Pendahuluan
Komputasi sebetulnya bisa diartikan sebagai cara untuk menemukan
pemecahan masalah dari data input dengan menggunakan suatu algoritma.
Hal ini ialah apa yang disebut dengan teori komputasi, suatu sub-bidang
dari ilmu komputer dan matematika. Selama ribuan tahun, perhitungan dan
komputasi umumnya dilakukan dengan menggunakan pena dan kertas, atau
kapur dan batu tulis, atau dikerjakan secara mental, kadang-kadang
dengan bantuan suatu tabel. Namun sekarang, kebanyakan komputasi telah
dilakukan dengan menggunakan komputer.
Secara umum iIlmu komputasi adalah bidang ilmu yang mempunyai
perhatian pada penyusunan model matematika dan teknik penyelesaian
numerik serta penggunaan komputer untuk menganalisis dan memecahkan
masalah-masalah ilmu (sains). Dalam penggunaan praktis, biasanya berupa
penerapan simulasi komputer atau berbagai bentuk komputasi lainnya untuk
menyelesaikan masalah-masalah dalam berbagai bidang keilmuan, tetapi
dalam perkembangannya digunakan juga untuk menemukan prinsip-prinsip
baru yang mendasar dalam ilmu.
Bidang ini berbeda dengan ilmu komputer (computer science), yang
mengkaji komputasi, komputer dan pemrosesan informasi. Bidang ini juga
berbeda dengan teori dan percobaan sebagai bentuk tradisional dari ilmu
dan kerja keilmuan. Dalam ilmu alam, pendekatan ilmu komputasi dapat
memberikan berbagai pemahaman baru, melalui penerapan model-model
matematika dalam program komputer berdasarkan landasan teori yang telah
berkembang, untuk menyelesaikan masalah-masalah nyata dalam ilmu
tersebut.
Komputasi modern adalah sebuah konsep sistem yang menerima
intruksi-intruksi dan menyimpannya dalam sebuah memory, memory disini
bisa juga dari memory komputer. Oleh karena pada saat ini kita melakukan
komputasi menggunakan komputer maka bisa dibilang komputer merupakan
sebuah komputasi modern. Konsep ini pertama kali digagasi oleh John Von
Neumann (1903-1957). Beliau adalah ilmuan yang meletakkan dasar-dasar
komputer modern. Von Neumann telah menjadi ilmuwan besar abad 21. Von
Neumann memberikan berbagai sumbangsih dalam bidang matematika, teori
kuantum, game theory, fisika nuklir, dan ilmu komputer yang di salurkan
melalui karya-karyanya . Beliau juga merupakan salah satu ilmuwan yang
terkait dalam pembuatan bom atom di Los Alamos pada Perang Dunia II
lalu. Kegeniusannya dalam matematika telah terlihat semenjak kecil
dengan mampu melakukan pembagian bilangan delapan digit (angka) di dalam
kepalanya.
Dalam kerjanya komputasi modern menghitung dan mencari solusi dari
masalah yang ada, dan perhitungan yang dilakukan itu meliputi:
- Akurasi (big, Floating point)
- Kecepatan (dalam satuan Hz)
- Problem Volume Besar (Down Sizzing atau pararel)
- Modeling (NN & GA)
- Kompleksitas (Menggunakan Teori big O)
Implementasi pada Bidang Kimia
Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (makromolekul seperti protein atau sistem banyak molekul seperti gas, cairan, padatan, dan kristal cair), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Contoh sifat-sifat molekul yang dihitung antara lain struktur (yaitu letak atom-atom penyusunnya), energi dan selisih energi, muatan, momen dipol, kereaktifan, frekuensi getaran dan besaran spektroskopi lainnya. Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan asam nukleat) dan sistem besar bisa mencakup kajian konformasi molekul dan perubahannya (misal proses denaturasi protein), perubahan fase, serta peramalan sifat-sifat makroskopik (seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku di tingkat atom dan molekul. Istilah kimia komputasi kadang-kadang digunakan juga untuk bidang-bidang tumpang-tindah antara ilmu komputer dan kimia.
Jurnal Kimia menggunakan Komputasi Modern
Berikut review salah satu contoh jurnal dan tautan yang berisikan
jurnal-jurnal yang menggunakan komputasi modern pada bidang kimia.
Abstraksi(Anton, a Special-Purpose Machinefor Molecular Dynamics Simulation)
Kemampuan untuk melakukan simulasi dinamika molekul dengan panjang dan akurat (MD) yang melibatkan protein dan makromolekul biologis dan kimiawi lainnya pada dasarnya dapat memberikan jawaban atas beberapa pertanyaan yang paling penting dalam bidang biologi, kimia, dan obat-obatan. Berbagai fenomena menarik, namun, dapat terjadi lebih dari rentang waktu pada urutan dari perintah milidetik (beberapa dari besarnya melampaui durasi terpanjang saat ini) dalam simulasi MD.
Kami menggambarkan sebuah mesin massal paralel yang disebut Anton, yang harus mampu melaksanakan proses dengan skala milidetik dalam simulasi MD klasik sistem biomolekuler tersebut. Mesin, yang dijadwalkan selesai pada akhir 2008, didasarkan pada 512 Asics MD-spesifik identik yang berinteraksi secara ketat ditambah menggunakan jaringan komunikasi khusus berkecepatan tinggi.
Anton telah dirancang untuk menggunakan kedua algoritma paralel novel dan tujuan khusus logika untuk secara dramatis mempercepat perhitungan tersebut yang mendominasi waktu yang dibutuhkan untuk simulasi MD khas. Pengingat algoritma simulasi dijalankan oleh diprogram sebuah porsi setiap chip yang mencapai tingkat substansial paralelisme sambil menjaga fleksibilitas yang diperlukan untuk mengakomodasi kemajuan diantisipasi dalam model fisik dan metode simulasi.
Review(Anton, a Special-Purpose Machinefor Molecular Dynamics Simulation)
Jurnal
tersebut membahas tentang masalah perhitungan dalam Dinamika Molekular
dalam bidang Kimia dan obat-obatan khususnya. Permasalahan tersebut
berupa reaksi kimia molekular yang dapat terjadi dalam waktu yang sangat
cepat yaitu dalam rentang milidetik. Hal tersebut menyebabkan kesukaran
bagi manusia dalam melakukan pengamatan dan penghitungan dengan cara
konvensional yaitu dengan cara manual. Oleh karenanya permasalahan
tersebut akan coba diselesaikan dengan cara mengembangkan sebuah alat
komputasi Dinamika Molecular yang mampu melakukan pengamatan dan
penghitungan reaksi kimia dalam skala milidetik.
Metode perhitungan Anton dalam MD mensimulasikan gerakan kumpulan atom (sistem kimia) selama periode waktu sesuai dengan hukum Waktu
physics.1 waktu reaksi klasik dipecah menjadi serangkaian langkah waktu
diskrit, masing-masing mewakili beberapa femtosekon waktu simulasi. Sebuah
langkah waktu memiliki dua fase utama. perhitungan gaya menghitung gaya
pada setiap partikel karena partikel lain dalam sistem. Integrasi
menggunakan gaya total pada setiap partikel untuk memperbarui posisi itu
partikel dan kecepatan.
Gaya interatomik dihitung berdasarkan bidang mekanika molekular kekuatan (atau hanya
memaksa lapangan), yang model gaya pada setiap atom sebagai fungsi dari
koordinat spasial semua atom.Anton menggunakan metode k-ruang Gaussian
perpecahan Ewald untuk mengurangi beban kerja komputasi yang terkait
dengan interaksi elektrostatik. Metode ini membagi perhitungan gaya
elektrostatik menjadi dua komponen. Pertama peluruhan cepat dengan
pemisahan partikel dan dihitung langsung untuk semua pasangan partikel
dipisahkan oleh kurangdari radius cutoff. Kami menyebut kontribusi ini,
bersama-sama dengan interaksi van der Waals, sebagai interaksi berbagai
terbatas. Komponen kedua, interaksi jarak jauh, peluruhan yang lebih
lambat, tetapi dapat dihitung secara efisien oleh biaya pemetaan dari
partikel mesh biasa (biaya penyebaran), mengambil Fast Fourier Transform
(FFT) dari biaya mesh, mengalikan dengan fungsi yang tepat dalam ruang
Fourier, melakukan FFT terbalik, dan kemudian menghitung gaya pada
partikel dari nilai-nilai jala yang dihasilkan (gaya interpolasi).
Fase integrasi menggunakan
hasil perhitungan gayauntuk memperbarui posisi dan kecepatan atom,
secara numerik mengintegrasikan satu set persamaan diferensial yang
menggambarkan gerakan atom. Integrator numerik digunakan di MD bersifat
trivial karena beberapa alasan. Pertama, algoritma integrasi dan cara di
mana masalah numerik yang ditangani dapat memiliki dampak yang
signifikan terhadap akurasi. Kedua, beberapa simulasi memerlukan
integrator untuk menghitung dan menyesuaikan variabel global seperti
temperatur dan tekanan. Akhirnya, salah satu secara signifikan dapat
mempercepat paling simulasi dengan memasukkan kendala yang menghilangkan
gerakan getaran tercepat. Misalnya, kendala biasanya digunakan untuk
memperbaiki panjang obligasi untuk semua atom hidrogen dan menahan
molekul air yang kaku.
Tautan(Jurnal Sumber)
https://drive.google.com/open?id=0B6GUim_Q8keccW9PMWNkXzZSOG8
https://drive.google.com/open?id=0B6GUim_Q8kecOEJIV2NZek5JMWs
https://drive.google.com/open?id=0B6GUim_Q8keceTJweFZJY1pMRjQKelompok
A Firdha Shafridhi (50412441) Ahmad Syaiful Irsyad (50412473)
Marcellina Yoanita C (54412414)
Muhammad Andry Mahdison (54412876)
Timothy Abraham Yoseph (57412390)