Supercomputer architecture
1960 ના દાયકામાં પ્રારંભિક સિસ્ટમો રજૂ કરવામાં આવી ત્યારથી સુપરકોમ્પ્યુટર આર્કિટેક્ચરના અભિગમોએ નાટ્યાત્મક વળાંક લીધો છે. સીમોર ક્રે દ્વારા અગ્રણી પ્રારંભિક સુપરકોમ્પ્યુટર આર્કિટેક્ચર શ્રેષ્ઠ કોમ્પ્યુટેશનલ ટોચનું પ્રદર્શન હાંસલ કરવા માટે કોમ્પેક્ટ નવીન ડિઝાઇન અને સ્થાનિક સમાંતરતા પર આધાર રાખે છે. જો કે, સમય જતાં વધતી કોમ્પ્યુટેશનલ શક્તિની માંગ મોટા પાયે સમાંતર પ્રણાલીઓના યુગમાં પ્રવેશી. જ્યારે 1970 ના દાયકાના સુપરકોમ્પ્યુટર્સમાં માત્ર થોડા જ પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ થતો હતો, ત્યારે 1990 ના દાયકામાં, હજારો પ્રોસેસરોવાળા મશીનો દેખાવા લાગ્યા અને 20 મી સદીના અંત સુધીમાં, હજારો વ્યાપારી ઓફ-ધ-શેલ્ફ પ્રોસેસરો સાથે મોટા પ્રમાણમાં સમાંતર સુપરકોમ્પ્યુટર્સ સામાન્ય હતા. 21મી સદીના સુપરકોમ્પ્યુટર્સ ઝડપી જોડાણો દ્વારા જોડાયેલા 100,000થી વધુ પ્રોસેસર્સ (કેટલાક ગ્રાફિક એકમો છે) નો ઉપયોગ કરી શકે છે. સમગ્ર દાયકાઓ દરમિયાન, મોટાભાગના કેન્દ્રિત સુપરકોમ્પ્યુટર્સ માટે ગરમીની ઘનતાનું સંચાલન એક મુખ્ય મુદ્દો રહ્યો છે. સિસ્ટમ દ્વારા પેદા થતી મોટી માત્રામાં ગરમીની અન્ય અસરો પણ હોઈ શકે છે, જેમ કે અન્ય સિસ્ટમ ઘટકોના જીવનકાળને ઘટાડવું. સિસ્ટમ દ્વારા ફ્લોરીનર્ટને પંપીંગ કરવાથી લઈને સામાન્ય એર કન્ડીશનીંગ તાપમાન સાથે હાઇબ્રિડ લિક્વિડ-એર કૂલિંગ સિસ્ટમ અથવા એર કૂલિંગ સુધી ગરમી વ્યવસ્થાપન માટે વિવિધ અભિગમો છે. મોટી સંખ્યામાં પ્રોસેસરો ધરાવતી સિસ્ટમો સામાન્ય રીતે બેમાંથી એક માર્ગ અપનાવે છેઃ એક અભિગમમાં, દા. ત., ગ્રીડ કમ્પ્યુટિંગમાં વિતરિત, વિવિધ વહીવટી ક્ષેત્રોમાં મોટી સંખ્યામાં કમ્પ્યુટરોની પ્રક્રિયા શક્તિ, જ્યારે પણ કોમ્પ્યુટર ઉપલબ્ધ હોય ત્યારે તકવાદી રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે. અન્ય અભિગમમાં, મોટી સંખ્યામાં પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ એકબીજાની નજીકમાં થાય છે, દા. ત., કમ્પ્યુટર ક્લસ્ટરમાં. આવી કેન્દ્રીકૃત મોટા પાયે સમાંતર પ્રણાલીમાં આંતરજોડાણની ઝડપ અને સુગમતા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે, અને આધુનિક સુપરકમ્પ્યુટરોએ ઉન્નત અનંતબંધ પ્રણાલીઓથી લઈને ત્રિ-પરિમાણીય ટોરસ આંતરજોડાણ સુધીના વિવિધ અભિગમોનો ઉપયોગ કર્યો છે. સંદર્ભ અને ઝાંખી 1960 ના દાયકાના અંતથી સુપરકોમ્પ્યુટર્સની શક્તિ અને પ્રસારમાં વૃદ્ધિ નાટકીય રહી છે, અને આ પ્રણાલીઓની અંતર્ગત સ્થાપત્ય દિશાઓએ નોંધપાત્ર વળાંક લીધો છે. જ્યારે પ્રારંભિક સુપરકોમ્પ્યુટર્સ નાની સંખ્યામાં નજીકથી જોડાયેલા પ્રોસેસરો પર આધાર રાખતા હતા, જે વહેંચાયેલ મેમરીનો ઉપયોગ કરતા હતા, ત્યારે 21મી સદીના સુપરકોમ્પ્યુટર્સ ઝડપી નેટવર્ક દ્વારા જોડાયેલા 100,000થી વધુ પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરતા હતા. સમગ્ર દાયકાઓ દરમિયાન, મોટાભાગના કેન્દ્રિત સુપરકોમ્પ્યુટર્સ માટે ગરમીની ઘનતાનું સંચાલન એક મુખ્ય મુદ્દો રહ્યો છે. સીમોર ક્રેનું "ગેટ ધ હીટ આઉટ" સૂત્ર તેમની ડિઝાઇન ફિલસૂફીનું કેન્દ્ર હતું અને સુપરકોમ્પ્યુટર આર્કિટેક્ચરમાં તે એક મુખ્ય મુદ્દો રહ્યો છે, દા. ત., બ્લુ વોટર્સ જેવા મોટા પાયે પ્રયોગોમાં. સિસ્ટમ દ્વારા પેદા થતી મોટી માત્રામાં ગરમીની અન્ય અસરો પણ હોઈ શકે છે, જેમ કે અન્ય સિસ્ટમ ઘટકોના જીવનકાળને ઘટાડવું. ઉષ્મા વ્યવસ્થાપન માટે વિવિધ અભિગમો છે, દા. ત., ક્રે 2એ સિસ્ટમ દ્વારા ફ્લોરિનર્ટને પમ્પ કર્યું હતું, જ્યારે સિસ્ટમ X એ હાઇબ્રિડ લિક્વિડ-એર કૂલિંગ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને બ્લુ જીન/પી સામાન્ય એર કન્ડીશનીંગ તાપમાન સાથે એર-કૂલ્ડ છે. એક્વાસર સુપરકોમ્પ્યુટરની ગરમીનો ઉપયોગ યુનિવર્સિટી કેમ્પસને ગરમ કરવા માટે થાય છે. સુપર કોમ્પ્યુટર દ્વારા પેદા થતી ગરમીની ઘનતા સિસ્ટમમાં ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રોસેસર પ્રકાર પર સીધી નિર્ભરતા ધરાવે છે, વધુ શક્તિશાળી પ્રોસેસરો સામાન્ય રીતે વધુ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, જે સમાન અંતર્ગત સેમિકન્ડક્ટર તકનીકોને આપવામાં આવે છે. જ્યારે પ્રારંભિક સુપરકોમ્પ્યુટરોએ કેટલાક ઝડપી, નજીકથી ભરેલા પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કર્યો હતો જેણે સ્થાનિક સમાંતરતાનો લાભ લીધો હતો (દા. ત., પાઇપલાઇનિંગ અને વેક્ટર પ્રોસેસિંગ), સમય જતાં પ્રોસેસરોની સંખ્યા વધી અને કમ્પ્યુટિંગ નોડ્સને વધુ દૂર મૂકી શકાય છે, દા. ત., કમ્પ્યુટર ક્લસ્ટરમાં, અથવા ભૌગોલિક રીતે ગ્રીડ કમ્પ્યુટિંગમાં વિખેરાઈ શકે છે. જેમ જેમ સુપર કોમ્પ્યુટરમાં પ્રોસેસરોની સંખ્યા વધે છે તેમ તેમ "ઘટક નિષ્ફળતા દર" એક ગંભીર સમસ્યા બનવાનું શરૂ થાય છે. જો સુપરકોમ્પ્યુટર હજારો નોડ્સનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાંથી દરેક સરેરાશ દર વર્ષે એક વાર નિષ્ફળ થઈ શકે છે, તો સિસ્ટમ દરરોજ ઘણી નોડ નિષ્ફળતાઓનો અનુભવ કરશે. જેમ જેમ જનરલ પર્પઝ ગ્રાફિક પ્રોસેસર્સ (જી. પી. જી. પી. યુ.) ની કિંમત/કામગીરીમાં સુધારો થયો છે, તેમ તેમ ટિયાનહે-1 અને નેબ્યુલા જેવા સંખ્યાબંધ પેટાફ્લોપ સુપરકોમ્પ્યુટરોએ તેમના પર આધાર રાખવાનું શરૂ કર્યું છે. જો કે, કે કમ્પ્યુટર જેવી અન્ય સિસ્ટમો SPARC-આધારિત ડિઝાઇન જેવા પરંપરાગત પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરવાનું ચાલુ રાખે છે અને સામાન્ય હેતુ ઉચ્ચ પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ એપ્લિકેશન્સમાં જી. પી. જી. પી. યુ. ની એકંદર લાગુ પડવી એ ચર્ચાનો વિષય રહ્યો છે, જેમાં જી. પી. જી. પી. યુ. ને ચોક્કસ બેન્ચમાર્ક પર સારી રીતે સ્કોર કરવા માટે ટ્યુન કરી શકાય છે, જ્યાં સુધી એપ્લિકેશનને ટ્યુન કરવા માટે નોંધપાત્ર પ્રયાસ કરવામાં ન આવે ત્યાં સુધી રોજિંદા અલ્ગોરિધમ્સ માટે તેની એકંદર લાગુ પડવી મર્યાદિત હોઈ શકે છે. જો કે, જી. પી. યુ. જમીન મેળવી રહ્યા છે અને 2012 માં જગુઆર સુપરકોમ્પ્યુટરને જી. પી. યુ. સાથે સીપીયુને બદલીને ટાઇટનમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવ્યું હતું. જેમ જેમ સુપર કોમ્પ્યુટરમાં સ્વતંત્ર પ્રોસેસરોની સંખ્યા વધે છે, તેમ તેમ તેઓ ફાઇલ સિસ્ટમમાં ડેટાને કેવી રીતે ઍક્સેસ કરે છે અને તેઓ ગૌણ સંગ્રહ સંસાધનોને કેવી રીતે શેર કરે છે અને ઍક્સેસ કરે છે તે અગ્રણી બને છે. વર્ષોથી વિતરિત ફાઇલ વ્યવસ્થાપન માટે સંખ્યાબંધ સિસ્ટમો વિકસાવવામાં આવી હતી, દા. ત., આઇબીએમ જનરલ પેરેલલ ફાઇલ સિસ્ટમ, બીઇજીએફએસ, પેરેલલ વર્ચ્યુઅલ ફાઇલ સિસ્ટમ, હડૂપ વગેરે. ટિયાંહે-I જેવા ટોચના 100 યાદી પરના સંખ્યાબંધ સુપરકોમ્પ્યુટર્સ લિનક્સની લસ્ટર ફાઇલ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરે છે. થોડા પ્રોસેસરો સાથેની પ્રારંભિક સિસ્ટમો CDC 6600 શ્રેણીના કમ્પ્યુટર્સ સુપરકમ્પ્યુટિંગના ખૂબ જ પ્રારંભિક પ્રયાસો હતા અને વાસ્તવિક ડેટાની પ્રક્રિયા કરવા માટે CPU (સેન્ટ્રલ પ્રોસેસિંગ યુનિટ) ને મુક્ત કરીને, કામને પેરિફેરલ ઉપકરણોમાં ફેરવીને હાલની સિસ્ટમો પર તેમનો ફાયદો મેળવ્યો હતો. મિનેસોટા ફોરટ્રાન કમ્પાઇલર સાથે 6600 પ્રમાણભૂત ગાણિતિક કામગીરી પર 500 કિલોફ્લોપ્સને ટકાવી શકે છે. અન્ય પ્રારંભિક સુપરકોમ્પ્યુટર્સ જેમ કે ક્રે 1 અને ક્રે 2 જે પછીથી દેખાયા હતા તેમાં નાની સંખ્યામાં ઝડપી પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો જે સુમેળમાં કામ કરતા હતા અને તે સમયે સંચાલિત કરી શકાય તેવી વહેંચાયેલ મેમરીની સૌથી મોટી માત્રા સાથે સમાનરૂપે જોડાયેલા હતા. આ પ્રારંભિક રચનાઓએ વેક્ટર પ્રોસેસિંગ જેવી નવીનતાઓ સાથે પ્રોસેસર સ્તરે સમાંતર પ્રક્રિયા રજૂ કરી હતી, જેમાં પ્રોસેસર ક્રમિક ચક્ર માટે રાહ જોવાને બદલે એક ઘડિયાળ ચક્ર દરમિયાન ઘણી કામગીરી કરી શકે છે. સમય જતાં, પ્રોસેસરોની સંખ્યામાં વધારો થતાં, વિવિધ સ્થાપત્યના મુદ્દાઓ ઉભરી આવ્યા. પ્રોસેસરોની સંખ્યામાં વધારો થતાં બે મુદ્દાઓ કે જેના પર ધ્યાન આપવાની જરૂર છે તે મેમરીનું વિતરણ અને પ્રક્રિયા છે. ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ મેમરી અભિગમમાં, દરેક પ્રોસેસરને અમુક સ્થાનિક મેમરીની નજીક શારીરિક રીતે પેક કરવામાં આવે છે. અન્ય પ્રોસેસરો સાથે સંકળાયેલ મેમરી પછી બિન-સમાન મેમરી એક્સેસમાં બેન્ડવિડ્થ અને વિલંબતા પરિમાણોના આધારે "વધુ દૂર" હોય છે. 1960 ના દાયકામાં પાઇપલાઇનિંગને એક નવીનતા તરીકે જોવામાં આવ્યું હતું, અને 1970 ના દાયકા સુધીમાં વેક્ટર પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ સારી રીતે સ્થાપિત થઈ ગયો હતો. 1980ના દાયકા સુધીમાં, ઘણા સુપરકોમ્પ્યુટરોએ સમાંતર વેક્ટર પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કર્યો હતો. પ્રારંભિક પ્રણાલીઓમાં પ્રોસેસરોની પ્રમાણમાં ઓછી સંખ્યા, તેમને સહેલાઈથી વહેંચાયેલ મેમરી આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે પ્રોસેસરોને મેમરીના સામાન્ય પૂલને ઍક્સેસ કરવાની મંજૂરી આપે છે. શરૂઆતના દિવસોમાં એક સામાન્ય અભિગમ યુનિફોર્મ મેમરી એક્સેસ (યુ. એમ. એ.) નો ઉપયોગ હતો, જેમાં મેમરી સ્થાન સુધી પહોંચવાનો સમય પ્રોસેસરો વચ્ચે સમાન હતો. નોન-યુનિફોર્મ મેમરી એક્સેસ (એનયુએમએ) નો ઉપયોગ પ્રોસેસરને અન્ય મેમરી સ્થાનોની તુલનામાં તેની પોતાની સ્થાનિક મેમરીને ઝડપથી ઍક્સેસ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જ્યારે કેશ-ઓનલી મેમરી આર્કિટેક્ચર (કોમા) દરેક પ્રોસેસરની સ્થાનિક મેમરીને કેશ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે, આમ મેમરી મૂલ્યો બદલાતા સંકલનની જરૂર પડે છે. જેમ જેમ પ્રોસેસરોની સંખ્યા વધે છે તેમ તેમ સુપર કોમ્પ્યુટર પર કાર્યક્ષમ ઇન્ટરપ્રોસેસર સંચાર અને સુમેળ એક પડકાર બની જાય છે. આ લક્ષ્ય હાંસલ કરવા માટે સંખ્યાબંધ અભિગમોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. દાખલા તરીકે, 1980 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, ક્રે એક્સ-એમપી સિસ્ટમમાં, વહેંચાયેલ રજિસ્ટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આ અભિગમમાં, તમામ પ્રોસેસરોને વહેંચાયેલ રજિસ્ટરની ઍક્સેસ હતી જે ડેટાને આગળ અને પાછળ ખસેડતી ન હતી પરંતુ તેનો ઉપયોગ ફક્ત ઇન્ટરપ્રોસેસર સંચાર અને સુમેળ માટે થતો હતો. જો કે, ઘણા પ્રોસેસરો વચ્ચે મોટી માત્રામાં વહેંચાયેલ મેમરીના સંચાલનમાં અંતર્ગત પડકારો વધુ વિતરિત આર્કિટેક્ચર તરફ આગળ વધવામાં પરિણમ્યા. 1980 ના દાયકા દરમિયાન, જેમ જેમ કમ્પ્યુટિંગ પાવરની માંગમાં વધારો થયો તેમ, મોટી સંખ્યામાં પ્રોસેસર્સનું વલણ શરૂ થયું, વિતરિત મેમરી અને વિતરિત ફાઇલ સિસ્ટમ્સ સાથે મોટા પ્રમાણમાં સમાંતર સિસ્ટમોના યુગની શરૂઆત થઈ, કારણ કે વહેંચાયેલ મેમરી આર્કિટેક્ચર મોટી સંખ્યામાં પ્રોસેસરો સુધી ન પહોંચી શકે. ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ શેર્ડ મેમરી જેવા હાઇબ્રિડ અભિગમો પણ પ્રારંભિક પ્રણાલીઓ પછી દેખાયા હતા. કોમ્પ્યુટર ક્લસ્ટરિંગ અભિગમ સંખ્યાબંધ સહેલાઈથી ઉપલબ્ધ કમ્પ્યુટિંગ નોડ્સને જોડે છે (દા. ત. પર્સનલ કમ્પ્યુટર્સનો ઉપયોગ સર્વર તરીકે થાય છે) ઝડપી, ખાનગી સ્થાનિક ક્ષેત્ર નેટવર્ક દ્વારા. કમ્પ્યુટિંગ નોડ્સની પ્રવૃત્તિઓ "ક્લસ્ટરિંગ મિડલવેર" દ્વારા ગોઠવવામાં આવે છે, જે એક સોફ્ટવેર સ્તર છે જે નોડ્સની ઉપર બેસે છે અને વપરાશકર્તાઓને ક્લસ્ટરને મોટા અને એક સુસંગત કમ્પ્યુટિંગ એકમ તરીકે ગણવાની મંજૂરી આપે છે, દા. ત. એક જ સિસ્ટમ છબી ખ્યાલ દ્વારા. કમ્પ્યુટર ક્લસ્ટરિંગ કેન્દ્રિય વ્યવસ્થાપન અભિગમ પર આધાર રાખે છે જે નોડ્સને ઓર્કેસ્ટ્રેટેડ વહેંચાયેલ સર્વર તરીકે ઉપલબ્ધ કરાવે છે. તે પીઅર-ટુ-પીઅર અથવા ગ્રીડ કમ્પ્યુટિંગ જેવા અન્ય અભિગમોથી અલગ છે જે ઘણા નોડ્સનો પણ ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ વધુ વિતરિત પ્રકૃતિ સાથે. 21મી સદી સુધીમાં, ટોચના 500 સંગઠનની 500 સૌથી ઝડપી સુપરકોમ્પ્યુટર્સની અર્ધવાર્ષિક યાદીમાં ઘણીવાર ઘણા સમૂહોનો સમાવેશ થાય છે, દા. ત. 2011 માં વિશ્વનું સૌથી ઝડપી, વિતરિત મેમરી, ક્લસ્ટર આર્કિટેક્ચર સાથેનું કે કમ્પ્યુટર. જ્યારે મોટી સંખ્યામાં સ્થાનિક અર્ધ-સ્વતંત્ર કમ્પ્યુટિંગ નોડ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે (દા. ત. ક્લસ્ટર આર્કિટેક્ચરમાં) ઇન્ટરકનેક્ટની ઝડપ અને સુગમતા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે. આધુનિક સુપરકોમ્પ્યુટરોએ આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે વિવિધ અભિગમો અપનાવ્યા છે, દા. ત. તિયાનહે-1 ઇન્ફિનિબેન્ડ ક્યૂ. ડી. આર. પર આધારિત માલિકીનું હાઇ-સ્પીડ નેટવર્કનો ઉપયોગ કરે છે, જે ફીટેંગ-1000 સીપીયુ સાથે ઉન્નત છે. બીજી બાજુ, બ્લુ જીન/એલ સિસ્ટમ વૈશ્વિક સંચાર માટે સહાયક નેટવર્ક સાથે ત્રિ-પરિમાણીય ટોરસ ઇન્ટરકનેક્ટનો ઉપયોગ કરે છે. આ અભિગમમાં દરેક નોડ તેના છ નજીકના પડોશીઓ સાથે જોડાયેલ છે. સમાન ટોરસનો ઉપયોગ ક્રે T3E દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો. વિશાળ કેન્દ્રીકૃત પ્રણાલીઓ કેટલીકવાર ચોક્કસ એપ્લિકેશન માટે રચાયેલ વિશેષ-હેતુ પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરે છે, અને સામાન્યતાનો ત્યાગ કરીને પ્રદર્શન મેળવવા માટે ફિલ્ડ-પ્રોગ્રામેબલ ગેટ એરે (એફ. પી. જી. એ.) ચિપ્સનો ઉપયોગ કરી શકે છે. વિશેષ હેતુના સુપરકમ્પ્યુટર્સના ઉદાહરણોમાં ચેસ રમવા માટે બેલે, ડીપ બ્લુ અને હાઈડ્રા, એસ્ટ્રોફિઝિક્સ માટે ગ્રેવિટી પાઇપ, પ્રોટીન સ્ટ્રક્ચર કમ્પ્યુટેશન મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ માટે એમ. ડી. જી. આર. એ. પી. ઈ.-3 અને ડી. ઈ. એસ. સાઇફરને તોડવા માટે ડીપ ક્રેકનો સમાવેશ થાય છે. વિશાળ વિતરિત સમાંતરતા ગ્રીડ કમ્પ્યુટિંગ વિતરિત, વિવિધ વહીવટી ક્ષેત્રોમાં મોટી સંખ્યામાં કમ્પ્યુટરનો ઉપયોગ કરે છે. તે એક તકવાદી અભિગમ છે જે જ્યારે પણ ઉપલબ્ધ હોય ત્યારે સંસાધનોનો ઉપયોગ કરે છે. બી. ઓ. આઈ. એન. સી. એક સ્વયંસેવક-આધારિત, તકવાદી ગ્રીડ સિસ્ટમ છે. જ્યારે પણ સ્વયંસેવક સંસાધનો ઉપલબ્ધ થાય છે ત્યારે કેટલીક BOINC એપ્લિકેશનો ઇન્ટરનેટ પર જોડાયેલા લગભગ અડધા મિલિયન કમ્પ્યુટર્સનો ઉપયોગ કરીને બહુ-પેટાફ્લોપ સ્તરે પહોંચી ગઈ છે. જો કે, આ પ્રકારના પરિણામો ઘણીવાર ટોચના 500 રેટિંગ્સમાં દેખાતા નથી કારણ કે તેઓ સામાન્ય હેતુના લિનપેક બેંચમાર્કને ચલાવતા નથી. જો કે ગ્રીડ કમ્પ્યુટિંગને સમાંતર કાર્ય અમલીકરણમાં સફળતા મળી છે, તેમ છતાં હવામાન સિમ્યુલેશન અથવા કોમ્પ્યુટેશનલ ફ્લુઇડ ડાયનામિક્સ જેવી સુપરકોમ્પ્યુટર એપ્લિકેશનોની માંગ પહોંચની બહાર રહી છે, અંશતઃ મોટી સંખ્યામાં કાર્યોની વિશ્વસનીય પેટા-સોંપણીમાં અવરોધો તેમજ આપેલ સમયે સંસાધનોની વિશ્વસનીય ઉપલબ્ધતાને કારણે. અર્ધ-તકવાદી સુપરકમ્પ્યુટિંગમાં મોટી સંખ્યામાં ભૌગોલિક રીતે વિખેરાયેલા કમ્પ્યુટર્સને બિલ્ટ-ઇન સલામતી સાથે ગોઠવવામાં આવે છે. અર્ધ-તકવાદી અભિગમ BOINC જેવી અત્યંત વિતરિત પ્રણાલીઓ પર સ્વયંસેવક કમ્પ્યુટિંગ અથવા ગ્લોબસ જેવી પ્રણાલી પર સામાન્ય ગ્રીડ કમ્પ્યુટિંગથી આગળ વધે છે, જે મિડલવેરને ઘણા કમ્પ્યુટિંગ ક્લસ્ટરોમાં લગભગ અવિરત પ્રવેશ પ્રદાન કરવાની મંજૂરી આપે છે જેથી ફોરટ્રાન અથવા સી જેવી ભાષાઓમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા પ્રોગ્રામ્સને બહુવિધ કમ્પ્યુટિંગ સંસાધનોમાં વિતરિત કરી શકાય. અર્ધ-તકવાદી સુપરકમ્પ્યુટિંગનો ઉદ્દેશ તકવાદી સંસાધનોની વહેંચણી કરતાં ઉચ્ચ ગુણવત્તાની સેવા પ્રદાન કરવાનો છે. અર્ધ-તકવાદી અભિગમ ગ્રીડ મુજબ સંસાધન ફાળવણી કરારો સ્થાપિત કરીને કમ્પ્યુટર ગ્રીડની અંદર માગણી કરતી અરજીઓના અમલને સક્ષમ બનાવે છે; અને અંતર્ગત સંસાધનોની નિષ્ફળતાઓ સામે અમૂર્ત રીતે રક્ષણ આપવા માટે દોષ સહિષ્ણુ સંદેશ પસાર કરે છે, આમ કેટલાક તકવાદને જાળવી રાખે છે, જ્યારે ઉચ્ચ સ્તરના નિયંત્રણને મંજૂરી આપે છે. 21મી સદીના સ્થાપત્યના વલણો એર-કૂલ્ડ આઇબીએમ બ્લુ જીન સુપરકોમ્પ્યુટર આર્કિટેક્ચર ઓછા વીજ વપરાશ માટે પ્રોસેસરની ઝડપનો વેપાર કરે છે જેથી સામાન્ય એર-કન્ડીશનીંગનો ઉપયોગ કરીને ઓરડાના તાપમાને મોટી સંખ્યામાં પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરી શકાય. બીજી પેઢીની બ્લુ જીન/પી સિસ્ટમમાં સંકલિત નોડ-ટુ-નોડ સંચાર તર્ક સાથે પ્રોસેસર્સ છે. તે ઊર્જા-કાર્યક્ષમ છે, જે 371 એમ. એફ. એલ. ઓ. પી. એસ./ડબલ્યુ હાંસલ કરે છે. કે કમ્પ્યુટર એ વોટર-કૂલ્ડ, સજાતીય પ્રોસેસર છે, જે ક્લસ્ટર આર્કિટેક્ચર સાથે ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ મેમરી સિસ્ટમ છે. તે 80,000 થી વધુ SPARC64 VIIIfx પ્રોસેસર્સનો ઉપયોગ કરે છે, દરેક આઠ કોર સાથે, કુલ 700,000 થી વધુ કોર માટે-જે અન્ય કોઈપણ સિસ્ટમ કરતા લગભગ બમણા છે. તેમાં 800થી વધુ મંત્રીમંડળોનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં દરેક 96 કમ્પ્યુટિંગ નોડ્સ (દરેક 16 જીબી મેમરી સાથે) અને 6 I/O નોડ્સ ધરાવે છે. જો કે તે ટોચની 500 સૂચિ પરની આગામી પાંચ સિસ્ટમો કરતાં વધુ શક્તિશાળી છે, 824.56 MFLOPS/W પર તે કોઈપણ વર્તમાન મુખ્ય સુપરકોમ્પ્યુટર સિસ્ટમની સૌથી ઓછી પાવર ટુ પરફોર્મન્સ રેશિયો ધરાવે છે. કે કમ્પ્યુટર માટે ફોલો-અપ સિસ્ટમ, જેને PRIMEHPC FX10 કહેવાય છે, તે જ છ-પરિમાણીય ટોરસ ઇન્ટરકનેક્ટનો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ હજુ પણ નોડ દીઠ માત્ર એક જ પ્રોસેસરનો ઉપયોગ કરે છે. કે કમ્પ્યુટરથી વિપરીત, તિયાનહે-1એ સિસ્ટમ હાઇબ્રિડ આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ કરે છે અને સીપીયુ અને જીપીયુને એકીકૃત કરે છે. તે આશરે 3,500 બ્લેડ પર 14,000 થી વધુ ઝીઓન જનરલ-પર્પઝ પ્રોસેસર્સ અને 7,000 થી વધુ એનવીડિયા ટેસ્લા જનરલ-પર્પઝ ગ્રાફિક્સ પ્રોસેસિંગ યુનિટ્સ (જી. પી. જી. પી. યુ.) નો ઉપયોગ કરે છે. તેમાં 112 કોમ્પ્યુટર કેબિનેટ અને 262 ટેરાબાઇટ્સ ડિસ્ટ્રિબ્યુટેડ મેમરી છે; 2 પેટાબાઇટ્સ ડિસ્ક સ્ટોરેજ લસ્ટર ક્લસ્ટર્ડ ફાઇલો દ્વારા લાગુ કરવામાં આવે છે. તિયાનહે-1 પ્રોસેસરોને જોડવા માટે માલિકીનું હાઇ-સ્પીડ સંચાર નેટવર્કનો ઉપયોગ કરે છે. માલિકીનું ઇન્ટરકનેક્ટ નેટવર્ક ઈન્ફીનીબેન્ડ ક્યૂ. ડી. આર. પર આધારિત હતું, જે ચીની બનાવટના ફેઈટેંગ-1000 સીપીયુ સાથે ઉન્નત હતું. ઇન્ટરકનેક્ટના કિસ્સામાં સિસ્ટમ ઇન્ફિનિબેન્ડ કરતા બમણી ઝડપી હોય છે, પરંતુ અન્ય સુપરકોમ્પ્યુટર્સ પરના કેટલાક ઇન્ટરકનેક્ટ કરતાં ધીમી હોય છે. ચોક્કસ અભિગમોની મર્યાદાઓનું પરીક્ષણ કરવાનું ચાલુ છે, કારણ કે મોટા પાયે પ્રયોગો દ્વારા સીમાઓ સુધી પહોંચી શકાય છે, દા. ત., 2011 માં આઇબીએમએ ઇલિનોઇસ યુનિવર્સિટી ખાતે બ્લુ વોટર્સ પેટાફ્લોપ્સ પ્રોજેક્ટમાં તેની ભાગીદારીનો અંત આણ્યો હતો. બ્લુ વોટર્સ આર્કિટેક્ચર આઇબીએમ પાવર 7 પ્રોસેસર પર આધારિત હતું અને તેનો હેતુ "વૈશ્વિક સ્તરે સંબોધિત મેમરી" ના પેટાબાઇટ અને 10 પેટાબાઇટ્સ ડિસ્ક જગ્યા સાથે 200,000 કોર રાખવાનો હતો. ટકાઉ પેટાફ્લોપના ધ્યેયથી ડિઝાઇન પસંદગીઓ તરફ દોરી જાય છે જે સિંગલ-કોર પ્રદર્શનને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે, અને તેથી કોરની સંખ્યા ઓછી છે. કોરની ઓછી સંખ્યા પછી એવા પ્રોગ્રામ્સ પર કામગીરીમાં મદદ કરે તેવી અપેક્ષા રાખવામાં આવી હતી જે મોટી સંખ્યામાં પ્રોસેસરોને સારી રીતે માપતા ન હતા. વૈશ્વિક સ્તરે સંબોધિત કરી શકાય તેવી વિશાળ મેમરી આર્કિટેક્ચરનો હેતુ સમાન પ્રકારના કાર્યક્રમો માટે મેમરી એડ્રેસની સમસ્યાઓને કાર્યક્ષમ રીતે હલ કરવાનો છે. બ્લુ વોટર્સ ઓછામાં ઓછા એક પેટાફ્લોપની સતત ઝડપે દોડે તેવી અપેક્ષા રાખવામાં આવી હતી, અને ગરમીનું સંચાલન કરવા માટે ચોક્કસ પાણી-ઠંડક અભિગમ પર આધાર રાખ્યો હતો. કામગીરીના પ્રથમ ચાર વર્ષમાં, નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશને આ પ્રોજેક્ટ પર આશરે 20 કરોડ ડોલર ખર્ચ્યા હતા. આઇબીએમએ તે પછી તરત જ તે પ્રોજેક્ટની તકનીકમાંથી મેળવેલ પાવર 775 કમ્પ્યુટિંગ નોડ બહાર પાડ્યું, પરંતુ બ્લુ વોટર્સ અભિગમને અસરકારક રીતે છોડી દીધો. સ્થાપત્યના પ્રયોગો સંખ્યાબંધ દિશાઓમાં ચાલુ છે, દા. ત. સાયક્લોપ્સ64 સિસ્ટમ વિશાળ વિતરિત પ્રોસેસરોના ઉપયોગથી દૂર દિશામાં "સુપરકોમ્પ્યુટર ઓન અ ચિપ" અભિગમનો ઉપયોગ કરે છે. દરેક 64-બીટ સાયક્લોપ્સ64 ચિપમાં 80 પ્રોસેસર્સ હોય છે, અને સમગ્ર સિસ્ટમ વૈશ્વિક રીતે એડ્રેસેબલ મેમરી આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રોસેસરો બિન-આંતરિક અવરોધિત ક્રોસબાર સ્વીચ સાથે જોડાયેલા હોય છે અને વૈશ્વિક ઇન્ટરલીવ્ડ મેમરી દ્વારા એકબીજા સાથે વાતચીત કરે છે. આર્કિટેક્ચરમાં કોઈ ડેટા કેશ નથી, પરંતુ દરેક SRAM બેંકનો અડધો ભાગ સ્ક્રેચપેડ મેમરી તરીકે વાપરી શકાય છે. જો કે આ પ્રકારનું આર્કિટેક્ચર ગતિશીલ રીતે બિન-સંલગ્ન મેમરી સિસ્ટમમાં અસંરચિત સમાંતરતાને મંજૂરી આપે છે, તે ઘણી-કોર સિસ્ટમમાં સમાંતર અલ્ગોરિધમ્સના કાર્યક્ષમ મેપિંગમાં પણ પડકારો પેદા કરે છે. આ પણ જુઓ ચીનમાં સુપરકમ્પ્યુટર ઓપરેટિંગ સિસ્ટમ્સ સુપરકમ્પ્યુટિંગ યુરોપમાં સુપરકમ્પ્યુટિંગ ભારતમાં સુપરકમ્પ્યુટિંગનો ઇતિહાસ જાપાનમાં સુપરકમ્પ્યુટિંગ સંદર્ભો સમવર્તી કમ્પ્યુટિંગ વિતરિત કમ્પ્યુટિંગ આર્કિટેક્ચર સુપરકમ્પ્યુટર્સ