Οι εφαρμογές HPC γίνονται όλο και πιο απαιτητικές σε απόδοση και σε ενέργεια, πιέζοντας τα συστήματα στα όριά τους. Τα συστήματα HPC δεν έχουν ακόμη φτάσει σε απόδοση ex-ascale, κυρίως λόγω ενεργειακών περιορισμών, ενώ θα απαιτούνταν περίπου 100-200 MWatts για να φτάσουν την απόδοση σε επίπεδο exaflop. Μια πολλά υποσχόμενη λύση είναι η χρησιμοποίηση ενεργειακά-αποδοτικών επαναδιαμορφώσιμων πόρων, στη μορφή των FPGAs. Ωστόσο, τα σημερινά περιβάλλοντα για FPGAs είναι βελτιστοποιημένα για να επιταχύνουν μία μόνο εφαρμογή, σε μία μόνο FPGA. Σε αυτή τη διατριβή παρουσιάζουμε το UNILOGIC (Ενοποιημένη Λογική), μία πρότυπη, παράλληλη αρχιτεκτονική προσαρμοσμένη για HPC, η οποία συμπεριλαμβάνει αποδοτικά τις FPGAs. Το UNILOGIC υιοθετεί το μοντέλο PGAS στο οποίο συμπεριλαμβάνει και τους επιταχυντές υλικού. Έτσι (i) η πρόσβαση στους επιταχυντές μπορεί να γίνει απευθείας από οποιονδήποτε επεξεργαστή στο σύστημα και (ii) οι επιταχυντές μπορούν να έχουν πρόσβαση σε οποιαδήποτε θέση μνήμης στο σύστημα. Με τον τρόπο αυτό, η προτεινόμενη αρχιτεκτονική προσφέρει ένα ενοποιημένο περιβάλλον όπου όλοι οι επαναδιαμορφώσιμοι πόροι μπορούν να χρησιμοποιηθούν απρόσκοπτα από οποιοδήποτε επεξεργαστή/λειτουργικό σύστημα. H αρχιτεκτονική UNILOGIC αξιολογήθηκε σε ένα πρωτότυπο που φιλοξενεί συνολικά 64 Zynq MPSoCs και 1 Terabyte μνήμης. H αρχιτεκτονική UNILOGIC προσφέρει επιδόσεις που κυμαίνονται από 3 έως 400 φορές ταχύτερες και 46 έως 370 φορές πιο αποδοτικές ενεργειακά σε σχέση με συστήματα που χρησιμοποιούν CPUs, ενώ υπερβαίνουν τις GPU από 6 έως 20 φορές από πλευράς απαιτούμενου χρόνου επίλυσης, και από 8 έως 20 φορές από πλευράς απαιτούμενης ενέργειας για τη λύση.