LIPI
pada tahun 2013 memulai kolaborasi dengan ALICE (A Large Ion Collider
Experiment) yang merupakan salah satu percobaan di CERN. Sebagai
kelanjutan kolaborasi itu, pada tanggal 18 Agustus sampai dengan 12 Oktober
2014, 7 peneliti Pusat Penelitian Informatika LIPI yaitu Didi Rosiyadi, Edi
Kurniawan, Esa Prakasa, Nova Hadi Lestriandoko, Rifki Sadikin, Suharyo dan
Taufiq Wirahman diundang untuk memulai keterlibatan langsung pada proyek riset
di CERN.
Mungkin
ada yang bertanya-tanya mengapa sebagai rintisan LIPI malah mengirim 6 peneliti
informatika bukan fisika? Hal ini bukanlah keputusan gegabah dan serta merta,
CERN dengan motonya "accelerating science" telah berkontribusi
besar bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Tidak saja dalam bidang fisika
seperti penemuan partikel Higgs Boson (populer disebut Partikel Tuhan) pada
tahun 2012, CERN dikenal juga sebagai tempat lahirnya inovasi teknologi di
bidang yang bukan fisika seperti di bidang informatika, yaitu ketika Tim
Barness Lee (yang dikenal sebagai bapak internet) merumuskan dan menerapkan Hypertext Mark-up Language (HTML) yang menjadi bahasa standar
perambah web di CERN sebagai alat untuk bertukar informasi. Bahkan, mode
interaksi manusia dan mesin dengan menggunakan layar sentuh (touch screen)
sudah mulai dikembangkan dan digunakan di CERN berapa puluh tahun yang lampau.
Layar sentuh disediakan untuk mempermudah operator mengendalikan rumitnya
pengoperasian akselerator di CERN. Suatu bentuk kemudahan yang umum kita
rasakan pada masa sekarang, terutama saat menggunakan smartphone dan komputer tablet. Dengan fakta ini,
permasalahan penelitian di CERN untuk bidang ilmu dan teknik komputer merupakan
permasalahan penelitian yang berada di garda depan.
Sebelum
diceritakan bentuk keterlibatan peneliti-peneliti LIPI, terlebih dahulu
dijelaskan apa dan bagaimana percobaan ALICE di CERN. ALICE (A Large Ion
Collider Experiment) merupakan satu dari empat percobaan di CERN yang
menggunakan LHC (Large Hadron Collider). Cara kerja LHC adalah sebagai
berikut: satu kelompok inti atom timbal atau proton dipacu secara terus menerus
di LHC yang berbentuk seperti lingkaran sehingga memiliki kecepatan mendekati kecepatan
cahaya yaitu sekitar 0.99999 kali kecepatan cahaya (3 x 108 meter/detik). Kelompok inti atom atau
proton lainnya juga dipacu dengan kecepatan yang sama namun dengan arah
berlawanan. Setelah itu, 2 kelompok itu ditabrakan yang menghasilkan energi sangat
tinggi. Kondisi setelah tabrakan, dapat dikatakan dikatakan mirip dengan
kondisi tepat sesaat (10-43 detik)
setelah Big Bang. Sebagaimana diyakini hingga kini oleh para ilmuwan, Big Bang
adalah ledakan dahsyat yang menjadi titik awal terbentuknya alam semesta.
Permasalahan
penelitian yang ingin dijawab oleh ALICE adalah permasalahan pada bidang fisika
partikel berenergi tinggi. ALICE diharapkan mampu menjawab
pertanyaan-pertanyaan seperti: apa yang terjadi dengan materi ketika dipanaskan
100 ribu kali lebih panas daripada inti matahari? mengapa berat proton dan
neurton 100 kali lebih berat dari partikel penyusunnya (kuark)? dan bisakah
kuark sebagai penyusun proton dan neutron dibebaskan?
Cara
peneliti di ALICE mengetahui jenis partikel yang tercipta setelah tabrakan
adalah dengan menggunakan beberapa detektor di seputaran lokasi tabrakan. ALICE
setidaknya menggunakan lebih dari 5 jenis detektor, yang masing-masing detektor
memiliki kemampuan dan tujuan deteksi yang berbeda. Tugas detektor adalah merekam
jejak lintasan partikel yang tercipta. Seperti kamera digital, detektor
terhubung oleh sistem komputer berkinerja tinggi dan basis data untuk mengambil
dan menyimpan jejak lintasan-lintasan partikel hasil tabrakan. Pada akhirnya,
data hasil tabrakan yang tersimpan pada basis data dianalisis menggunakan
sistem komputer berkinerja tinggi oleh fisikawan eksperimen untuk diketahui
jenis partikel dan sifat-sifatnya.
Salah
satu detektor yang pertama kali merekam jejak lintasan disebut dengan Inner Tracking System (ITS). ITS bertujuan untuk mendeteksi
jenis kuark berat. Kuark berat dengan nama yang menarik seperti "charm"
(menawan) dan "beauty" (indah). Untuk tujuan itu, ITS
menggunakan jenis sensor partikel yang disebut Silicon Pixel Detector (SPD). SPD merupakan sensor berukuran
nano yang dimampatkan pada sebuah kepingan chip silikon sehingga disebut
sebagai pixel chip. Sebuah pixel chip dibuat dengan ukuran lebar 15 mm,
panjang 30 mm, dan ketebalan hingga 0.05 mm. Guna mencapai akurasi pengukuran
tingkat tinggi maka detektor ITS mensyaratkan produksi pixel chip yang sesuai dengan spesifikasi teknik
yang telah ditetapkan. Adanya variasi ukuran saat proses produksi pixel chip harus ditekan serendah mungkin. Namun
sebagaimana yang lazimnya terjadi pada proses produksi skala besar, terdapat
penyimpangan ukuran-ukuran fisik pixel
chip, lebih besar atau pun lebih kecil dari ukuran yang diharapkan. Untuk
pelaksanaan eksperimen, ITS memerlukan pixel
chip dalam jumlah yang besar
yaitu sekitar 50 ribu buah. Pemeriksaan ukuran dan bentuk secara manual dengan
bantuan mikroskop merupakan hal yang sudah tentu melelahkan dan sulit
mendapatkan ketelitian dan ketepatan tingkat tinggi. Oleh karena itu,
pemeriksaan otomatis dengan menerapkan metode "computer vision"
(penglihatan komputer) dan "image processing" (pengolahan
citra) dapat membantu penjaminan mutu selama produksinya.
Sistem
otomatisasi penjamin mutu pixel
chip merupakan usulan murni
dari Esa Prakasa dan Edi Kurniawan dari Pusat Penelitian Informatika
(P2I) LIPI. Uniknya, ide sistem otomatisasi penjamin
mutu pixel chip muncul berdasarkan pengalaman Esa Prakasa
dalam bidang rekayasa biomedik selama beberapa tahun terakhir ini. Esa Prakasa
sebelumnya pernah terlibat dalam pengembangan sistem pemeringkatan penyakit
kulit psorasis dengan menggunakan kombinasi pengolahan citra 2 dan 3-dimensi di
Malaysia. Demikian juga dengan Edi Kurniawan, riset terkait dengan pengolahan
citra digital sudah pernah digelutinya beberapa tahun yang lampau di Australia.
Dengan kontribusi ini, Esa Prakasa dan Edi Kurniawan secara langsung telah
membantu dalam penyediaan proses produksi detektor ITS yang cepat dan akurat.
Big Data
Setelah
detektor seperti ITS mengindra jejak lintasan partikel. Hasil indraan diubah
menjadi variasi arus / tegangan listrik untuk kemudian diproses dan disimpan
oleh sistem komputer. Ukuran data hasil detektor untuk satu tabrakan
perdetiknya memiliki orde yang besar, yaitu lebih kurang sebesar data satu
keping DVD (setiap detik !). Hal ini ditambah rumit dengan jumlah tabrakan yang
juga sangat besar setiap detik. Sehingga, data harus cepat diproses dan disimpan
agar tidak ada hasil tabrakan yang tidak terekam. Persoalan muncul yaitu
bagaimana memproses dan menyimpan data dengan ukuran yang besar dalam batasan
waktu yang singkat. Persoalan ini dalam dunia ilmu dan teknik komputer disebut
dengan "Big Data". Sedangkan, pemrosesan dalam batasan waktu
yang singkat disebut dengan sistem waktu nyata.
Para
peneliti dan perekayasa komputer di ALICE merancang sebuah sistem yang disebut
dengan DAQ (Data Acquisition) untuk memroses dan menyimpan data hasil
tabrakan ke dalam sebuah "server" basis data dalam waktu yang
singkat. Dalam DAQ data hasil tabrakan direkonstruksi dan dimampatkan sehingga
data yang tersimpan berukuran lebih kecil daripada data mentah hasil
penangkapan detektor. Rekonstruksi lintasan partikel adalah pekerjaan untuk
membentuk lintasan partikel dalam ruang (3 dimensi) dan waktu berdasarkan hasil
bacaan detektor yang umumnya bersifat 2 dimensi. Rekonstruksi lintasan partikel
harus dilakukan secara cepat, dalam orde seperseribu (10-3) detik.
Dengan syarat ini, rekonstruksi dapat dilakukan hanya dengan melakukan
penerapan algoritma tertentu berbasis komputasi berkinerja tinggi (high
performance computing). Rifki Sadikin yang memiliki pengalaman dengan sistem
komputer berkinerja tinggi serta pemrosesan paralel, serta Suharyo
Sumowidagdo yang paham
akan aspek fisika rekonstruksi lintasan partikel
bergabung dengan grup kerja rekonstruksi di ALICE. Meskipun masih dalam tahap
awal, keterlibatan LIPI pada grup kerja ini dapat berkontribusi pada optimisasi
dan paralelisasi kode rekonstruksi sehingga memenuhi spesifikasi kecepatan
komputasi rekonstruksi lintasan partikel.
Lebih
jauh lagi, beberapa pertanyaan teknis yang berkaitan dengan DAQ di ALICE
seperti: berapa besar ruang data yang dibutuhkan untuk menyimpan hasil
tabrakan? Berapa kecepatan dan ukuran penyangga yang harus disediakan oleh
jaringan antara detektor dan sistem basis data sehingga tidak terjadi lalu lintas
data yang macet? Berapa waktu yang dibutuhkan dari kejadian tabrakan sampai
dengan hasil tabrakan tersimpan di basis data. Pertanyaan-pertanyaan ini bisa
dijawab apabila tersedia model dan simulasi jaringan komputer sebagai
representasi DAQ. Rifki Sadikin, Nova Hadi
Lestriandoko dan Taufiq
Wirahman berkolaborasi
dengan peneliti komputer di ALICE CERN untuk mengembangkan model dan simulasi
ini. Diharapkan dengan ini DAQ yang dibangun memiliki kinerja optimal dengan
biaya operasional serendah mungkin.
Ketika
data hasil tabrakan dari detektor telah tersimpan dalam sistem penyimpanan,
fisikawan dapat melakukan analisis pada data hasil tabrakan untuk mengetahui
jenis dan sifat partikel yang tercipta. Analisis ini juga memerlukan komputer
dengan kemampuan komputasi dan penyimpanan yang sangat besar. Sehingga tidak
mungkin dilakukan pada sebuah komputer atau beberapa klaster komputer sekalipun
karena akan akan memakan waktu komputasi yang sangat lama. Sebagai solusinya
peneliti dan perekayasa di ALICE membuat sistem komputer terdistribusi dengan
lingkup global yang disebut ALICE Grid. Sebagai salah satu bentuk kontribusi,
LIPI telah secara fisik tergabung dengan ALICE grid bersama puluhan negara di
dunia melalui fasilitas klaster komputer LIPI di Cibinong dan Bandung.
Terhubungnya klaster komputer di Cibinong dan Bandung tidak lepas dari kerja
keras Taufiq Wirahman dan beberapa peneliti grid
computing di Pusat Penelitian
Informatika LIPI.
Seluruh
sistem data akuisisi dari detektor ALICE ke sistem basis data melalui DAQ,
serta analisis fisika data tersebut, semuanya membentuk himpunan perangkat
lunak yang sangat komplek dan berskala besar. Hal ini tentu memerlukan praktik
rekayasa perangkat lunak yang baik. Untuk itu ALICE membuat kelompok kerja
untuk membuat standar rekayasa perangkat lunak, mulai dari bagaimana standar
kode, siklus pengembangan, pengujian perangkat lunak, dan kendali versi. Didi Rosiyadi bergabung dalam kelompok kerja ini dengan topik sistem
pengujian perangkat lunak. Itulah beberapa topik-topik penelitian yang tim LIPI
berkolaborasi dengan peneliti/perekayasa di ALICE CERN. Seluruh topik diatas
berkutat dalam bidang ilmu dan teknik komputer. Seperti pada awal tulisan ini,
jelas sekali bahwa percobaan di CERN memiliki efek mempercepat perkembangan
ilmu pengetahuan khususnya bidang informatika. Dalam konteks LIPI, dengan
kolaborasi ini muncul harapan lain untuk mengukuhkan status LIPI sebagai
institusi penelitian kelas dunia, sekaligus sebagai jalan pembuka mendapatkan
pengakuan komunitas ilmiah global atas kontribusi peneliti Indonesia. Aamiin...
Sumber
: Situs
LIPI, 26 Oktober 2014
0 komentar:
Posting Komentar