Masa Depan Komputer Dunia Ada di Tangan ARM

Oleh: Ahmad Zaenudin - 10 Desember 2020
Dibaca Normal 5 menit
Lini usaha cloud computing Amazon, Amazon Web Servce, menawarkan superkomputer yang ditenagai prosesor berbasis ARM rancangannya sendiri.
tirto.id - Keith Kressin, Senior Vice President Qualcomm, takjub bukan main melihat perkembangan prosesor berbasis ARM saat ini. Usai Apple memperkenalkan prosesor ARM ciptaannya, M1, yang dibenamkan pada Macbook Air dan Macbook Pro "Late 2020," Amazon pun menyusul. Pada Kamis (3/12), lini usaha cloud computing Amazon, Amazon Web Servce, menawarkan superkomputer yang tak ditenagai chip Intel melainkan prosesor berbasis ARM rancangannya sendiri, Graviton2.

"Setiap orang takjub melihat Apple akhirnya merilis (prosesor ARM buatan sendiri) dan kini Amazon dan perusahaan-perusahaan lain mengikutinya," ucap Kressin sebagaimana dilaporkan Don Clark untuk The New York Times.

Perlu dicatat, rilis layanan berbasis ARM bukan pertama kali dilakukan oleh Amazon. Pada pertengahan 2020 ini, Amazon merilis layanan serupa hingga membuat Snapchat--salah satu klien terbesar AWS--tertarik untuk pindah menggunakan ARM. Ketika Amazon memperkenalkan layanan teranyar pada Desember ini, giliran Twitter yang bersemangat menjauhi Intel. Graviton sendiri telah diperkenalkan Amazon pada publik sejak November 2018. Menurut Peter DeSantis, Vice President of Global Infrastructure Amazon, "para pelanggan kegirangan" ketika AWS merilis cloud computing versi ARM.

Dari segi perbandingan harga dan performa, klaim DeSantis, ongkos langganan ARM versi AWS jauh lebih murah 40 persen dibandingkan Intel. AWS adalah salah satu penguasa dunia cloud computing yang digunakan oleh Adobe, Netflix, Spotify, Twitter, BBC, AirBnB, Slack, dan jutaan aplikasi/website untuk hidup. Klaim DeSantis nampaknya tak terlalu berlebihan. Dalam studi berjudul "Towards Green Data Centers: A Comparison of x86 and ARM Architectures Power Efficiency" (2012) Rafael Vidal Aroca memaparkan bahwa chip ARM lebih hemat daya dibandingkan chip berbasis x86 ala Intel atau AMD. Atom--salah satu chip dengan arsitektur ARM (berbeda dengan chip dengan nama yang sama buatan Intel)--hanya menggunakan 1,5 hingga 4,5 W (watt) dalam sebuah pengujian, sementara chip x86 (sayangnya tidak disebutkan nama chipnya) menggunakan listrik sebanyak 20 hingga 30 W.

Dalam uji coba lain, mesin pencari milik Microsoft, Bing, sukses menekan penggunaan listrik hingga 1/3 tatkala menggunakan chip ARM pada server yang digunakan, dibanding saat menggunakan chip x86 bernama Xeon buatan Intel.

Bagi pelanggan AWS seperti Netflix yang menggunakan layanan cloud computing dalam kuantitas besar, chip yang hemat daya juga bisa menekan pengeluaran.

Sayangnya, Intel kemudian bertindak seperti apa yang dilakukan Kodak ketika menghadapi fotografi digital. Sebagaimana dilaporkan Stephen Nellis untuk Reuters, Intel sesumbar tidak akan ikut-ikutan menciptakan chip berbasis ARM dan memilih setia dengan arsitektur x86. Menurut Intel, tatkala bermigrasi dari chip x86 menuju ARM, pengembang aplikasi harus menulis ulang kode pemrograman karena terdapat perbedaan pondasi antara ARM dan x86. Lisa Spelman, Vice Presiden Intel, menyebut banyak pengembang aplikasi yang tidak ingin repot menulis ulang kode. "Intel telah membangun ekosistem kerja x86 selama lebih dari 20 tahun, karenanya banyak pengembang telah merasa nyaman dengan x86," tegasnya.

Dengan mengambil langkah seperti Kodak, Intel sangat mungkin bernasib serupa dengan mantan penguasa dunia fotografi tersebut. Alasannya, tatkala Apple merilis M1, performa chip sangat memukau dan sukses menghapus keraguan atas kebijakan Apple bermigrasi dari Intel ke ARM. Tak ketinggalan, raksasa-raksasa teknologi lain pun telah mengambil langkah cepat terkait ARM. Microsoft, Samsung, Xiaomi telah merilis chip ARM masing-masing, yakni SQ, Exynos, dan Surge S1. Google mulai mengembangkan chip ARM bernama sandi Whitechapel. Nama-nama lawas pengembang ARM seperti Qualcomm, Broadcom, dan Texas Instrument pun berpacu menciptakan chip ARM yang jauh lebih unggul.

Yang patut diingat pula, usai kegagalan dengan Windows RT dan kekecewaan pada Surface Pro X, Microsoft tengah berusaha keras menjadikan Windows agar dapat benar-benar bekerja sempurna untuk komputer berbasis ARM.

Fakta-fakta ini sangat mengkhawatirkan Intel.

Pertanyaan mendasar, apa sebenarnya ARM dan mengapa kini menjadi primadona?

Tak Sekedar Hemat Listrik

Pada dekade 1970-an, Apple Computer didirikan oleh Steve Jobs dan Steve Wozniak. Di seberang Samudera Atlantik, muncul startup yang sama-sama baru berdiri bernama Acorn Computers. Di Inggris, Acorn mencoba merevolusi dunia komputer dengan menciptakan Acorn System 1. Sayangnya, produk ini gagal di pasaran, kalah oleh Apple 1 dan Apple 2 yang dirilis perusahaan Jobs dan Wozniak.

Pada awal dekade 1980-an, lembaga penyiaran milik pemerintah BBC menggalakkan program literasi digital bagi masyarakat Inggris. BBC butuh komputer dalam jumlah banyak. Padaa saat bersamaan, Acorn memiliki produk komputer baru bernama Atom. BBC kepincut. Singkat cerita, Acorn sukses besar karena Atom laku diborong BBC. Kelak, Acorn kemudian mengubah nama komputer ini menjadi BBC Micro.

Meskipun sukses dengan Atom (atau BB Micro), Acorn mendeteksi sinyal berbahaya dalam dirinya, yakni ketergantungan pada perusahaan lain, khususnya pihak ketiga yang menyediakan prosesor bagi Atom. Demi memutus ketergantungan itu, sebagaimana ditulis Bruce Dang dalam Practical Reverse Engineering: x86, x64, ARM, Windows Kernel, Reversing Tools, and Obfuscation (2014), Acorn mengembangkan prosesornya sendiri, Acorn RISC Machine (kemudian berganti nama menjadi Advanced RISC Machine) alias "ARM" di akhir dekade 1980-an. RISC, yang tersemat pada "R" dalam ARM, merupakan Restricted Instruction Set Computer. Suatu desain prosesor yang dikembangkan oleh peneliti University of California. "R" dalam RISC adalah "reduced" Artinya, desain prosesor ini mengurangi jumlah set instruksi, berbeda dengan desain prosesor bernama Complex Instruction Set Computer (CISC) yang menjadi pondasi prosesor berarsitektur x86 khas Intel dan AMD.

Dalam bukunya Digital Design and Computer Architecture: ARM Edition (2015), Sarah L. Harris memaparkan makna arsitektur dalam prosesor sebagai "sudut pandang programmer melihat komputer yang ditentukan oleh set instruksi". Instruksi dalam prosesor merupakan "kata" yang digunakan untuk "memerintah" seperti READ, WRITE, atau DELETE. Kumpulan kata untuk memerintah ini disebut "set instruksi".

Manusia berkomunikasi dengan komputer melalui bahasa mesin yang diciptakan menggunakan sistem angka basis dua alias binari. Menggunakan binari, komputer hanya mengerti 1 dan 0 yang direpresentasikan melalui satu unit transistor. Tentu, jika hanya menggunakan satu unit transistor, komputer tidak dapat digunakan. Namun, dengan hanya menggunakan empat transistor, akan muncul 16 kemungkinan berbeda atas kombinasi 1 dan 0. Apple M1, prosesor buatan Apple, memiliki 16 miliar transistor di dalamnya. Pelbagai kombinasi 1 dan 0 yang berbeda itu lantas diterjemahkan untuk merepresentasikan segala huruf, angka, karakter, hingga perintah spesifik (seperti READ, WRITE, atau DELETE) melalui American Standard Code for Information Interchange (ASCII). Kombinasi "01100001", misalnya, merepresentasikan huruf "a (kecil)" yang dikenal pengguna manusia.

Perlu diingat, prosesor perlu dukungan modul-modul lain--misalnya memori--untuk dapat bekerja dan mengeksekusi perintah. Kerjasama prosesor dengan modul-modul lain juga dilakukan dengan binari. Artinya, "01100001" tidak lantas memunculkan huruf "a" di monitor. Prosesor perlu berkomunikasi dengan memori dan monitor untuk memunculkan huruf tersebut. Bukan hanya huruf, jika Anda menilik lebih dalam segala konten digital seperti foto dan video, sesungguhnya semua itu tercipta melalui kombinasi 1 dan 0.

ARM, tutur Harris, menyederhanakan set instruksi ini. Untuk mengeksekusi 64 perintah spesifik (seperti READ, WRITE, dan ADD), papar Harris, prosesor berarsitektur ARM hanya butuh 6 bit (enam kombinasi berbeda dari 1 dan 0). Di sisi lain, prosesor berarsitektur x86 membutuhkan 8 bit. Mengapa disederhanakan? Kembali merujuk publikasi Rafael Vidal Aroca, banyak perintah spesifik yang mubazir pada x86, alias jarang digunakan. Umumnya, pada prosesor x86, hanya 25 persen perintah spesifik yang digunakan.

Dengan set instruksi yang disederhanakan, ARM membutuhkan listrik yang lebih sedikit dan lebih efisien dibandingkan x86. Kenyataan ini menarik bagi perangkat-perangkat yang hanya mengandalkan baterai untuk hidup. Mengingat ARM sangat baik digunakan pada perangkat yang tidak dapat selalu dicolokkan ke aliran listrik, Acorn lantas melisensikan inovasinya kepada perusahaan yang membutuhkan. Texas Instrument dan Qualcomm merupakan beberapa perusahaan yang sejak awal tertarik pada ARM.

Awalnya, ARM memang hanya digunakan pada produk-produk teknologi "sederhana" seperti kalkulator, karena produk-produk "canggih" memilih x86 karena mobilitas yang masih rendah di tengah masyarakat. Namun, seiring dengan mobilitas pengguna yang kian tinggi dan perangkat canggih portabel makin dibutuhkan, ARM akhirnya jadi pilihan.

Kini, menurut Harris, hampir 75 persen masyarakat dunia pernah memegang perangkat berbasis ARM, entah radio, kalkulator, atau ponsel (dan kemudian komputer, seperti Surface Pro X dan Macbook Air/Pro Late 2020).

Tentu, alasan mengapa ARM jadi primadona saat ini bukan hanya soal hemat listrik. Kembali merujuk Harris, ARM memiliki kemampuan bernama "conditional execution". Pada kemampuan ini, perintah yang diberikan manusia pada komputer akan dikerjakan, mengutip salah satu falsafah Matematika, "jika dan hanya jika" suatu kondisi terpenuhi. Kemampuan ini membuat Apple dapat menciptakan chip khusus bernama Apple T1 dan T2 (Secure Enclave), yang bekerja hanya untuk mendukung sistem keamanan perangkat-perangkat Apple, yang diimplementasikan salah satunya pada Touch ID. Kemampuan ini digunakan juga oleh Google untuk menciptakan chip bernama Titan M.

Tak hanya itu, kembali merujuk tulisan Rafael Vidal Aroca, prosesor membutuhkan chip lain agar bekerja secara sempurna. Untuk dapat menampilkan video, sebagai contoh, prosesor membutuhkan chip graphic processing unit (GPU). Pada prosesor berbasis x86, ia menggunakan kemampuan chip GPU melalui akses memori di GPU dengan memanfaatkan kemampuan bernama "bridges". Pada prosesor ARM, "bridges" tidak dibutuhkan karena arsitektur ARM dapat langsung mengintegrasikan chip GPU (dan berbagai chip lainnya) pada dirinya sendiri, yang akhirnya menciptakan chip lengkap bernama SoC atau system-on-chip.

Yang paling menarik dan membuat ARM sangat mempesona adalah fakta bahwa ARM adalah arsitektur yang sangat "customizable".

Infografik ARM Holdings
Infografik ARM Holdings. tirto.id/Quita


Prosesor, kembali ke atas, hanya mengerti 1 dan 0. Meskipun segala huruf dan angka yang dimengerti manusia telah ditranslasikan via ASCII supaya dipahami komputer, manusia dan komputer butuh "jembatan bahasa" yang dapat dipahami masing-masing. Jembatan bahasa tersebut bernama Assembly Language, suatu bahaqsa program tingkat rendah (low-level programming language) atau bahasa asli (native) komputer. Masalahnya, assembly adalah bahasa yang dapat dipahami manusia, bukan bahasa yang mudah dipahami manusia guna berkomunikasi dengan komputer.

Untuk menampilkan "Hello World" di layar komputer, menggunakan Assembly, manusia harus memahami desain kerja prosesor dan menulis kode seperti berikut:

.LC0:
.string "Hello, World!"
main:
push rbp
mov rbp, rsp
mov edi, OFFSET FLAT:.LC0
mov eax, 0
call printf
mov eax, 0
pop rbp
ret

Sukar, bukan?

Maka, untuk membuat manusia mudah berkomunikasi dengan komputer, ilmuwan komputer menciptakan jembatan bahasa, menjembatani Assembly dengan bahasa yang jauh lebih mudah dipahami manusia, misalnya C atau Java. Menggunakan bahasa C, untuk menampilkan "Hello World," manusia hanya perlu menulis kode seperti ini:

int main() {
printf("Hello, World!");
return 0;
}

Tentu, meskipun C jauh lebih mudah dipahami, ilmuwan komputer menciptakan jembatan bahasa lain, menjembatani C dengan bahasa yang sangat lebih mudah dipahami, misalnya PHP. Menggunakan PHP, manusia hanya perlu menulis:

<?php
print(Hello World);
?>

Kembali merujuk buku yang ditulis Bruce Dag, prosesor berbasis ARM dapat dirancang untuk membuat membuat bahasa seperti C dan Java menjadi low-level programming language alias langsung menjadi bahasa native komputer. Dengan menggunakan kemampuan bernama "Jazelle," tulis Dag, bahasa Java (bahasa native untuk menciptakan aplikasi Android) dapat diimplementasikan menjadi bahasa native komputer. Dengan kemampuan tersebut, ARM dapat mengeksekusi perintah-perintah manusia jauh lebih cepat.

ARM, singkat kata, merupakan masa depan.

Baca juga artikel terkait PROSESOR atau tulisan menarik lainnya Ahmad Zaenudin
(tirto.id - Teknologi)

Penulis: Ahmad Zaenudin
Editor: Windu Jusuf
DarkLight