INTERCONNECTION NETWORKS (Topology)

Menghubungkan prosesor dan memori bersama dalam arsitektur paralel.
Jenis-jenis topologi prosessor :
Linear dan ring, shuffle exchange, hypercube, star, de Bruijn, binary tree, delta, butterfly, mesh, omega dan pyramid.
Dua group topologi jaringan :
- Jaringan statik – koneksinya tetap/fixed
- Jaringan dinamik – dapat dikonfigurasi ulang

1.    Linear dan Ring
Pada topologi interkoneksi linear, prosesornya disusun dalam urutan ascending dari 0 ke p-1. Setiap prosesor mempunyai dua tetangga, kecuali prosesor pertama dan terakhir.
Kelebihannya : topologinya sederhana
Kelemanannya : delay komunikasinya besar

Gambar 4. Interkoneksi Linear dengan 6 prosesor

Interkoneksi Ring dapat disusun dari interkoneksi linear dengan menghubungkan prosesor pertama dengan prosesor terakhir. Jenis topologi interkoneksi ring ada dua:
- Unidirectional (clockwise dan counter-clockwise)
- Bidirectional

Gambar 5. Interkoneksi Ring dengan 6 prosesor.

2.    Shuffle Exchange
Pada interkoneksi shuffle terdapat N (N power of 2) prosesor P0, P1, …, PN-1 dengan link antara Pi dan Pj sbb:

Gambar 6. Interkoneksi perfect shuffle dengan 8 prosesor.

Pada umumnya, interkoneksi shuffle menghubung-kan node i dengan {2i modulo (N-1)} dengan pengecualian node N-1 terhubung dengan dirinya sendiri.

Representasi alternatif dari shuffle dapat diperoleh dengan representasi biner dari (indeks) prosesor.
Represntasi biner j diperoleh dengan menggeser i satu posisi ke kiri (secara cyclic) lihat gambar 7.

Gambar 7. Representasi alternatif dari perfect shuffle dengan 8 prosesor.

Interkoneksi seperti pada gambar 8 dibawah ini dikenal dengan nama perfect unshuffle atau bidirectional (two-way connected).
Setiap jaringan dengan shuffle, unshuffle atau exchange links dikatakan sebagai jaringan shuffle exchange.

Gambar 8. Perfect Unshuffle Interconnection

3.    Two-Dimensional Mesh
Pada topologi ini prosesornya disusun dalam matriks dua dimensi, setiap prosesor dihubungkan dengan empat tetangganya (atas, bawah, kiri dan kanan).

Gambar 9. Two-dimensional mesh. (a) mesh with no wrap-around connections, (b) mesh with wrap-around connections.

Jaringan interkoneksi model two-dimensional mesh ini digunakan pada mesin-mesin seperti : ILLIAC IV, Massively Parallel Processor (MPP), ICL Distributed Array Processor (DAP), Wire Routing Machine (WRM) dari IBM. 

4.    Hypercube or n-Cube
Pada topologi ini terdapat N prosesor P0, P1,…PN-1, N = 2q dimana q >=0. Setiap prosesor dihubungkan dengan tepat q tetangganya (hypercube dengan q-dimensi), artinya bahwa setiap prosesor mempunyai derajat q. Secara umum jaringan dengan N prosesor disebut sebagai sebuah jaringan biner n-cube. Gambar 10 dibawah ini menunjukkan jaringan interkoneksi three-cube (a) dan four-cube (b).

Gambar 10. Jaringan Interkoneksi Hypercube.
(a) three-cube dengan 8 prosesor (b) four-cube dengan 16 prosesor

5.    Star
Jaringan interkoneksi star mempunyai sifat sebagi berikut, untuk sembarang bilangan bulat n, setiap prosesor mempunyai permutasi n simbol yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa jaringan ini menghubungkan P = n! prosesor.
Pada jaringan star ini prosesor Pi dihubungkan dengan prosesor Pj jika dan hanya jika indeks j dapat diperoleh dari i dengan menukarkan simbol pertama dengan simbol ke x dimana 2 ≤ x ≤ n.
Gambar 11. Memperlihatkan jaringan interkoneksi star S4 = 4! = 24 prosesor.

Gambar 11. Jaringan interkoneksi Star dengan 24 prosesor

6.    De Bruijn
Jaringan prosesor De Bruijn berisi N = dk prosesor, setiap prosesor direpresentasikan dengan k-digit word seperti (ak-1 ak-2…a1a0), dimana aj ∈ { 0,1, …,d-1} untuk setiap j = 0,1,…,k-1. Prosesor yang dapat dicapai dari (ak-1ak-2…a1a0) adalah
(ak-2ak-3…a1a0q) dan (qak-1ak-2…a2a1)
dimana q = 0,1,…,d-1.
Jaringan interkoneksi De Bruijn dengan d= 2 dan k = 3 diperlihatkan pada gambar 12 dibawah ini.
Mesin Triton-1 yang mempunyai arsitektur parallel hybrid SIMD/MIMD dihubungkan secara De Bruijn.

Gambar 12. Jaringan interkoneksi De Bruijn. 

7.    Binary tree
Pada interkoneksi model binary tree diperlukan N=2d –1 prosesor (d adalah jumlah level dalam tree)
Alternatif lain adalah interkoneksi model mesh of trees, yang terdiri dari N prosesor dan disusun dalam bentuk bujursangkar dengan jumlah baris dan kolom masing masing akar N seperti tampak pada gambar 13 di bawah ini.

Gambar 13. Jaringan interkoneksi 'Mesh of Tree'

8.    Delta
Jaringan interkoneksi delta mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- terdapat k tingkat
- setiap tingkat berisi crossbars yang mempunyai m input dan n output, total ada m*n crossbars
- jaringan model ini terdiri dari mk input dan nk output; sehingga totalnya terdiri dari mk * nk switching
- koneksi switching memungkinkan hubungan tepat satu path dari sembarang input ke sembarang output
- jika A merupakan alamat koneksi yang diinginkan dalam basis n, maka digit A menyatakan setting crossbar untuk melakukan koneksi yang diinginkan.










9.    Butterfly Algoritma
Jaringan interkoneksi butterfly terdiri dari (n+1)2n prosesor, yang dibagi dalam (n+1) baris, masing-masing P = 2n prosesor.
Barisnya diberi label dari 0 sampai n dan dikombi-nasikan sedemikian sehingga setiap prosesor dihubungkan ke empat prosesor lain.
Gambar 15. Dibawah ini memperlihatkan interkoneksi butterfly dengan 32 prosesor yang disusun dalam 4 baris.

Gambar 15. Jaringan interkoneksi butterfly

10.    Omega
Jaringan interkoneksi omega diuslan oleh Lawrie (1975) sebagai jaringan interkoneksi antara prosesor dengan memori. Jaringan ini mempunyai n = log2 N tingkat, N/2 switching boxes, N menyatakan jumlah input (output).

Jaringan ini menggunakan 4 switching boxes yang berbeda :
- straight-through
- criss-cross
- upper broadcast
- lower broadcast

Gambar 16. Jaringan interkoneksi Omega

11. Pyramid Algoritma

Gambar 17. Jaringan interkoneksi Pyramid

Jaringan interkoneksi pyramid 2-D seperti tampak pada gambar 17. di atas terdiri dari (4d+1 – 1)/3 prosesor yang terdistribusi dalam (d+1) level.
Jaringan tersebut mempunyai sifat-sifat sebagai berikut
- ada 4d-2 pada level d
- ada 4d-1 pada level d – 1
- ada 4d pada level d – 2

Pada umumnya sembarang prosesor pada level x:
- dihubungkan dengan 4 prosesor tetangganya pada level yang sama jika x < d,
- dihubungkan dengan 4 prosesor anak (children) pada level x-1 jika x ≥ 1, dan
- dihubungkan dengan induk (parent) pada level x + 1 jika x ≤ d-1

KESIMPULAN :
Perangkat – perangkat butuh koneksi untuk dapat terhubung satu dengan yang lain untuk mencpai kinerja yang maksimal, sama halnya dengan arsitektur komputer yang dimana pada komputer parallel membutuhkan jaringan antar perangkatnya. Sama halnya dengan jaringan, pada komputer parallel juga butuh topologi taringan, dimana setiap tologi memiliki kelemahan dan kelebihan. Topologi ini bertujuan untuk menghubungkan prosesor dan memori bersama dalam arsitektur parallel dan mengurangi resiko – resiko dalam jaringan apabila hanya menghubungkan perangkat seperti biasanya. Jadi dalam membuat komputer parallel harus disesuaikan topologi yang digunakan dengan output yang diinginkan.