Roadmap penelitian Lab. Sistem Digital JTETI FT UGM secara umum ditunjukkan seperti pada Gambar 1..Penelitian dalam jangka waktu10 tahun kedepan dibagi menjadi 3 fase dimana setiap fase dikerjakan dalam 3 tahun.Tujuan utama yang hendak dicapai adalah menghasilkan sebuah kerangka umum perancangan arsitektur prosesor (Processor Design Framework) yang mampu menghasilkan prosesor-prosesor dengan aplikasi khusus (ASIP, Application Specific Instruction-set Processor). Adapun aplikasi-aplikasi khusus tersebut merujuk pada tema-tema penelitian dosen yang menjadi anggota Lab Sistem Digital.
Gambar 1. Peta jalan penelitian
- Fase 1 (2015-2017), adalah fase dimana setiap dosen melakukan riset mandiri dengan target aplikasi sesuai dengan bidang keahlian masing-masing. Penelitian lebih diarahkan pada eksplorasi algoritma dan implementasi aplikasi pada desktop PC. Kontribusi penelitian berupa pengembangan algoritma, perbaikan algoritma ataupun aplikasi berbasis PC.
- Fase 2 (2018-2020), adalah fase dimana aplikasi-aplikasi berbasis algoritma yang telah dikembangkan pada fase sebelumnya direalisasikan menggunakan beberapa alternatif platform hardware seperti embedded system dan FPGA. Pada fase ini penelitian sudah diarahkan agar berorientasi pada produk akhir berupa sebuah sistem yang dapat bekerja secara standalone dan berbentuk portable.
- Fase 3 (2021-2023), adalah fase dimana arsitektur dasar sebuah prosesor karya Lab Sistem Digital yang diberi nama prosesor GAMA32 dikembangkan. Prosesor GAMA32 ini kemudian dapat digunakan sebagai platform untuk menjalankan aplikasi-aplikasi yang sudah dikembangkan pada fase sebelumnya. Arsitektur dasar prosesor GAMA32 dapat dimodifikasi menjadi ASIP agar dapat menghasilkan unjuk kerja yang lebih baik untuk masing-masing target aplikasi. Sebagai kontribusi utama pada fase ini adalah akan dihasilkan sebuah kerangka umum perancangan prosesor yang bersifat generic sehingga dapat digunakan untuk men-generate arsitektur prosesor secara khusus (customizable) sesuai target aplikasi.
Gambar 2. Fish bone diagram penelitian
Gambar 2 memperlihatkan lebih detail tema-tema penelitian yang akan dilakukan mulai dari penelitian utama sampai dengan cabang-cabangnya. Secara umum setiap penelitian yang dilakukan akan bermuara pada satu tujuan yang sama yaitu bagaimana mengimplementasikan sebuah aplikasi pada prosesor dengan instruksi khusus (ASIP) yang mampu menghasilkan kemamputan komputasi yang lebih baik, penggunaan sumberdaya hardware yang lebih efisien dan unjuk kerja yang optimum. Ada beberapa aplikasi yang menjadi tema penelitian unggulan antara lain cryptography, biometric dan neuro-fuzzy. Masing-masing tema penelitian tersebut dimulai dari eksplorasi algoritma, yaitu pengembangan atau modifikasi algoritma untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Sebagai contoh eksplorasi metode pra-pengolahan isyarat tutur, pengembangan metode ekstraksi ciri dan metode klasifikasi yang nantinya akan diintegrasikan menjadi suatu sistem pengenalan isyarat tutur. Berbagai metode akan dieksplorasi untuk mengukur dan mengetahui perbandingan performansinya sehingga nantinya diperoleh gabungan metode dengan performansi tertinggi, waktu komputasi terendah dan kompleksitas paling rendah sehingga bisa diimplementasikan secara real-time. Lebih detail tentang apa saja yang akan dilakukan pada tiap tahun penelitian akan dibahas berikut ini.
Gambar 3. Fish bone diagram untuk kegiatan penelitian fase pertama
Penelitian fase pertama yang akan dilakukan seperti pada Gambar 3. Untuk pra-pengolahan isyarat akan didesain tapis digital yang sesuai dengan kasus yang diangkat. Beberapa teknik ekstraksi ciri yang akan dieksplorasi antara lain analisis wavelet, analisis spectral, principal component analysis (PCA) dan teknik lain yang sesuai. Nantinya teknik ekstraksi ciri ini akan digabung atau dimodifikasi sehingga didapat ciri yang paling optimal. Sementara itu beberapa teknik klasifikasi juga akan dieksplorasi.
Gambar 4. Tahap persiapan penelitian
Sebelum melakukan eksplorasi metode, tahap persiapan penelitian perlu dilaksanakan. Tahap persiapan ini berupa pengumpulan data dan library untuk pengenalan isyarat tutur seperti pada Gambar 4. Data yang dikumpulkan ini nantinya akan dijadikan bahan penelitian yang akan dilaksanakan.
Secara sederhana sistem yang akan dikembangkan akan seperti pada Gambar 5. Data masukan akan mengalami pra-pengolahan sinyal, dilakukan ekstraksi ciri untuk selanjutnya akan dikenali oleh teknik klasifikasi. Tiap tahapan akan dilakukan oeh anggota team yang berbeda yang nantinya akan diintegrasikan menjadu satu kesatuan sistem.
Gambar 5. Diagram sederhana sistem pengenalan isyarat tutur
Keluaran penelitian pada tahun pertama adalah:
- Data isyarat tutur yang akan digunakan sebagai library penelitian
- Metode pra-proses, metode ekstraksi ciri dan metode klasifikasi dengan performansi yang cukup tinggi
- Publikasi pada 1 (satu) seminar internasional (International Conference on Information Technology and Electrical Engineering/ICITEE 2016, tentative) dan 1 (satu) paper pada jurnal internasional (ECTI Transactions on Electrical Engineering, Electronics, and Communications ECTI-EEC, Thailand, tentative)
Jalan penelitian pada fase kedua seperti pada Gambar 6. Sekalipun eksplorasi teknik-teknik pra-proses, ekstraksi ciri dan teknik klasifikasi tetap dilakukan, focus dari penelitian pada tahun kedua adalah mendapatkan metode pra-proses, metode ekstraksi ciri dan metode klasifikasi dengan performansi yang cukup tinggi tetapi dengan waktu komputasi dan kompleksitas yang rendah seperti pada Gambar 7. Sistem real-time yang dibuat masih diimplementasikan pada computer, belum berupa sistem embedded.
Gambar 6. Fish bone diagram penelitian fase kedua
Gambar 7. Fokus pada fase ketiga
Kegiatan penelitian pada fase ketiga seperti terlihat pada Gambar 8. Diharapkan pada tahun kedua telah didapat metode pra-proses dan metode ekstraksi ciri yang menghasilkan performansi tinggi. Untuk itu focus eksplorasi akan bergeser ke teknik klasifikasi yang memungkinkan untuk di tanam dalam sistem embedded. Nantinya prototype sistem yang didapat akan digunakan sebagai landasan dalam membangun sistem speech to text di kemudian hari.
Gambar 8. Fish bone diagram untuk penelitian fase ketiga