrated rata-rata berada pada orde satuan megabyte. Didesain lah GPU Diskrit yang secara perangkat keras sudah terpisah dari CPU. GPU Diskrit memiliki system rangkaian elektronika yang terpisah dengan CPU utama sehingga dapat bekerja tanpa mengganggu performa CPU utama. GPU Diskrit memiliki memory nya sendiri yang dinamakan video memory (biasa disebut VRAM). Karena memiliki memory sendiri, VRAM pada GPU Diskrit dapat berukuran jauh lebih besar dibandingkan GPU integrated, dengan rata-rata VRAM mencapai 2 ~ 6 gigabyte. Gambar GPU yang teman-teman lihat di awal artikel ini merupakan gambar GPU Diskrit. GPU Diskrit juga sering disebut video card.

GPU sendiri memiliki komponen yang sangat mirip dengan CPU. GPU memiliki control unit, arithmetic logic unit, cache, dan memory nya sendiri. Tidak heran, secara mendasar fungsi keduanya memang sama: melakukan operasi matematika. Namun, arsitektur dari bagaimana komponen-komponen tersebut  disusun secara fungsi dan jumlah membuat CPU dan GPU bermanfaat dalam dua hal yang berbeda loh!

Apa Bedanya?

Untuk mencapai performa maksimal, dalam arsitektur komputer CPU dan GPU bekerja bersama melaksanakan fungsi nya masing-masing. CPU yang disebut sebagai “otak” sebuah komputer lebih terspesialisasi untuk mengerjakan kalkulasi matematika yang abstrak, rumit, dan bersifat sekuensial. Bayangkan CPU sebagai beberapa orang yang sangat pintar yang dapat melakukan perhitungan super rumit. Tugas ini memang penting untuk dapat dilakukan oleh sebuah komputer karen memang itu tugas komputer 😊.

Sedangkan GPU lebih terpesialisasi untuk mengerjakan kalkulasi matematika sederhana dalam jumlah masif dan sangat cepat. Bayangkan GPU sebagai anak-anak yang hanya dapat melakukan operasi kali bagi tambah kurang namun dalam jumlah yang sangat masif. Contoh tugas ini dalam ranah komputer adalah: tepat sekali, menampilkan visual grafis pada layar. Tentu saja beban grafis akan berbeda-beda bergantung kepada jenis kegiatan. Beban grafis untuk sekedar mengerjakan dokumen pada aplikasi word atau powerpoint akan sangat jauh berbeda dengan beban grafis bermain video game atau menonton video dengan resolusi tinggi. Digunakan teknik dengan nama parallel computing untuk melakukan tugas GPU tersebut.

Muncul satu pertanyaan: walaupun memiliki komponen yang serupa, mengapa CPU dan GPU dapat berfungsi sedemikian berbeda? Hal ini disebabkan karena CPU dan GPU didesain dengan arsitektur yang berbeda. Ingat si orang pintar pada CPU? Pada rangkaian elektronika, orang pintar ini disebut sebagai core yang berisi arithmetic logic unit. Core pada CPU didesain sedemikian rupa sehingga dapat melaksanakan operasi dan instruksi matematis yang rumit. Dewasa ini, CPU sudah memiliki multi-core atau lebih dari satu core sehingga dalam satu buah CPU terdapat “beberapa orang pintar” yang dapat melakukan komputasi secara bersamaan. Sebagai contoh, CPU keluaran intel dengan nomor seri i5-8250U memiliki 4 core, CPU ini dapat diibaratkan memiliki 4 “orang pintar”. CPU juga didesain agar dapat menggunakan system memory (atau RAM) sebagai tempat penyimpanan data dalam operasi nya.

Berbeda dengan GPU, GPU didesain agar memiliki core dengan jumlah yang sangat banyak melampaui jumlah core pada CPU. Hanya saja core pada GPU hanya dapat melakukan operasi dan instruks matematis yang sederhana, seperti anak-anak yang hanya dapat melakukak kalibataku. Jumlah core pada GPU yang sangat banyak ini membuat GPU sangat cocok untuk melakukan operasi matematis yang sederhana namun berjumlah sangat banyak. Sebagai contoh sederhana, seri kartu grafis diskrit keluaran Nvidia dengan seri GTX 1050 memiliki jumlah core mencapai 640. Tentu saja arsitektur GPU tidak se sederhana perbedaan jumlah core jika dibandingkan dengan CPU, namun untuk memberikan gambaran, penyederhanaan ini cukup mewakili.

Saling Melengkapi atau Menggantikan?

Jika GPU memiliki jumlah core yang jauh lebih banyak dibandingkan CPU, apakah GPU dapat menggantikan CPU? Atau, jika CPU memiliki core dengan kemampuan matematis yang jauh lebih tinggi dibandingkan GPU, apakah CPU dapat menggantikan GPU? Jawabannya adalah tidak. CPU dan GPU didesain secara berbeda karena terdapat kebutuhan yang berbeda pula. CPU tercanggih sekalipun akan tetap didesain dengan bekal GPU paling minimum untuk menampilkan grafis pada layar. Sedangkan GPU tercanggih tidak akan dapat melakukan instruksi-instruksi dasar yang menjadikan sebuah komputer “sebuah komputer” tanpa CPU. Walaupun prinsip kerja kedua elemen komputer ini mirip, namun masing-masing didesain untuk saling melengkapi dan memastikan bahwa kita, manusia, dapat mendapatkan pengalaman terbaik dalam menikmati teknologi komputer.

Referensi :

  1. Maneesh Singh. “Difference between CPU and GPU”. geeksforgeeks.org. Diakes pada 13 November 2019
  2. Computer Hope. “CPU”. computerhope.com. 04/02/2019. Diakses pada 13 November 2019
  3. Scharon Harding. What Is a GPU? A Basic Definition of Graphics Cards. Tom’s Hardware. December 13, 2018. Diakses pada 13 November 2019

Mengejutkan! Kemungkinan besar kita hidup dalam simulasi komputer!

Mengejutkan! Kemungkinan besar kita hidup dalam simulasi komputer!

Selama ini, kita merasa bahwa segala hal yang terjadi begitu nyata, dan yakin betul bahwa kita dan semua orang lainnya pun memiliki “kesadaran” penuh atas segala yang terjadi di dunia ini. Lalu, bagaimana jadinya kalau ternyata selama ini kita hanyalah hidup dalam sebuah simulasi komputer layaknya di film The Matrix? Kasarnya, kita bukanlah hal yang benar-benar nyata, dan kesadaran kita hanyalah bagian dari program “simulasi” ini. Selain itu, hal ini berarti bahwa ada “sesuatu” yang lebih “tinggi” dari kita yang ternyata mengendalikan kita di balik semua ini, layaknya permainan The Sims.

Pemikiran ini disebut juga sebagai teori simulasi (simulation theory). Hipotesa ini pertama kali dikenalkan secara luas di sebuah jurnal yang ditulis oleh seorang ahli filosofi Oxford bernama Nick Bostrom pada tahun 2003. Dalam tulisannya, ia memaparkan pemikirannya bahwa sebenarnya ada banyak simulasi realita yang dibuat beserta dengan karakter dengan kecerdasan buatan di dalamnya. Dibahasannya, para karakter itu disebutkan tidak tahu bahwa mereka hanyalah tinggal di simulasi. Dan kemungkinan kita bukanlah satu-satunya simulasi yang “mereka” buat.

Sebenarnya, ide gila ini bukan murni ide baru. Bahkan sebelum teori simulasi ini dicetuskan, sudah ada banyak hipotesa baik secara saintifik maupun filosofis yang mengatakan bahwa realita ini hanyalah sebuah ilusi. (hanya saja waktu itu manusia belum mengenal kata “simulasi”). Hipotesa ini bahkan bisa dilacak kembali sampai ke zaman dahulu, seperti filosofi Maya yang terbentuk di masyarakat India.

Hipotesa ini pun menjadi terkenal semenjak adanya tulisan Bostrom itu. Bahkan, Elon Musk saja dapat dikatakan sependapat dengan hipotesa kontroversional ini. Elon Musk berpendapat, semakin kesini video game yang dapat kita buat kualitas grafiknya jadi semakin baik. Ia yakin suatu saat nanti, akan sampai di titik dimana kita tidak bisa membedakannya dengan “realita”.

sebuah grafik game yang sangat realistis
sebuah grafik game yang sangat realistis

Sampai sekarang, hipotesa ini belum terbukti kebenarannya karena kita tidak bisa membuktikan diri kita sendiri apakah kita hidup dalam simulasi atau bukan. Tapi, banyaknya bukti yang mendukung tentu akan membuat kita semakin penasaran akan kebenarannya.

Lalu, apa saja bukti kalau kita memang hidup di dalam sebuah simulasi layaknya The Sims?

1.DNA yang mengandung virus komputer.

DNA yang disisipi oleh virus komputer

Pada tahun 2017, para peneliti dari bidang berbeda di University of Washington menunjukkan bahwa mereka dapat menyisipkan virus komputer ke dalam DNA. Lalu susunan dari virus dan DNA ini dimasukkan ke dalam komputer sebagai suatu “malware“. Hasilnya, malware ini dapat menyerang komputer yang ditargetkan. Hal ini membuktikan bahwa realita biologis tidak lebih dari sekadar pengkodean komputer.

2. Adanya efek Mandela (Mandela Effect)

Coba perhatikan gambar di bawah ini! yang mana yang menurut Anda benar?

sebenarnya ekor pikachu tidak pernah memiliki warna hitam

Banyak orang yang ketika ditanya mana yang benar akan mengatakan gambar pertama(ekor dengan garis hitam), padahal sebenarnya ekor Pikachu tidak pernah terlihat seperti itu. Selain ekor Pikachu ini, ada juga false memory lainnya seperti di bawah ini

Lalu, bagaimana bisa banyak orang memiliki ingatan yang salah seperti itu? Dan bagaimana mungkin fenomena ini terjadi bukan hanya sekali dua kali saja.

3. Game Simulasi yang semakin nyata

virtual reality adalah contoh alat yang diciptakan untuk memberikan efek “nyata” dalam game/simulasi yang dibuat

Seperti yang telah Elon Musk ucapkan, video game yang bisa kita buat bisa makin nyata sampai akhirnya sama dengan “nyatanya” dunia kita. Kemungkinannya, kita bukanlah yang pertama melakukannya. Bisa saja yang mensimulasikan kita sendiri pun adalah sebuah simulasi. Atau dapat dikatakan simulasi dalam simulasi. Membingungkan, bukan?

4. Glitch In The Matrix

Seperti dalam film The Matrix, ada banyak kejadian sehari hari yang membuat kita berpikir kalau sebenarnya semua ini hanyalah simulasi.

Ada banyak contoh glitch yang terjadi. Salah satu fenomena “glitch” adalah deja vu. Deja vu sendiri adalah suatu “perasaan aneh” yang dirasakan ketika kita ke suatu tempat/mengalami suatu hal. Kita merasa seolah kita pernah mengalaminya meski pada dasarnya kita belum pernah kesana/mengalaminya. Para ilmuwan banyak yang percaya bahwa fenomena ini tak lain hanya anomali neurologis yang terjadi pada otak. Kasarnya, ini hanya ilusi yang terbentuk di otak saja.

Namun, banyak juga yang berpendapat kalau hal ini adalah bukti adanya sebuah “glitch” dalam “realita” kita. Jadi, simulasi kita mengalami “glitch” sesaat dan membuat sebuah kejadian yang harusnya terjadi di titik waktu tertentu jadi muncul di suatu titik lainnya.

Selain deja vu, fenomena munculnya orang “penjelajah waktu” yang berjalan dengan membawa handphone di masa lalu yang tertangkap kamera juga menunjukkan bahwa “glitch” itu terjadi.

“penjelajah waktu” dengan smartphone yang tertangkap kamera

5. Quantum entanglement yang melebihi kecepatan cahaya

dua partikel yang saling terhubung satu sama lain meski terpisah oleh jarak yang jauh

Quantum entanglement adalah suatu fenomena dimana partikel dapat saling mengirimkan informasi meskipun terpisah oleh jarak yang sangat jauh.

Menurut Bohr, alam semesta kita kemungkinan tersusun atas data seperti di komputer dan bukanlah materi yang terpisahkan oleh ruang waktu. Namun, otak kitalah yang mempersepsikan “data” itu sebagai “materi”. Bohr memiliki pendapat ini karena menurut Einstein tidak ada “materi” yang dapat melebihi kecepatan cahaya. Jika menggunakan konsep ruang-waktu, fenomena ini mustahil karena dibutuhkan lebih dari kecepatan cahaya untuk mengirimkan informasi secepat itu. Padahal, quantum entanglement benar-benar terjadi.

Lalu… apa dampaknya bagi kita jika alam semesta yang kita tinggali adalah simulasi?

Sebenarnya, tidak akan ada dampak apapun secara langsung pada kehidupan kita sehari-hari jika dunia ini adalah simulasi komputer. Kita akan tetap menjalani kehidupan kita seperti biasanya, kehidupan akan jalan terus.

Tapi, jika hipotesis simulasi ini benar, tentu dapat membuktikan beberapa hipotesa sebelumnya yang telah tercetus dalam ranah fisika teoretis.

Jika hipotesa ini benar maka teori
multiverse kemungkinan benar, karena kita bukanlah satu-satunya simulasi yang diciptakan oleh “peradaban” di atas kita. Ada banyak alam simulasi lainnya di luar sana.

Selain itu, interpretasi copenhagen dalam mekanika kuantum pun benar (kondisi dimana kucing mati dan hidup secara bersamaan). Hal ini terjadi karena seperti dalam video game, kondisi yang akan dimunculkan di layar hanya kondisi yang ada di sekitar karakter game. Jika karakter tidak ke suatu tempat (misal ke A) maka kondisi A tidak ada di layar, kita tidak tahu kondisi disana. Sama dengan lingkungan kita. Jika kita tidak melihat kucing dalam boks, kita juga tidak tahu kondisi kucing.

Seperti yang telah disebutkan di atas, hal ini tidak akan terlalu memberikan dampak yang besar bagi kehidupan sehari-hari. Jadi artikel ini sebaiknya tidak usah terlalu diambil pusing dan jadikan saja sebagai pengetahuan.

Referensi

[1] Illing, Sean. 2019. Are we living in a computer simulation? I don’t know. Probably . Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[2] Wikipedia. Simulation hypothesis. . Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[3] Solon, Olivia. 2016. Is our world a simulation? Why some scientists say it’s more likely than not. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[4] Stieb, Matt. 2019. 15 Irrefutable Reasons We Might Be Living In A Simulation.
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[5] S. Powell, Corey. 2018. Elon Musk says we may live in a simulation. Here’s how we might tell if he’s rightDiakses pada tanggal 23 Juni 2019

[6] Farquhar, Claire. 2019. There Is Solid Evidence We’re All Living In A Simulation.
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[7] Yuhas, Daisy. 2012. Could Human and Computer Viruses Merge, Leaving Both Realms Vulnerable?. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[8]  Colagrossi, Mike. 2019.
.3 superb arguments for why we live in a matrix – and 3 arguments that refute them. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019.

[9] Johnston, Norm. 2017. Deja Vu: Are We All Actually Living in Virtual Reality?
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[10] Adamson, Rob. Quantum Entanglement & Simulated Reality. Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

[11] Wikipedia. Quantum Entanglement.
Diakses pada tanggal 23 Juni 2019

Bagaimana Sistem Operasi Berbasis GUI Pertama Kali Diciptakan ?

Lisa 2

Dengan semakin berkembangnya dunia teknologi, informasi dan komunikasi, tentu kita harus merasa bersyukur karena segala sesuatu telah banyak ditemukan dan serba mudah dalam penggunaannya. Termasuk komputer dan smartphone yang kita gunakan sekarang, yang telah menggunakan sistem operasi  berbasis GUI (Graphichal User Interface). GUI atau yang dalam Bahasa indonesianya adalah Antarmuka Pengguna Grafis ini memudahkan kita untuk mengoperasikan sebuah perangkat dengan bebas dan leluasa, baik itu dengan mouse, touchpad, atau bahkan dengan sentuhan pada layar. Dengan GUI kita bisa melakukan operasi menghapus atau memindahkan data hanya dengan satu klik pada mouse. Tidak seperti dulu, mengeporasikan komputer harus menggunakan perintah teks atau yang kita kenal dengan DOS (Disk Operating System) yang lama dan merepotkan.

Tapi, mungkin kita bertanya-tanya bagaimana mungkin Sistem Operasi yang berbasis GUI pertama kali diciptakan ? bagaimana mendesainnya ? menggunakan software apa ? Bahasa pemogrgaman apa ? dan masih banyak lagi pertanyaan lainnya. Kita mungkin bingung karena sebelumnya hanya menggunakan sistem operasi berbasis perintah teks lalu kemudian bisa menjadi system operasi seperti Windows, Mac OS, atau Linux seperti yang kita kenal saat ini. Ternyata, apabila kita meninjau sejarahnya ke belakang, proses penyempurnaan GUI tidaklah sebentar, bahkan memerlukan lebih dari dua dekade.

Bagaimana sejarah lahirnya GUI ?

Sejarah Panjang lahirnya GUI dimulai sejak Vannevar Bush meperkenalkan gagasannya yang disebut “memex”, yaitu sebuah alat komputasi yang ia bayangkan seperti meja yang terpasang monitor layar sentuh dengan keyboard dan scanner pada tahun 1945. “Memex” ini memungkinkan penggunanya untuk megakses informasi dengan cara kerja seperti hyperlink yang kita kenal sekarang. Pada saat itu Bush mempublikasikan gagasannya lewat artikel dengan judul “As We May Think” yang diterbikan di sebuah penerbitan Atlantic Monthly. Kemudian, sampai pada tahun 1962 barulah ada seseorang yang ingin mewujudkan gagasan dari Vannevar Bush tersebut, yaitu Douglas Engelbart.

Douglas Engelbart

Gambar 1. Douglas Engelbart pada tahun 1968. (Sumber: arstechnica.com)

Langkah Douglas dimulai dengan menerbitkan sebuah paper berjudul “AUGMENTING HUMAN INTELLECT: A Conceptual Framework.” Dalam paper ini, Douglas berpendapat bahwa komputer digital memberikan metode tercepat dalam “meningkatkan kemampuan manusia untuk mendekati situasi masalah yang kompleks, untuk mendapatkan pemahaman yang sesuai dengan kebutuhan khususnya, dan untuk mendapatkan solusi untuk masalah.” Dia juga berpendapat bahwa komputer bukan untuk menggantikan kecerdasan manusia, melainkan alat untuk meningkatkannya. Salah satu contoh dari hipotesis pertama yang ia gambarkan dari teknologi ini adalah seorang arsitek yang merancang sebuah bangunan menggunakan sesuatu yang mirip dengan apa yang kita sekarang kenal sebagai CAD (Computer Aided Design).

Douglas bukan hanya menulis ide-idenya dalam bentuk paper, melainkan ia juga menciptakan “mouse” pertama yang pada saat itu disebut “Indikator XY” dan bentuknya belum seperti mouse yang kita kenal sekarang. “Indikator XY” adalah sebuah alat kecil yang ditempatkan di sebuah kotak kayu di atas roda yang bergerak disekitar dekstop dan menggerakan kursor pada layar. Kemudian pada tahun 1968 Douglas meciptakan NLS (oN Line System), sebuah system terdiri dari layar GUI, keyboard dan mouse. NLS baru bisa menampilkan teks dan garis saja dikarenakan keterbatasan memori yang digunakan. NLS ini juga yang menjadi cikal bakal dan inspirasi bagi para ilmuan dalam mengembangkan GUI di masa depan.

 

Gambar 2. Layar system NLS, keyboard dan mouse. (Sumber: arstechnica.com)

Namun, Douglas bukan satu-satunya visioner dalam sejarah GUI. Pada tahun 1963, seorang mahasiswa pascasarjana di MIT, Ivan Sutherland, mengajukan tesisnya sebuah program yang disebut “Sketchpad,” yang secara langsung memanipulasi objek pada layar CRT menggunakan pena cahaya.

 

Lalu bagaimana pengembangan awal GUI ?

Pengembangan GUI dilakukan secar masif oleh perusahaan bernama XEROX PARC pada tahun 1970. Tentu dengan dasar dari NLS-nya Douglas, XEROX PARC mengembangkan GUI lebih jauh. Pada tahun 1973 Xerox Alto berhasil diluncurkan, yaitu komputer pribadi pertama yang berbasis GUI. Alto  dibangun dengan Bahasa pemograman beorientasi objek pertama yaitu Smalltalk. Smalltak sendiri dikembangkan oleh Alan Kay, Dan Ingalls, Adele Goldberg dalam tim Learning Research Group (LRG) bagian dari XEROX PARC.

Xerox Alto

Gambar 3. Xerox Alto. (Sumber : arstechnica.com)

Smaltalk

Gambar 4.Tampilan Smalltalk dalam pengembangan GUI. (Sumber : arstechnica.com)

Xerox Alto hadir dengan sepesifikasi yang cukup mumpuni pada saat itu, yaitu layar monokrom dengan resolusi 606×808, mouse 3 tombol, keyboard 5 tombol, removable disks kapasitas 2,5 mb, dan CPU 16-bit microcode yang dibangun khusus dari chip TTL. Sementara, Artarmukanya saat itu sudah memiliki fitur yang disebut WIMP (Windows, Icon, Menu, Pointer) dan dapat melakukan operasi membuka file, menghapus file, dan memindahkan file.

Setelah selang beberapa tahun, Xerox Park kembali melahirkan komputer pribadi bernama Xerox Star. Dengan desain dan konsep yang sama dengan pengembangan Alto, Star hadir dengan lebih ramping dari bentuknya, serta  antarmuka yang sudah memiliki “desktop”, resize windows, kotak dialog dan mouse yang lebih canggih dari sebelumnya.

Xerox Star

Xerox Star 2

Gambar 5 & 6. Tampilan antarmuka Xerox Star (Sumber : arstechnica.com & webdesignerdepot.com)

 

Bagaimana dengan perkembangan Apple dan Microsoft ?

Apple berdiri sejak tahun 1976, dirintis oleh Steve Jobs dan Steve Wozniak pada sebuah garasi di daerah Los altos, California. Pada tahun 1976 dan 1977 Apple berhasil mengembangkan Apple I dan Apple II, namun belum berbasis GUI. Hingga pada tahun 1979, setelah Apple berkunjung ke Xerox Parx untuk mempelajari konsep-konsep GUI yang dikembangkannya dan merekrut lebih dari stengah karyawan Parc. Pada tahun 1983, Apple merilis komputer pribadi berbasis GUI pertamanya yang diberi nama Apple Lisa. Lisa hadir dengan beberapa perkembangan yang lebih baik dari Alto, seperti fitur pull down menus, menu bars, wastebasket (sekarang trash), dan masih banyak lagi.

Lisa

Lisa 2

Gambar 7 & 8. Tampilan Apple Lisa (Sumber : webdesignerdepot.com)

Sementara itu, Microsof ditemukan pada tahun 1975 oleh Bill Gates dan Paull Allen di  Albuquerque, New Mexico. Micorsoft juga pada masa awal-awal berdirinya tidak langsung membangun system operasi berbasis GUI. Baru pada tahun 1985 Microsoft berhasil melahirkan windows 1.0, Sistem operasi pertamanya yang berbasis GUI.

Windows 1.01

Windows 1.01

Gambar 9 & 10. Tampilan Windows 1.0 (Sumber : webdesignerdepot.com)

Pada dasarnya tampilan windows 1.0 tidak begitu jauh dari Apple Lisa, itu dikarenakan pada tahun 1977 Apple dan Microsoft melakukan pertemuan dan pertukaran ide dalam pengembengan GUI.

 

Apakah ada pengembang GUI lainnya ?

Dalam perjalanan panjangnya bukan hanya Microsoft dan Apple yang berkontribusi dalam pengembangan GUI setelah diprakarsai oleh Xerox Parc. Banyak deretan nama system operasi berbasis GUI pada sepanjang tahun 80-an sampai tahun 90-an, misalnya Visi On dari Visi Corp, Tandy DeskMate, GEM, Amiga Workbench, dan masih banyak lainnya.

Gambar 11. Tampilan antarmuka Visi On (Sumber : arstechnica.com)

Gambar 12. Tampilan antarmuka Tandy DeskMate (Sumber : arstechnica.com)

Gambar 13. Tampilan antarmuka GEM (Sumber : arstechnica.com)

Gambar 5. Tampilan antarmuka Amiga Workbench  (Sumber : arstechnica.com)

 

Panjangnya sejarah dalam perkembangan GUI, tidak sederhana untuk menyimpulkan siapa yang menemukan GUI. Meski sejarah mecatat bahwa Douglas Engelbart sebagai Bapak GUI, tetapi peran XEROX PARC, Apple, Microsoft, dan perusahaan lainnya tidak bisa diremehkan karena mempunyai kontribusi masing-masing pada bidangnya. Sampai pada akhirnya kita dapat menikmati antarmuka yang sangat memudahkan dalam segala operasi atau user friendly pada setiap perangkat, baik itu komputer ataupun smartphone, baik  itu Windows, Mac OS, Android, atau Linux sekalipun.

 

Referensi :

[1] Reimer, J. 2005. A History of GUI. Diakses dari https://arstechnica.com/features/2005/05/gui/ pada 20 Januari 2019

[2] Powell, A. 1997. A History of the GUI. Diakses dari https://www.wired.com/1997/12/web-101-a-history-of-the-gui/ , diakses pada 20 Januari 2019

[3] Tuck, M. 2001. The Real History of the GUI. Diakses dari https://www.sitepoint.com/real-history-gui/ , diakses pada 20 Januari 2019

[4] Engelbart, D. 1962. AUGMENTING HUMAN INTELLECT: A Conceptual Framework. Diakses dari http://www.invisiblerevolution.net/engelbart/full_62_paper_augm_hum_int.html , diakses pada 20 Januari 2019

[5] Bush, V. 1945. As We May Think. Diakses dari https://www.theatlantic.com/magazine/archive/1945/07/as-we-may-think/303881/ , diakses pada 20 Januari 2019

[6] WDD Staf. 2009. Operating System Interface Design between 1981-2009. Diakses dari https://www.webdesignerdepot.com/2009/03/operating-system-interface-design-between-1981-2009/ , diakses pada 21 Januari 2019

[7] Graphical User Interface Timeline. Diakses dari http://toastytech.com/guis/guitimeline.html , diakses pada 21 Januari 2019

Berhasilnya Teleportasi Kuantum Antara 2 Qubit

Berhasilnya Teleportasi Kuantum Antara 2 Qubit

Komputer kuantum adalah salah satu penerapan dari ilmu fisika kuantum. Komputer ini memiliki potensi besar untuk secara efektif dan efisien memecahkan masalah kompleks yang sulit dipecahkan dengan komputer biasa.

Bagaimanapun juga, merancang prosesor kuantum dalam skala besar sangatlah menantang karena rentan terjadinya error di sistem kuantum yang berbeda dengan error pada komputer biasa.

“Penghitungan kuantum diselesaikan dengan bit data yang disebut qubit yang rentan terhadap error,” ujar Professor Schoelkopf, ketua tim dari penelitian ini.

Qubit (singkatan dari quantum bit) sendiri adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum. Bedanya bit biasa dengan qubit adalah informasi yang ada di dalamnya. Bit hanya dapat membawa 1 informasi yakni apakah 1 atau 0, sementara qubit bisa mewakili beberapa informasi secara bersamaan.

Cara untuk menyikapi tantangan ini adalah dengan menggunakan modularitas, suatu strategi yang sering digunakan dalam bidang engineering untuk membuat sistem kompleks.

Peneliti dari Yale University mendemonstrasikan kunci dari pembuatan arsitektur untuk modular komputer kuantum. Mereka menyebut ini “teleportasi dari gerbang kuantum antara dua qubit”, seperti yang telah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah berjudul Deterministic teleportation of a quantum gate between two logical qubits.

“Arsitektur modular kuantum terdiri dari beberapa modul yang berfungsi sebagai prosesor kuantum kecil yang jika saling terhubung akan membentuk suatu  prosesor kuantum besar,” ujar Professor Robert Schoelkopf dan Dr. Kevin Chou, beserta rekan kerjanya.

“Dalam arsitektur ini, modul terisolasi satu sama lain secara natural sehingga error pada sistem yang lebih besar dapat dicegah,” tambahnya.

Prinsip utama dibalik proyek baru ini adalah dengan menerapkan teleportasi kuantum, suatu keunikan dari mekanika kuantum.

Teleportasi kuantum adalah proses memindahkan materi/energi dari satu posisi ke posisi lain secara cepat dengan menggunakan prinsip mekanika kuantum, yaitu quantum entanglement.

Teleportasi kuantum ini sebelumnya telah digunakan untuk mentransmisikan 2 keadaan kuantum yang tidak diketahui tanpa mengirimkan keadaan itu sendiri secara fisik. Tetapi, teleportasi kuantum ini hingga kini belum juga direalisasikan sebagai suatu operasi deterministik.

konstruksi dari arsitektur modular dan teleportasi gerbang kuantum

Para peneliti tersebut mendemonstrasikan operasi kuantum (melalui eksperimen), tanpa bergantung dari interaksi langsung dengan menggunakan protokol teoretis yang dikembangkan di tahun 1990-an.

Protokol ini berpedoman pada entanglement, bersamaan dengan operasi lokal dan komunikasi klasik antara 2 sistem. Jika digabung, elemen-elemen ini dapat membedakan karakteristik informasi yang masuk lewat protokol teleportasi itu. Hal ini dapat menentukan informasi mana yang dikirim melalui saluran kuantum dan yang mana yang lewat saluran klasik.

demonstrasi dari teleportasi gerbang kuantum deterministik.
demonstrasi dari teleportasi gerbang kuantum deterministik.

Demonstrasi ini beroperasi pada qubit data yang dikodekan secara logistik. Qubit logis 2 dimensi dikodekan dalam dimensi lebih tinggi dengan sifat simetri. Tujuannya agar dapat terjadinya pendeteksian dan koreksi dari error, terutama pada kejadian photon-loss, yaitu error yang sering terjadi di sistem kuantum.

“Dalam eksperimen sistem kuantum, qubit logis dimonitor oleh qubit tambahan untuk mendeteksi dan memperbaiki error secara langsung,” ujarnya.

Selain secara logis, mereka juga mendemonstrasikan gerbang teleportasi dengan pengkodean Fock untuk menspesifikasikan qubit data. Karena bukan pengkodean logistik, maka cara ini tidak dapat membetulkan kesalahan kuantum. Tapi, dengan menspesifikasikan data,hal ini mempermudah mereka untuk mengekstrak qubit untuk diteleportasikan dengan alat yang ada.

Dr. Kevin Chou dan rekannya menjalankan 2 modul yang masing-masing terdiri atas cekungan microwave superkonduktor (sebagai qubit data) dan sebuah transmon (sebagai qubit komunikasi).

Setiap modulnya dihubungkan dengan JPC untuk hasil pengukuran transmon (qubit komunikasi) yang cepat dan berketelitian tinggi. Pada eksperimen ini, para peneliti berhasil mencapai ketelitian 99.4%.

Sebelum eksperimen, semua sistem berada di kondisi ground. Lalu, mereka menentukan kondisi awal dari qubit komunikasi untuk dikirim ke qubit data melalui pengkodean sebagai kondisi awal dari qubit data. Hal ini didesain agar qubit komunikasi bisa kembali ke posisi ground setelahnya, sehingga bisa melakukan teleportasi berikutnya.

Setelah proses teleportasi dilakukan, para peneliti menganalisa keadaan qubit logis dan mengekstrak fungsi wigner untuk menganalisa keadaan akhir.

Bulatan logical bloch pengkodean kode binomial. secara logis qubit data dikodekan dalam basis kode binomial dan fungsi wigner.
Bulatan logical bloch pengkodean kode binomial. secara logis qubit data dikodekan dalam basis kode binomial dan fungsi wigner.

Dibuatnya 6 kondisi sebelum dan sesudah rotasi untuk quantum process tomography, menghasilkan 1296 pengaturan. Setiap pengaturan terdiri dari 2500 pertengahan. Dan masing-masing error statistik yang diekstrak dari analisis bootstrap menjadi kurang dari 1%. Dengan demikian, eksperimen ini bisa dibilang berhasil.

Referensi.

1] Yale University. 2018. Researchers ‘teleport’ a quantum gate. Diakses dari https://m.phys.org/news/2018-09-teleport-quantum-gate.html pada tanggal 9 September 2018.

[2] News Staff/Source. 2018. Physicists Demonstrate ‘Teleportation’ of Quantum Gate between Two Qubits. Diakses dari http://www.sci-news.com/physics/quantum-gate-teleportation-06382.html pada tanggal 9 September 2018.

[3] Chou, Kevin S. dkk. 2018. Deterministic teleportation of a quantum gate between two logical qubits. Nature research letter.

Pahlawan Revolusi Teknologi itu bernama Mekanika Kuantum

Pahlawan Revolusi Teknologi itu bernama Mekanika Kuantum

trans

“Anyone not shocked by quantum mechanics has not yet understood it.”

Niels Bohr

Ditulis oleh Doddy Hardhienata – Hampir semua teknologi kita saat ini bergantung pada kemampuan untuk “mengendalikan” elektron. Dengan kecepatan kerja yang luar biasa cepat dan juga ukurannya yang kecil, di 60 tahun lalu teknologi canggih tersebut tentu akan dianggap sebagai suatu bualan, sulap, bahkan sihir. Mengutip pernyataan seorang inventor Arthur C. Clarke, “advanced technology is indistinguishable from magic”. Fondasi dari teknologi canggih tersebut tentu saja fisika, tetapi fisika sangat luas karena mempelajari dari sesuatu yang berukuran amat sangat kecil seperti atom hingga sesuatu yang amat besar seperti galaksi. Nah, kira-kira fisika di bagian mananya?

Mekanika kuantum! Tidak ada pencapaian dalam fisika yang lebih penting bagi manusia daripada mekanika kuantum. Jika Anda berkarir sebagai fisikawan di 110 tahun yang lalu, Anda bisa dikira sebagai orang gila dan sesat! Tidak ada lagi hal-hal besar yang bisa dikerjakan, semua rumus penting telah ditemukan. Mekanika Newton dan kelistrik-magnetan Maxwell sudah berdiri kokoh. Yang bisa Anda lakukan adalah mengais sisa penemuan-penemuan remeh yang hanya memperluas ruang lingkup kedua mazhab fisika tadi. Seakan-akan tidak ada ruang bagi kelahiran dewa fisika baru. Begitulah pandangan para profesor fisika pada awal abad ke 19.

Orang sial yang masih bekerja di lab fisika pada saat itu adalah Max Planck. Meneliti radiasi dari sebuah benda yang memancarkan (radiasi) dan menyerap cahaya secara sempurna di Universitas Munich, Planck berusaha mendapatkan suatu formula/persamaan/rumus untuk menjelaskan spektrum intensitas yang dipancarkan benda aneh semacam itu. Hanya suatu formula yang merupakan pengembangan dari mazhab fisika yang sudah ada, tidak berharap menjadi seorang dewa, hanya seorang abdi yang setia pada dewa dewa fisika klasik. Setelah itu? Mungkin menjadi guru SMA atau pemain musik sekalian, karena sudah tidak ada tantangan lagi di dunia fisika. Siapa tahu sonata Beethoven masih belum lengkap?

Namun nasib berkata lain.

Alam memang seringkali menyimpan rahasianya hingga saat-saat terakhir. Planck menghabiskan waktu berbulan bulan untuk mencari formula yang cocok dengan hasil eksperimen radiasi tadi. Beberapa fisikawan lain yang juga kurang kerjaan ikut-ikutan mencoba namun tidak berhasil, beberapa bermain tebak tebakan namun tidak bisa menjelaskan keseluruhan spektrum intensitas secara utuh. Ada apa ini?

Energi bersifat diskrit?

Hanya ada satu cara, cara ini gila setidaknya untuk standar orang waras pada saat itu. Planck mengemukakan bahwa agar formulanya cocok maka atom-atom yang mengisi benda aneh itu haruslah meradiasi cahaya tidak seperti gelombang kontinyu, tetapi dalam “kuanta” diskrit (paket/terputus-putus). Energi diskrit? Planck sangat terganggu dengan gagasannya sendiri. Seperti orang yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain, bukanya dengan cara berjalan tetapi melompat-lompat seperti pocong, you have to be kidding me!

Kemudian datang “orang gila lain” bernama Einstein. Nyeleneh seperti saat ia selalu menghindari kuliah yang dirasa membosankan. Orang yang datang dari kantor paten di Swiss dengan ijasah fisika pas-pasan itu mengusulkan lebih jauh bahwa cahaya sendiri (bukan hanya benda radiasi) juga membawa energi dalam bentuk kuanta, energi diskrit seperti partikel, seperti sekumpulan peluru yang dinamai foton! Mendengar ini, mungkin Young (penemu sifat gelombang cahaya) atau barangkali fisikawan klasik Huygens akan bangkit dari kubur dan tidak akan kembali ke kuburnya sebelum mencekik Einstein!

Yang terjadi kemudian adalah sebuah revolusi fisika yang telah mengubah hidup milyaran orang di muka bumi ini. Louis De Broglie, bangsawan perancis yang tidak mau hidup enak (foya-foya) tetapi lebih memilih mengutak atik rumus fisika, kemudian menunjukkan bahwa gagasan foton Einstein dapat diperluas untuk elektron dan partikel elementer (dasar) lainnya. Eksperimen kemudian dirancang dan hasilnya mencengangkan. Ternyata semua partikel memiliki panjang gelombang, bukan panjang gelombang klasik tetapi panjang gelombang yang dapat menunjukkan keberadaannya. Jika panjang gelombang tersebut diolah dalam suatu persamaan yang mungkin paling gila sepanjang masa temuan Erwin Schrödinger, maka akan menjadi kunci untuk menguak rahasia dunia atom yang kasat mata, dunia mekanika kuantum.

Persamaan Schrödinger (dan versi pengembangannya yakni persamaan Dirac) itu gila karena tidak pernah gagal! Tidak pernah gagal menjelaskan jutaan eksperimen fisika pada skala kasat mata hingga detik tulisan ini dibuat. Masukkan gelombang de Broglie dan informasi energi (jargon fisikanya: Hamiltonian) suatu partikel semacam elektron atau cahaya (foton) kedalam persamaan gila ini, kemudian biarkan komputer kita menghitung solusinya. Tadaaaaa, maka terkuaklah gembok menuju pintu rahasia dunia kasat mata; bahwa atom-atom terdiri dari level-level energi yang mengikuti suatu pola pengisian tertentu, probabilitas transisi antar level energi yang dapat dihitung, ikatan molekuler yang dapat dijelaskan, dan banyak fenomena mistis lainnya semacam efek terobosan yang memungkinkan suatu elektron menembus tembok potensial meskipun energinya secara klasik tidak memungkinkan.

Seandainya kita tidak memiliki Persamaan Schrodinger, kita tidak akan pernah dapat membuat transistor. Transistor memerlukan pengetahuan mengenai pengisian elektron dalam atom semacam Silikon atau Germanium. Transistor juga hanya dapat bekerja jika kita mengetahui bagaimana cara pengisian level-level energi oleh elektron, berapa energi yang diperlukan untuk menyuruh elektron berlari menghantarkan arus, bahan apa (doping) yang diperlukan untuk menghasilkan transistor yang efisien, dll. Semua itu tidak mungkin tanpa mekanika kuantum. Dapatkah kita membangun pesawat tanpa memahami aerodinamika? Tentu dapat, tapi hanya terbang sesaat dan hancur berkeping keping tak pernah menjadi pesawat yang bermanfaat.

Mengapa transistor begitu penting? Teknologi kita saat ini bersandar pada kemampuan rekayasa elektronika pada skala nano. Kemampuan untuk membelokkan elektron dan menentukan kapan ia dapat mengalir, juga kemampuan untuk memperkuat sebuah sinyal listrik, semua ini tidak akan mungkin tanpa transistor berukuran nano. Kemampuan hantar arus suatu transistor juga sangat bergantung pada perhitungan kuantum, khususnya efek terobosan dan probabilitas transisi. Benar, kita tentu masih bisa membuat komputer dan telefon tanpa transistor, misalnya dengan tabung trioda yang ukurannya segede tutup botol. Bayangkan prosesor Intel Core 2 Duo memiliki 230.000.000 transistor berukuran 45 nm, 230 juta tutup botol trioda digabung menjadi satu? Lebih baik cari mainan lain!

5_tubes
Tabung Trioda

Lagi pula era transistor sebentar lagi akan berakhir. Dikarenakan transistor sudah berukuran begitu kecil hingga mencapai limit kuantum elektronik, maka daya (panas) yang dihasilkan akan menggangu kerja arus elektron secara signifikan. Jika hal tersebut terjadi maka kita harus beralih pada transistor cahaya, pada qubits (mekanika kuantum). Apa jadinya dunia tanpa mekanika kuantum dan betapa besarnya potensi teori ini 10 atau 20 tahun kedepan? Saat kita mendownload data berukuran gigabite di internet dalam hitungan detik dan menjalankan pengobatan DNA via komputer kuantum yang mampu mengolah semua informasi biologis manusia dalam sekejap, apa yang dikira sebagai suatu teori gila maka telah merevolusi kehidupan kita.

Sangat mungkin jumlah transistor di laptop Anda akan lebih banyak daripada jumlah uang ditabungan Anda. Prosesor Intel Core 2 Duo memiliki 230 juta transistor dan Core i7 memiliki 1,16 milyar transistor. Jadi apakah Anda baru tersadar bahwa Anda memiliki perangkat mekanika kuantum yang lebih banyak dibandingkan jumlah uang Anda???

Artikel yang berhubungan: Gerbang logika berbasis optik sebagai transistor pada komputer kuantum