miniatura|Unitat de control de l'ILLIAC IV LILLIAC IV és un ordinador, considerat el primer en aplicar el còmput paral·lel massiu. El sistema es va dissenyar inicialment amb 256 unitats de coma flotant (FPU) i quatre Unitats Centrals de Processament (CPU) capaces de processar mil milions d'operacions per segon (1 GFLOP). Degut a problemes de pressupost, només van ser desenvolupats un únic "quadrant" amb 64 FPU i una sola CPU. En terminologia moderna, el disseny es consideraria de Single Instruction, Multiple Data, o SIMD, ja que totes les FPU havien de processar la mateixa instrucció en un moment donat - ADD, SUB etc.
A Daniel Slotnick se li va acudir el concepte de construir un ordinador utilitzant una matriu de processadors mentre treballava com a programador de la màquina IAS durant el 1952. El disseny formal no va iniciar-se fins al 1960, quan Slotnick estava treballant a Westinghouse Electric i va aconseguir finançament per a desenvolupar-lo sota un contracte de les Forces Aèries dels Estats Units d'Amèrica. Quan es va acabar el finançament, l'any 1964, Slotnick se'n va anar a la Universitat d'Illinois i es va unir a l'equip Illinois Automatic Computer (ILLIAC). Amb finançament de l'ARPA, van iniciar el disseny d'un concepte més nou amb 256 processadors de 64 bits en comptes d'una sola màquina amb 1024 processadors de 1 bit.
Tot i que la màquina estava sent construïda a Burroughs Corporation, la universitat va començar a construir una instal·lació per a allotjar-la. La tensió política va fer que tant l'ARPA com la universitat temessin per la seguretat de la màquina. Quan el primer quadrant de 64 processadors es va completar l'any 1972, va ser enviat a l'Ames Research Center de la NASA a California. Al cap de tres anys de profundes modificacions per a arreglar diverses fallades, l'ILLIAC IV es va connectar a l'ARPANET per a ús distribuït al novembre del 1975, convertint-se en el primer supercomputador disponible a la xarxa, superant al Cray-1 per gairebé 12 mesos.
Funcionant a la meitat de la seva velocitat de disseny, l'ILLIAC IV d'un únic quadrant tenia un rendiment pic de 50 MFLOPS, convertint-lo en l'ordinador més ràpid del món en el seu temps. També acreditat com el primer gran computador que feia servir memòria d'estat sòlid, a més de ser el computador més complex dels seus temps, amb més d'un milió de portes. Generalment considerat com un fracàs degut a grans sobrecostos pressupostaris, el disseny va ser instrumental en el desenvolupament de noves tècniques i sistemes per a sistemes de programació paral·lela. Als anys 80, múltiples màquines basades en conceptes de l'ILLIAC IV es van entregar amb èxit.
Història Orígens El juny del 1952, Daniel Slotnick va començar a treballar amb la màquina IAS a l'Institute for Advanced Study (IAS) a la Universitat de Princeton. La màquina IAS tenia una unitat matemàtica paral·lela a nivell de bit que operava amb paraules de 40 bits. Equipada originalment amb memòria de Williams Tube, més endavant es va afegir un tambor magnètic d'Engineering Research Associates. Aquest tambor constava de 80 pistes, perquè es poguessin llegir dues paraules cada cop, i cada pista guardava 1024 bits.
Mentre comtemplava el mecanisme del tambor, Slotnick va començar a preguntar-se si aquesta era la forma correcta de construir un computador. Si els bits d'una paraula eren escrits en sèrie a una única pista, en comptes de fer-ho a través de les 40 pistes, les dades es podrien transferir al computador directament des del tambor bit a bit. El tambor encara tindria múltiples pistes i caps, però en comptes de agafar una paraula i transferir-la a una única ALU, en aquest concepte les dades de cada pista es llegirien bit a bit i s'enviarien a ALUs paral·leles, Per tant, seria un computador paral·lel a nivell de paraula i serial a nivell de bits.
Slotnick va proposar la idea a l'IAS, però John von Neumann la va denegar, ja que requeria "massa tubs". Slotnick va deixar l'IAS el febrer del 1954 per a acabar el seu doctorat i el tema va ser oblidat.
SOLOMON Després de completar el seu doctorat i algun treball postdoctorat, Slotnick va acabar a IBM. En aquell temps, almenys per la computació científica, tubs i tambors van ser substituïts per transistors i memòria magnètica. La idea de processadors paral·lels treballant sobre diferents fluxos de dades d'un tambor havia perdut el seu atractiu obvi. Així i tot, la investigació va mostrar que les màquines paral·leles encara podien oferir un gran rendiment en algunes aplicacions. Slotnick i un col·lega seu, John Cocke, van escriure un paper sobre el tema l'any 1958.
Després d'un curt període a IBM, i després un altre a Aeronca Aircraft, Slotnick va acabar a la divisió aèria de Westinghouse, que treballava en radars i sistemes similars. Sota un contracte de les forces aèries dels Estats Units, Slotnick va poder formar un equip per a dissenyar un sistema amb 1024 ALUs en sèrie a nivell de bit, coneguts com a "Elements de processament" o PE. Aquest disseny es va anomenar SOLOMON, del Rei Salomó, que era molt savi i tenia 1000 esposes.
Els PE rebien instruccions d'un únic processador mestre, la unitat de control, o CU. La CU del SOLOMON llegia instruccions d'una memòria, les descodificava i les enviava als PE perquè les processessin. Cada PE tenia la seva pròpia memòria per a emmagatzemar operands i resultats, el mòdul de memòria de PE, o PEM. La CU podia accedir la memòria completament utilitzant un bus de memòria dedicat, mentre que les PE només podien accedir al seu propi mòdul de memòria. Per a transferir resultats com a entrades d'altres PE, cada PE estava connectada amb els seus 8 veïns més propers gràcies a una xarxa d'interconnexió dedicada.
Es van construir múltiples sistemes de proves, incloent-hi un sistema de 3 per 3 PE i un model 10 per 10 amb PE simplificades. Durant aquest període, es va considerar dissenys de PE més complexos, convertint-se en un sistema paral·lel de 24 bits que s'organitzaria amb un patró 256 per 32. Es va construir un únic PE amb aquest disseny l'any 1963. Mentre el treball de disseny continuava, el principal patrocinador del Departament de Defensa dels Estats Units va morir en un accident, fent que perdessin el finançament.
Amb la intenció de continuar el desenvolupament, Slotnick va parlar amb Livermore, que en aquells temps liderava la compra de supercomputadors. Estaven molt interessats en el disseny, però van convèncer a Slotnick perquè millorés el disseny actual, substituint les unitats de punt fix per unitats de Coma flotant vertaderes, cosa que va fer que sorgís el disseny SOLOMON 2.
Livermore no va finançar el desenvolupament, en canvi, va oferir un contracte en què llogarien la màquina un cop completada. La gestió de Westinghouse ho va considerar massa arriscat, i va dissoldre l'equip. Slotnick va deixar Westinghouse per a trobar capital de risc per a continuar el projecte, però no ho va aconseguir. Livermore va seleccionar el CDC STAR-100 per aquest rol, ja que CDC estava disposada a pagar els costos de desenvolupament.
ILLIAC IV Quan SOLOMON es va acabar, Slotnick va unir-se a l'equip de disseny Illinois Automatic Computer (ILLIAC) a la Universitat d'Illinois. Illinois feia temps que dissenyava i construint grans computadors per al Departament de Defensa dels Estats Units i l'ARPA des del 1949. El 1964, la universitat va signar un contracte amb l'ARPA per a finançar el projecte, més endavant conegut com a ILLIAC IV, ja que era el quart computador dissenyat i construït per la universitat. El desenvolupament va començar el 1965, i el primer disseny es va completar el 1966.
En contrast amb el concepte serial a nivell de bit del SOLOMON, les PE de l'ILLIAC IV es van millorar per a ser processadors de 64 bits paral·lels a nivell de bit, utilitzant 12000 portes i 2048 paraules de memòria Thin Film. Els PE tenien 5 registres de 64 bits, cada un amb un propòsit especial. Un d'aquests, RGR, es feia servir per a comunicar dades als PE veïns, movent-se un "hop" per cicle de rellotge. Un altre registre, RGD, indicava si el PE estava actiu en un moment determinat o no. Els PE inactius no podien accedir a memòria, però podien passar resultats a altres PE utilitzant el RGR. Els PE van ser dissenyats per a treballar com una única FPU de 64 bits, dues FPUs de mitja precisió de 32 bits o bé vuit processadors de coma fixa de 8 bits.
En comptes de tenir 1024 PE i una única CU, el nou disseny tenia un total de 256 PE organitzades en 4 quadrants de 64 PE, cada un amb la seva pròpia CU. Les CU també eren dissenys de 64 bits, amb 64 registres de 64 bits i 4 acumuladors de 64 bits. El sistema podia funcionar com 4 màquines de 64 PE separades, dues màquines de 128 PE, o bé una única màquina de 256 PE. Això permetia al sistema treballar en diferents problemes quan les dades eren massa petites per a utilitzat el sistema sencer de 256 PE.
Basant-se en un rellotge de 25 Mhz, amb tots els 256 PE executant-se en un únic programa, la màquina estava dissenyada per a processar mil milions d'operacions de coma flotat per segon, o en la terminologia modera, 1 GFLOPS. Això feia que fos molt més ràpida que qualsevol altra màquina del món, la màquina contemporània CDC 7600, tenia un cicle de rellotge de 27,5 ns, o 36 MIPS, to i que de forma general oferia un rendiment més proper a 10 MIPS.
Per a soportar la màquina, es va construir una extensió de l'edifici de Digital Computer Laboratory. El treball a la universitat se centrava en formes d'omplir els PE de dades de forma eficient, així fent la primera prova d'estrès en el desenvolupament de computadors. Perquè això fos possible, es van crear diversos llenguatges de computació; IVTRAN i TRANQUIL eren versions paral·leles de FORTRAN, i Glypnir era una conversió similar de ALGOL. Generalment, aquests llenguatges afegien suport per a carregar "arrays" de dades a través dels PE perquè s'executessin en paral·lel, i algun fins i tot suportaven la conversió de bucles en operacions d'array.
Construcció, problemes A principis del 1966, una Petició de propostes va ser enviada per part de la universitat buscant empreses interessades en construir el disseny. Disset respostes es van rebre el juny, set van respondre, i d'aquestes, tres van ser seleccionades. Diverses respostes, incloent-hi Control Data, van intentar convèncer-los de dissenyar un processador vectorial, però com que aquests ja s'estaven dissenyant, l'equip no estava interessat en construir-ne un altre. L'agost de 1966, contractes de vuit mesos van ser oferits a RCA, Burroughs i Univac per a subhastar la construcció de la màquina.
Finalment, Burroughs Corporation va guanyar el contracte, en conjunció amb Texas Instruments (TI). Ambdós oferien avenços tècnics que convertien la seva oferta en la més atractiva. Burroughs oferia construir una nova i molt més ràpida versió de la memòria Thin Film, mentre que TI oferia construir circuits integrats (IC) amb 20 portes lògiques cadascun, amb connectors de 64 bits. Coneguda posteriorment com a integració d'escala mitjana, durant el seu temps, això era considerat tecnologia punta, ja que la majoria d'IC d'aquell temps tenien entre 4 i 7 portes en un paquet de 16 pins. Fer servir aquests IC feia el sistema molt més petit. Durant aquell temps, s'estimava que s'entregarien als inicis del 1970.
Burroughs també aportava discs durs especialitzats, que tenien un cap estacionari separat per a cada pista i podia oferir velocitats de fins a 500 Megabits per segon i emmagatzemaven uns 80 MB per cada disc de 36 polzades. També van aportar un "mainframe" Burroughs B6500 perquè funcionés com a controlador de front-end. Connectat a aquest hi havia un mitjà de gravació òptica, un sistema d'escriptura única que emmagatzemava fins a 1 Terabit. La construcció del nou disseny va començar al laboratori de Burroughs a Great Valley.