Supercomputer architecture
1960-এর দশকে প্রথম দিকের সিস্টেমগুলি চালু হওয়ার পর থেকে সুপার কম্পিউটার স্থাপত্যের দৃষ্টিভঙ্গি নাটকীয় মোড় নিয়েছে। সেমুর ক্রে দ্বারা প্রবর্তিত প্রাথমিক সুপার কম্পিউটার স্থাপত্যগুলি উচ্চতর গণনামূলক শীর্ষ কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য কমপ্যাক্ট উদ্ভাবনী নকশা এবং স্থানীয় সমান্তরালতার উপর নির্ভর করেছিল। যাইহোক, সময়ের সাথে সাথে গণনামূলক শক্তির চাহিদা ব্যাপকভাবে সমান্তরাল ব্যবস্থার যুগের সূচনা করে। যদিও 1970-এর দশকের সুপার কম্পিউটারগুলি মাত্র কয়েকটি প্রসেসর ব্যবহার করত, 1990-এর দশকে হাজার হাজার প্রসেসর সহ মেশিনগুলি উপস্থিত হতে শুরু করে এবং 20 শতকের শেষের দিকে, হাজার হাজার বাণিজ্যিক অফ-দ্য-শেল্ফ প্রসেসর সহ ব্যাপকভাবে সমান্তরাল সুপার কম্পিউটারগুলি আদর্শ ছিল। একবিংশ শতাব্দীর সুপার কম্পিউটারগুলি দ্রুত সংযোগের মাধ্যমে সংযুক্ত 100,000 এরও বেশি প্রসেসর (কিছু গ্রাফিক ইউনিট) ব্যবহার করতে পারে। কয়েক দশক ধরে, তাপ ঘনত্বের ব্যবস্থাপনা বেশিরভাগ কেন্দ্রীভূত সুপারকম্পিউটারের জন্য একটি মূল সমস্যা হয়ে দাঁড়িয়েছে। একটি সিস্টেম দ্বারা উত্পন্ন প্রচুর পরিমাণে তাপের অন্যান্য প্রভাবও থাকতে পারে, যেমন অন্যান্য সিস্টেম উপাদানগুলির জীবনকাল হ্রাস করা। তাপ ব্যবস্থাপনার বিভিন্ন পন্থা রয়েছে, সিস্টেমের মাধ্যমে ফ্লুরিনার্ট পাম্প করা থেকে শুরু করে একটি হাইব্রিড তরল-বায়ু শীতলকরণ ব্যবস্থা বা স্বাভাবিক শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ তাপমাত্রার সাথে বায়ু শীতলকরণ পর্যন্ত। বিপুল সংখ্যক প্রসেসর সহ সিস্টেমগুলি সাধারণত দুটি পথের মধ্যে একটি গ্রহণ করেঃ একটি পদ্ধতিতে, উদাহরণস্বরূপ, গ্রিড কম্পিউটিংয়ে বিতরণকৃত, বিভিন্ন প্রশাসনিক ডোমেনে বিপুল সংখ্যক কম্পিউটারের প্রক্রিয়াকরণ শক্তি, যখনই কোনও কম্পিউটার উপলব্ধ হয় তখন সুবিধাজনকভাবে ব্যবহৃত হয়। আরেকটি পদ্ধতিতে, প্রচুর সংখ্যক প্রসেসর একে অপরের কাছাকাছি ব্যবহার করা হয়, উদাহরণস্বরূপ, একটি কম্পিউটার ক্লাস্টারে। এই ধরনের কেন্দ্রীভূত ব্যাপক সমান্তরাল ব্যবস্থায় আন্তঃসংযোগের গতি এবং নমনীয়তা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে এবং আধুনিক সুপারকম্পিউটারগুলি বর্ধিত ইনফিনিব্যান্ড সিস্টেম থেকে শুরু করে ত্রিমাত্রিক টরাস আন্তঃসংযোগ পর্যন্ত বিভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করেছে। প্রসঙ্গ এবং সংক্ষিপ্ত বিবরণ 1960-এর দশকের শেষের দিক থেকে সুপারকম্পিউটারগুলির শক্তি এবং বিস্তারের বৃদ্ধি নাটকীয় হয়েছে এবং এই ব্যবস্থাগুলির অন্তর্নিহিত স্থাপত্যের দিকগুলি উল্লেখযোগ্য মোড় নিয়েছে। যদিও প্রাথমিক সুপারকম্পিউটারগুলি অল্প সংখ্যক ঘনিষ্ঠভাবে সংযুক্ত প্রসেসরের উপর নির্ভর করত যা ভাগ করা মেমরি অ্যাক্সেস করত, একবিংশ শতাব্দীর সুপারকম্পিউটারগুলি দ্রুত নেটওয়ার্ক দ্বারা সংযুক্ত 100,000 এরও বেশি প্রসেসর ব্যবহার করে। কয়েক দশক ধরে, বেশিরভাগ কেন্দ্রীভূত সুপারকম্পিউটারের জন্য তাপ ঘনত্বের ব্যবস্থাপনা একটি মূল সমস্যা হয়ে দাঁড়িয়েছে। সেমুর ক্রে-এর "গেট দ্য হিট আউট" নীতিবাক্যটি তাঁর নকশা দর্শনের কেন্দ্রবিন্দু ছিল এবং সুপার কম্পিউটার আর্কিটেকচারে একটি মূল বিষয় হিসাবে অব্যাহত রয়েছে, যেমন, ব্লু ওয়াটার্সের মতো বড় আকারের পরীক্ষায়। একটি সিস্টেম দ্বারা উত্পন্ন প্রচুর পরিমাণে তাপের অন্যান্য প্রভাবও থাকতে পারে, যেমন অন্যান্য সিস্টেম উপাদানগুলির জীবনকাল হ্রাস করা। তাপ ব্যবস্থাপনার বিভিন্ন পদ্ধতি রয়েছে, যেমন, ক্রে 2 সিস্টেমের মাধ্যমে ফ্লুরিনার্ট পাম্প করে, যেখানে সিস্টেম এক্স একটি হাইব্রিড তরল-বায়ু শীতলকরণ ব্যবস্থা ব্যবহার করে এবং ব্লু জিন/পি স্বাভাবিক শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ তাপমাত্রার সাথে বায়ু-শীতল হয়। অ্যাকোয়াসার সুপার কম্পিউটারের তাপ একটি বিশ্ববিদ্যালয় ক্যাম্পাসকে উষ্ণ করতে ব্যবহৃত হয়। একটি সুপার কম্পিউটার দ্বারা উত্পন্ন তাপের ঘনত্ব সিস্টেমে ব্যবহৃত প্রসেসর প্রকারের উপর সরাসরি নির্ভরশীল, আরও শক্তিশালী প্রসেসর সাধারণত আরও বেশি তাপ উৎপাদন করে, অনুরূপ অন্তর্নিহিত অর্ধপরিবাহী প্রযুক্তির পরিপ্রেক্ষিতে। যদিও প্রাথমিক সুপারকম্পিউটারগুলি কয়েকটি দ্রুত, ঘনিষ্ঠভাবে প্যাক করা প্রসেসর ব্যবহার করত যা স্থানীয় সমান্তরালতার (যেমন, পাইপলাইনিং এবং ভেক্টর প্রসেসিং) সুবিধা নিয়েছিল, সময়ের সাথে সাথে প্রসেসরের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় এবং কম্পিউটিং নোডগুলি আরও দূরে স্থাপন করা যেতে পারে, যেমন, একটি কম্পিউটার ক্লাস্টারে, বা ভৌগোলিকভাবে গ্রিড কম্পিউটিংয়ে ছড়িয়ে দেওয়া যেতে পারে। একটি সুপার কম্পিউটারে প্রসেসরের সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে "উপাদান ব্যর্থতার হার" একটি গুরুতর সমস্যা হয়ে উঠতে শুরু করে। যদি একটি সুপার কম্পিউটার হাজার হাজার নোড ব্যবহার করে, যার প্রতিটি বছরে গড়ে একবার ব্যর্থ হতে পারে, তবে সিস্টেমটি প্রতিদিন বেশ কয়েকটি নোড ব্যর্থতার সম্মুখীন হবে। জেনারেল পারপাস গ্রাফিক প্রসেসরের (জিপিজিপিইউ) মূল্য/কার্যকারিতা উন্নত হওয়ার সাথে সাথে তিয়ানহে-1 এবং নেবুলার মতো বেশ কয়েকটি পেটাফ্লপ সুপারকম্পিউটার তাদের উপর নির্ভর করতে শুরু করেছে। যাইহোক, কে কম্পিউটারের মতো অন্যান্য সিস্টেমগুলি প্রচলিত প্রসেসর যেমন এস. পি. এ. আর. সি-ভিত্তিক নকশা ব্যবহার করে চলেছে এবং সাধারণ উদ্দেশ্যে উচ্চ কার্যকারিতা কম্পিউটিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে জি. পি. জি. পি. ইউ-এর সামগ্রিক প্রয়োগযোগ্যতা বিতর্কের বিষয় হয়ে দাঁড়িয়েছে, যেখানে একটি জি. পি. জি. পি. ইউ নির্দিষ্ট মাপকাঠিতে ভাল স্কোর করার জন্য সুর করা যেতে পারে তবে দৈনন্দিন অ্যালগরিদমগুলিতে এর সামগ্রিক প্রয়োগযোগ্যতা সীমিত হতে পারে যদি না অ্যাপ্লিকেশনটিকে সুর করার জন্য উল্লেখযোগ্য প্রচেষ্টা ব্যয় করা হয়। যাইহোক, জিপিইউগুলি স্থান অর্জন করছে এবং 2012 সালে জাগুয়ার সুপার কম্পিউটারটি জিপিইউ দিয়ে সিপিইউ প্রতিস্থাপন করে টাইটান রূপান্তরিত হয়েছিল। একটি সুপারকম্পিউটারে স্বাধীন প্রসেসরের সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে তারা যেভাবে ফাইল সিস্টেমে ডেটা অ্যাক্সেস করে এবং কীভাবে তারা গৌণ স্টোরেজ সংস্থানগুলি ভাগ করে নেয় এবং অ্যাক্সেস করে তা বিশিষ্ট হয়ে ওঠে। বছরের পর বছর ধরে বিতরণকৃত ফাইল ব্যবস্থাপনার জন্য বেশ কয়েকটি সিস্টেম তৈরি করা হয়েছে, যেমন, আইবিএম জেনারেল প্যারালাল ফাইল সিস্টেম, বিইজিএফএস, প্যারালাল ভার্চ্যুয়াল ফাইল সিস্টেম, হ্যাডুপ ইত্যাদি। শীর্ষ 100 তালিকার বেশ কয়েকটি সুপারকম্পিউটার যেমন তিয়ানহে-আই লিনাক্সের লাস্টার ফাইল সিস্টেম ব্যবহার করে। কয়েকটি প্রসেসর সহ প্রাথমিক সিস্টেম সিডিসি 6600 সিরিজের কম্পিউটারগুলি সুপারকম্পিউটিংয়ের খুব প্রাথমিক প্রচেষ্টা ছিল এবং প্রকৃত তথ্য প্রক্রিয়াকরণের জন্য সিপিইউ (সেন্ট্রাল প্রসেসিং ইউনিট) কে মুক্ত করে পেরিফেরাল ডিভাইসে কাজ সরিয়ে দিয়ে বিদ্যমান সিস্টেমগুলির তুলনায় তাদের সুবিধা অর্জন করেছিল। মিনেসোটা ফোরট্রান সংকলকের সাহায্যে 6600 স্ট্যান্ডার্ড গাণিতিক ক্রিয়াকলাপে 500 কিলোফ্লপ বজায় রাখতে পারে। অন্যান্য প্রাথমিক সুপার কম্পিউটার যেমন ক্রে 1 এবং ক্রে 2 যা পরে আবির্ভূত হয়েছিল তাতে অল্প সংখ্যক দ্রুত প্রসেসর ব্যবহার করা হয়েছিল যা সামঞ্জস্যের সাথে কাজ করেছিল এবং সেই সময়ে পরিচালিত হতে পারে এমন সর্বাধিক পরিমাণে ভাগ করা মেমরির সাথে অভিন্নভাবে সংযুক্ত ছিল। এই প্রাথমিক স্থাপত্যগুলি প্রসেসর স্তরে সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ প্রবর্তন করেছিল, ভেক্টর প্রক্রিয়াকরণের মতো উদ্ভাবনের সাথে, যেখানে প্রসেসর ধারাবাহিক চক্রের জন্য অপেক্ষা করার পরিবর্তে একটি ঘড়ি চক্রের সময় বেশ কয়েকটি ক্রিয়াকলাপ সম্পাদন করতে পারে। সময়ের সাথে সাথে প্রসেসরের সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে বিভিন্ন স্থাপত্য সংক্রান্ত সমস্যা দেখা দেয়। প্রসেসরের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে দুটি সমস্যা সমাধান করা দরকার তা হল মেমরি বিতরণ এবং প্রক্রিয়াকরণ। ডিস্ট্রিবিউটেড মেমোরি পদ্ধতিতে, প্রতিটি প্রসেসর শারীরিকভাবে কিছু স্থানীয় মেমরির সাথে ঘনিষ্ঠভাবে প্যাকেজ করা হয়। অন্যান্য প্রসেসরের সাথে যুক্ত মেমোরি তখন অ-অভিন্ন মেমরি অ্যাক্সেসে ব্যান্ডউইথ এবং লেটেন্সি পরামিতিগুলির উপর ভিত্তি করে "আরও দূরে" থাকে। 1960-এর দশকে পাইপলাইনিংকে একটি উদ্ভাবন হিসাবে দেখা হয়েছিল এবং 1970-এর দশকে ভেক্টর প্রসেসরের ব্যবহার সুপ্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। 1980-এর দশকে অনেক সুপারকম্পিউটার সমান্তরাল ভেক্টর প্রসেসর ব্যবহার করত। প্রাথমিক সিস্টেমে তুলনামূলকভাবে কম সংখ্যক প্রসেসর, তাদের সহজেই একটি ভাগ করা মেমরি আর্কিটেকচার ব্যবহার করার অনুমতি দেয়, যা প্রসেসরদের মেমরির একটি সাধারণ পুল অ্যাক্সেস করার অনুমতি দেয়। প্রাথমিক দিনগুলিতে একটি সাধারণ পদ্ধতি ছিল ইউনিফর্ম মেমরি অ্যাক্সেস (ইউএমএ) ব্যবহার, যেখানে প্রসেসরের মধ্যে একটি মেমরি অবস্থানে অ্যাক্সেসের সময় একই ছিল। নন-ইউনিফর্ম মেমোরি অ্যাক্সেস (এন. ইউ. এম. এ) ব্যবহার একটি প্রসেসরকে অন্যান্য মেমরি অবস্থানের তুলনায় দ্রুত তার নিজস্ব স্থানীয় মেমরি অ্যাক্সেস করার অনুমতি দেয়, যখন ক্যাশে-অনলি মেমরি আর্কিটেকচার (সি. ও. এম. এ) প্রতিটি প্রসেসরের স্থানীয় মেমরি ক্যাশে হিসাবে ব্যবহার করার অনুমতি দেয়, এইভাবে মেমরির মান পরিবর্তনের সাথে সাথে সমন্বয়ের প্রয়োজন হয়। প্রসেসরের সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে দক্ষ আন্তঃপ্রসেসর যোগাযোগ এবং একটি সুপার কম্পিউটারে সিঙ্ক্রোনাইজেশন একটি চ্যালেঞ্জ হয়ে ওঠে। এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য বেশ কয়েকটি পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, 1980-এর দশকের গোড়ার দিকে, ক্রে এক্স-এমপি সিস্টেমে, শেয়ার্ড রেজিস্টার ব্যবহার করা হত। এই পদ্ধতিতে, সমস্ত প্রসেসরের ভাগ করা রেজিস্টারগুলিতে অ্যাক্সেস ছিল যা ডেটা পিছনে পিছনে সরিয়ে নেয়নি তবে কেবল আন্তঃপ্রসেসর যোগাযোগ এবং সিঙ্ক্রোনাইজেশনের জন্য ব্যবহৃত হত। যাইহোক, অনেক প্রসেসরের মধ্যে প্রচুর পরিমাণে ভাগ করা মেমরি পরিচালনার সহজাত চ্যালেঞ্জের ফলে আরও বেশি বিতরণকৃত স্থাপত্যের দিকে অগ্রসর হয়। ব্যাপক কেন্দ্রীভূত সমান্তরালতা 1980-এর দশকে, কম্পিউটিং শক্তির চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে, প্রচুর সংখ্যক প্রসেসরের প্রবণতা শুরু হয়, যা বিতরণকৃত মেমরি এবং বিতরণকৃত ফাইল সিস্টেমের সাথে ব্যাপক সমান্তরাল সিস্টেমের যুগে সূচনা করে, যেহেতু ভাগ করা মেমরি আর্কিটেকচারগুলি বড় সংখ্যক প্রসেসরের স্কেল করতে পারে না। ডিস্ট্রিবিউটেড শেয়ার্ড মেমরির মতো হাইব্রিড পদ্ধতিগুলিও প্রাথমিক ব্যবস্থাগুলির পরে উপস্থিত হয়েছিল। কম্পিউটার ক্লাস্টারিং পদ্ধতিটি সহজেই উপলব্ধ বেশ কয়েকটি কম্পিউটিং নোডকে সংযুক্ত করে (যেমন। ব্যক্তিগত কম্পিউটারগুলি সার্ভার হিসাবে ব্যবহৃত হয়) একটি দ্রুত, ব্যক্তিগত স্থানীয় এলাকা নেটওয়ার্কের মাধ্যমে। কম্পিউটিং নোডগুলির ক্রিয়াকলাপগুলি "ক্লাস্টারিং মিডলওয়্যার" দ্বারা অর্কেস্ট্রেট করা হয়, একটি সফ্টওয়্যার স্তর যা নোডের উপরে বসে এবং ব্যবহারকারীদের ক্লাস্টারটিকে একটি বড় এবং একটি সমন্বিত কম্পিউটিং ইউনিট হিসাবে বিবেচনা করার অনুমতি দেয়, যেমন। একটি একক সিস্টেম ইমেজ ধারণার মাধ্যমে। কম্পিউটার ক্লাস্টারিং একটি কেন্দ্রীভূত পরিচালন পদ্ধতির উপর নির্ভর করে যা নোডগুলিকে অর্কেস্ট্রেটেড শেয়ার্ড সার্ভার হিসাবে উপলব্ধ করে। এটি পিয়ার-টু-পিয়ার বা গ্রিড কম্পিউটিংয়ের মতো অন্যান্য পদ্ধতির থেকে আলাদা যা অনেকগুলি নোড ব্যবহার করে, তবে অনেক বেশি বিতরণকৃত প্রকৃতির। একবিংশ শতাব্দীর মধ্যে, শীর্ষ 500 সংস্থার 500 দ্রুততম সুপার কম্পিউটারের অর্ধবার্ষিক তালিকায় প্রায়শই অনেকগুলি ক্লাস্টার অন্তর্ভুক্ত থাকে, যেমন। 2011 সালে বিশ্বের দ্রুততম, একটি বিতরণকৃত মেমরি, ক্লাস্টার স্থাপত্য সহ কে কম্পিউটার। যখন বিপুল সংখ্যক স্থানীয় আধা-স্বাধীন কম্পিউটিং নোড ব্যবহার করা হয় (যেমন। একটি ক্লাস্টার আর্কিটেকচারে) আন্তঃসংযোগের গতি এবং নমনীয়তা খুব গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে। আধুনিক সুপারকম্পিউটারগুলি এই সমস্যা সমাধানের জন্য বিভিন্ন পন্থা অবলম্বন করেছে, যেমন। তিয়ানহে-1 ইনফিনিব্যান্ড কিউডিআর-এর উপর ভিত্তি করে একটি মালিকানাধীন উচ্চ-গতির নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে, যা ফিটেং-1000 সিপিইউ দিয়ে উন্নত। অন্যদিকে, ব্লু জিন/এল সিস্টেম বিশ্বব্যাপী যোগাযোগের জন্য সহায়ক নেটওয়ার্কের সাথে একটি ত্রিমাত্রিক টরাস আন্তঃসংযোগ ব্যবহার করে। এই পদ্ধতিতে প্রতিটি নোড তার ছয়টি নিকটতম প্রতিবেশীদের সাথে সংযুক্ত থাকে। ক্রে টি3ই-ও একই ধরনের টরাস ব্যবহার করেছিল। বিশাল কেন্দ্রীভূত সিস্টেমগুলি কখনও কখনও একটি নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য ডিজাইন করা বিশেষ-উদ্দেশ্য প্রসেসর ব্যবহার করে এবং সাধারণতা ত্যাগ করে কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য ফিল্ড-প্রোগ্রামেবল গেট অ্যারে (এফ. পি. জি. এ) চিপ ব্যবহার করতে পারে। বিশেষ উদ্দেশ্যের সুপারকম্পিউটারের উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে দাবা খেলার জন্য বেল, ডিপ ব্লু এবং হাইড্রা, জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞানের জন্য মাধ্যাকর্ষণ পাইপ, প্রোটিন কাঠামো গণনার জন্য এম. ডি. জি. আর. এ. পি. ই-3, আণবিক গতিবিদ্যা এবং ডি. ই. এস সাইফার ভাঙার জন্য ডিপ ক্র্যাক। ব্যাপকভাবে বিতরণকৃত সমান্তরালতা গ্রিড কম্পিউটিং বিতরণকৃত, বিভিন্ন প্রশাসনিক ক্ষেত্রে বিপুল সংখ্যক কম্পিউটার ব্যবহার করে। এটি একটি সুবিধাবাদী পদ্ধতি যা যখনই সম্পদ পাওয়া যায় তখনই তা ব্যবহার করে। একটি উদাহরণ হল বি. ও. আই. এন. সি একটি স্বেচ্ছাসেবক-ভিত্তিক, সুবিধাবাদী গ্রিড ব্যবস্থা। কিছু বি. ও. আই. এন. সি অ্যাপ্লিকেশন ইন্টারনেটে সংযুক্ত প্রায় অর্ধ মিলিয়ন কম্পিউটার ব্যবহার করে মাল্টি-পেটাফ্লপ স্তরে পৌঁছেছে, যখনই স্বেচ্ছাসেবক সংস্থানগুলি উপলব্ধ হয়। যাইহোক, এই ধরনের ফলাফল প্রায়শই শীর্ষ 500 রেটিংয়ে প্রদর্শিত হয় না কারণ তারা সাধারণ উদ্দেশ্যের লিনপ্যাক বেঞ্চমার্ক চালায় না। যদিও গ্রিড কম্পিউটিং সমান্তরাল কাজ সম্পাদনে সাফল্য পেয়েছে, তবুও আবহাওয়া সিমুলেশন বা গণনামূলক তরল গতিবিদ্যার মতো সুপার কম্পিউটার অ্যাপ্লিকেশনগুলির চাহিদা নাগালের বাইরে রয়ে গেছে, আংশিকভাবে বিপুল সংখ্যক কাজের নির্ভরযোগ্য উপ-বরাদ্দকরণের বাধা এবং নির্ভরযোগ্য প্রাপ্যতার কারণে একটি নির্দিষ্ট সময়ে সম্পদ। আধা-সম্ভাবনাময় সুপারকম্পিউটিং-এ বিপুল সংখ্যক ভৌগোলিকভাবে ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকা কম্পিউটার অন্তর্নির্মিত সুরক্ষার সাথে অর্কেস্ট্রেট করা হয়। আধা-সম্ভাবনাময় পদ্ধতিটি বি. ও. আই. এন. সি-এর মতো অত্যন্ত বিতরণকৃত সিস্টেমে স্বেচ্ছাসেবক কম্পিউটিং বা গ্লোবাসের মতো সিস্টেমে সাধারণ গ্রিড কম্পিউটিংয়ের বাইরে চলে যায় যাতে মিডলওয়্যারটি অনেক কম্পিউটিং ক্লাস্টারে প্রায় নির্বিঘ্ন অ্যাক্সেস সরবরাহ করতে পারে যাতে ফোরট্রান বা সি-এর মতো ভাষায় বিদ্যমান প্রোগ্রামগুলি একাধিক কম্পিউটিং সংস্থানের মধ্যে বিতরণ করা যায়। আধা-সুযোগসন্ধানী সুপারকম্পিউটিংয়ের লক্ষ্য হল সুবিধাবাদী সম্পদ ভাগ করে নেওয়ার চেয়ে উচ্চতর মানের পরিষেবা প্রদান করা। আধা-সুযোগসন্ধানী দৃষ্টিভঙ্গি গ্রিড-ভিত্তিক সম্পদ বরাদ্দ চুক্তি স্থাপন করে কম্পিউটার গ্রিডের মধ্যে চাহিদাপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশনগুলি কার্যকর করতে সক্ষম করে; এবং ত্রুটি সহনশীল বার্তাটি অন্তর্নিহিত সংস্থানগুলির ব্যর্থতার বিরুদ্ধে বিমূর্তভাবে রক্ষা করে, এইভাবে কিছু সুবিধাবাদ বজায় রাখে, এবং উচ্চতর স্তরের নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়। একবিংশ শতাব্দীর স্থাপত্যের প্রবণতা বায়ু-শীতল আইবিএম ব্লু জিন সুপার কম্পিউটার স্থাপত্য কম বিদ্যুৎ ব্যবহারের জন্য প্রসেসরের গতি বাণিজ্য করে যাতে সাধারণ শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা ব্যবহার করে ঘরের তাপমাত্রায় আরও বেশি সংখ্যক প্রসেসর ব্যবহার করা যায়। দ্বিতীয় প্রজন্মের ব্লু জিন/পি সিস্টেমে ইন্টিগ্রেটেড নোড-টু-নোড কমিউনিকেশন লজিক সহ প্রসেসর রয়েছে। এটি শক্তি-দক্ষ, যা 371 এম. এফ. এল. ও. পি. এস/ডব্লিউ অর্জন করে। কে কম্পিউটার একটি জল-শীতল, সমজাতীয় প্রসেসর, একটি ক্লাস্টার স্থাপত্য সহ বিতরণকৃত মেমরি সিস্টেম। এটি 80,000 এরও বেশি SPARC64 VIIIfx প্রসেসর ব্যবহার করে, যার প্রতিটিতে আটটি কোর রয়েছে, মোট 700,000 কোরের জন্য-যা অন্য যে কোনও সিস্টেমের তুলনায় প্রায় দ্বিগুণ। এটিতে 800 টিরও বেশি ক্যাবিনেট রয়েছে, যার প্রতিটিতে 96 টি কম্পিউটিং নোড (প্রতিটি 16 গিগাবাইট মেমরি সহ) এবং 6 টি আই/ও নোড রয়েছে। যদিও এটি শীর্ষ 500 তালিকার পরবর্তী পাঁচটি সিস্টেমের তুলনায় আরও শক্তিশালী, 824.56 MFLOPS/W-এ এটির বর্তমান প্রধান সুপার কম্পিউটার সিস্টেমের তুলনায় সর্বনিম্ন পাওয়ার টু পারফরম্যান্স অনুপাত রয়েছে। কে কম্পিউটারের জন্য ফলো-আপ সিস্টেম, যাকে প্রাইমইএইচপিসি এফএক্স10 বলা হয়, একই ছয়-মাত্রিক টরাস আন্তঃসংযোগ ব্যবহার করে, তবে এখনও প্রতি নোডে শুধুমাত্র একটি প্রসেসর ব্যবহার করে। কে কম্পিউটারের বিপরীতে, তিয়ানহে-1এ সিস্টেম একটি হাইব্রিড স্থাপত্য ব্যবহার করে এবং সিপিইউ এবং জিপিইউগুলিকে সংহত করে। এটি প্রায় 3,500 ব্লেডে 14,000-এরও বেশি জিওন জেনারেল-পারপাস প্রসেসর এবং 7,000-এরও বেশি এনভিডিয়া টেসলা জেনারেল-পারপাস গ্রাফিক্স প্রসেসিং ইউনিট (জিপিজিপিইউ) ব্যবহার করে। এটিতে 112টি কম্পিউটার ক্যাবিনেট এবং 262 টেরাবাইট ডিস্ট্রিবিউটেড মেমরি রয়েছে; 2 পেটাবাইট ডিস্ক স্টোরেজ লাস্টার ক্লাস্টার ফাইলের মাধ্যমে প্রয়োগ করা হয়। তিয়ানহে-1 প্রসেসরগুলিকে সংযুক্ত করতে একটি মালিকানাধীন উচ্চ-গতির যোগাযোগ নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে। মালিকানাধীন আন্তঃসংযোগ নেটওয়ার্কটি ইনফিনিব্যান্ড কিউডিআর-এর উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়েছিল, যা চীনা তৈরি ফিটেং-1000 সিপিইউ দিয়ে উন্নত করা হয়েছিল। আন্তঃসংযোগের ক্ষেত্রে সিস্টেমটি ইনফিনিব্যান্ডের তুলনায় দ্বিগুণ দ্রুত, তবে অন্যান্য সুপারকম্পিউটারের কিছু আন্তঃসংযোগের তুলনায় ধীর। নির্দিষ্ট পদ্ধতির সীমা পরীক্ষা করা অব্যাহত রয়েছে, কারণ বড় আকারের পরীক্ষার মাধ্যমে সীমানা পৌঁছেছে, উদাহরণস্বরূপ, 2011 সালে আইবিএম ইলিনয় বিশ্ববিদ্যালয়ের ব্লু ওয়াটার্স পেটাফ্লপস প্রকল্পে তার অংশগ্রহণ শেষ করে। ব্লু ওয়াটার্স স্থাপত্যটি আইবিএম পাওয়ার 7 প্রসেসরের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়েছিল এবং এর উদ্দেশ্য ছিল "বিশ্বব্যাপী অ্যাড্রেসেবল মেমরি" এবং 10 পেটাবাইট ডিস্ক স্পেস সহ 200,000 কোর। একটি টেকসই পেটাফ্লপের লক্ষ্য নকশা পছন্দগুলির দিকে পরিচালিত করে যা একক-কোর পারফরম্যান্সকে অনুকূল করে তোলে এবং তাই কম সংখ্যক কোর। কম সংখ্যক কোর তখন এমন প্রোগ্রামগুলির কার্যকারিতায় সহায়তা করবে বলে আশা করা হয়েছিল যা বিপুল সংখ্যক প্রসেসরের কাছে ভালভাবে পরিমাপ করা হয়নি। বিশ্বব্যাপী বড় অ্যাড্রেসেবল মেমরি আর্কিটেকচারের লক্ষ্য ছিল একই ধরনের প্রোগ্রামের জন্য মেমরি অ্যাড্রেসের সমস্যাগুলি দক্ষ পদ্ধতিতে সমাধান করা। ব্লু ওয়াটার্স কমপক্ষে একটি পেটাফ্লপের টেকসই গতিতে চলবে বলে আশা করা হয়েছিল এবং তাপ পরিচালনার জন্য নির্দিষ্ট জল-শীতলকরণ পদ্ধতির উপর নির্ভর করেছিল। পরিচালনার প্রথম চার বছরে, ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এই প্রকল্পে প্রায় 20 কোটি ডলার ব্যয় করেছে। আইবিএম শীঘ্রই সেই প্রকল্পের প্রযুক্তি থেকে প্রাপ্ত পাওয়ার 775 কম্পিউটিং নোড প্রকাশ করে, কিন্তু কার্যকরীভাবে ব্লু ওয়াটার্স পদ্ধতির পরিত্যাগ করে। স্থাপত্য সংক্রান্ত পরীক্ষা-নিরীক্ষা বিভিন্ন দিকে অব্যাহত রয়েছে, যেমন। সাইক্লপস64 সিস্টেমটি একটি "সুপার কম্পিউটার অন এ চিপ" পদ্ধতি ব্যবহার করে, যা ব্যাপকভাবে বিতরণকৃত প্রসেসরের ব্যবহার থেকে দূরে। প্রতিটি 64-বিট সাইক্লপস64 চিপে 80টি প্রসেসর রয়েছে এবং পুরো সিস্টেমটি বিশ্বব্যাপী অ্যাড্রেসেবল মেমরি আর্কিটেকচার ব্যবহার করে। প্রসেসরগুলি অ-অভ্যন্তরীণভাবে ব্লকিং ক্রসবার সুইচ-এর সাথে সংযুক্ত থাকে এবং গ্লোবাল ইন্টারলিভড মেমরির মাধ্যমে একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে। আর্কিটেকচারে কোনও ডেটা ক্যাশে নেই, তবে প্রতিটি এসআরএএম ব্যাঙ্কের অর্ধেক স্ক্র্যাচপ্যাড মেমরি হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। যদিও এই ধরনের স্থাপত্য একটি গতিশীলভাবে অ-সংলগ্ন মেমরি সিস্টেমে কাঠামোগত সমান্তরালতার অনুমতি দেয়, এটি একটি বহু-কোর সিস্টেমে সমান্তরাল অ্যালগরিদমের দক্ষ ম্যাপিংয়ের ক্ষেত্রেও চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। আরও দেখুন চীনে সুপার কম্পিউটার অপারেটিং সিস্টেম সুপারকম্পিউটিং ইউরোপে সুপারকম্পিউটিং ভারতে সুপারকম্পিউটিংয়ের ইতিহাস জাপানে সুপারকম্পিউটিং রেফারেন্স সমবর্তী কম্পিউটিং ডিস্ট্রিবিউটেড কম্পিউটিং আর্কিটেকচার সুপারকম্পিউটার