Der legendäre Pentium-Bug: Ein Blick auf den historischen CPU-Fehler
Die Entstehung des FDIV-Bugs und seine technische Analyse
Im Jahr 1994 sorgte der Pentium-FDIV-Bug für Schlagzeilen, als ein Fehler in der Gleitkomma-Recheneinheit des ersten Intel Pentium-Prozessors zu einer Rückrufaktion führte. Ken Shirriff, ein Experte für Hardware-Geschichte und Reverse-Engineering, hat kürzlich eine betroffene CPU genauer untersucht und die Ursache des Fehlers identifiziert.
Die Technik hinter dem FDIV-Bug
Der Pentium-FDIV-Bug, der 1994 für Schlagzeilen sorgte, war das Ergebnis eines Fehlers in der Gleitkomma-Recheneinheit des ersten Intel Pentium-Prozessors. Dieser Fehler führte zu einer Rückrufaktion im Wert von 475 Millionen Dollar. Ken Shirriff, ein Experte für Hardware-Geschichte, hat kürzlich eine betroffene CPU genauer untersucht und die Ursache des Fehlers identifiziert. Der Bug entstand durch Berechnungsfehler im PLA, die durch den SRT-Divisionsalgorithmus verursacht wurden. Dieser Algorithmus ermöglichte eine schnellere Division, indem er pro Taktzyklus zwei Bits anstelle eines Bits wie beim Vorgängerprozessor verwendete. Trotz seiner Effizienz wies der Algorithmus einen schwerwiegenden Fehler auf, der zu falschen Divisionsergebnissen führte.
Die Herstellung der betroffenen Chips
Die betroffenen Chips mit P5-Mikroarchitektur wurden im 800-nm-Verfahren hergestellt und bestehen aus 3,1 Millionen Transistoren. Im Vergleich zu heutigen CPUs mit Milliarden von Schaltungen sind die Transistorgitter dieser Chips gut per Mikroskop sichtbar. Ken Shirriff konnte durch seine Untersuchungen die fehlerhaften Transistoren identifizieren, die den FDIV-Bug verursachten. Die Chips enthielten eine 2.048-Zellen-Tabelle auf dem Chip, die die Werte für die Division speicherte. Durch das Fehlen entscheidender Transistoren in fünf Einträgen dieser Tabelle kam es zu den falschen Divisionsergebnissen.
Der SRT-Divisionsalgorithmus und seine Auswirkungen
Der SRT-Divisionsalgorithmus war entscheidend für die Entstehung des Pentium-FDIV-Bugs. Er ermöglichte eine schnellere Division, indem er pro Taktzyklus zwei Bits verwendete. Diese Effizienzsteigerung war bahnbrechend, führte jedoch aufgrund eines schwerwiegenden Fehlers zu falschen Ergebnissen. Die 2.048-Zellen-Tabelle auf dem Chip, die die Division steuerte, wies in fünf Einträgen fehlende Transistoren auf, die die Ursache für den Bug waren. Intel musste später alle ungenutzten Einträge mit dem Wert "2" auffüllen, um das Problem zu beheben.
Die Entdeckung und Behebung des Fehlers
Die Entdeckung des Pentium-FDIV-Bugs erfolgte durch den Professor Thomas Nicely, der den Fehler durch Berechnungsfehler im PLA identifizierte. Intel reagierte zunächst zögerlich auf die Meldung, musste aber letztendlich eine Rückrufaktion starten. Ken Shirriff und andere Experten analysierten den Bug eingehend und konnten die fehlerhaften Transistoren auf dem Chip lokalisieren. Intel löste das Problem, indem alle leeren Einträge in der Tabelle mit dem Wert "2" gefüllt wurden, was zu korrekten Divisionsergebnissen führte und Platz bei zukünftigen Revisionen des Pentium-Prozessors sparte.
Die langfristigen Folgen und Verbesserungen
Der Pentium-FDIV-Bug hatte langfristige Auswirkungen auf die Prozessorindustrie und führte zu einer verstärkten Überprüfung von Hardwarefehlern. Intel verbesserte seine Testverfahren und implementierte strengere Qualitätskontrollen, um ähnliche Fehler in Zukunft zu vermeiden. Der Vorfall verdeutlichte die Notwendigkeit einer gründlichen Fehleranalyse und -behebung in der Halbleiterbranche, um die Zuverlässigkeit und Leistung von Prozessoren zu gewährleisten.
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