Intels Pentium-Bug: 30 Jahre alter CPU-Fehler unter dem Mikroskop

Ein Fehler in der Gleitkomma-Recheneinheit (FPU) des ersten Pentium-Prozessors von Intel sorgte Ende 1994 für großen Wirbel in der IT-Welt und ging als "FDIV-Bug" in die Geschichte ein, der seinerzeit zu einer Rückrufaktion im Wert von 475 Millionen Dollar führte. Der auf Hardware-Geschichte und Reverse-Engineering spezialisierte Tech-Blogger Ken Shirriff hat eine betroffene CPU kürzlich per Mikroskop näher unter die Lupe genommen und genau jene Transistoren ausfindig gemacht, die für die fehlerhafte Division bei den Prozessoren verantwortlich sind.

Die Chips mit P5-Mikroarchitektur wurden im 800-nm-Verfahren hergestellt und bestehen aus 3,1 Millionen Transistoren. Dabei sind die Transistorgitter im Vergleich zu heutigen CPUs mit Milliarden von Schaltungen gut per Mikroskop sichtbar und so können auch die Operationen der Blöcke auf dem Chip identifiziert werden. In einem Beitrag von Shirrif im sozialen Netzwerk Mastodon gibt es eine Aufnahme des Chips auf Basis einer zusammengesetzten Mikroskopfotografie.

Pentium-Bug: Intels FPU-Fehler

Wie Tom's Hardware Bezug nehmend berichtet, kam der durch den Professor Thomas Nicely entdeckte und von Intel zunächst heruntergespielte Bug durch Berechnungsfehler im PLA (programmable logic array) zustande. Die Gleitkommaeinheit des Pentiums arbeitete dank SRT-Divisionsalgorithmus viel schneller als andere Chips seinerzeit. Per SRT wurde die Division mit zwei Bits pro Taktzyklus berechnet, verglichen mit einem Bit pro Taktzyklus des Pentium-Vorgängers.

Damit dies funktionierte, benötigte SRT demnach eine 2.048-Zellen-Tabelle auf dem Chip, die die Werte -2, -1, 0, 1 und 2 in sehr kompakten 112 Zeilen auflistet. Die Werte werden durch das Vorhandensein oder Fehlen von Transistoren entlang der Gitterpunkte angezeigt. Das hätte an sich auch gut funktioniert, wenn es nicht einen Fehler gegeben hätte: Bei fünf Einträgen in der Tabelle fehlen die entscheidenden Transistoren, die standardmäßig auf 0 statt auf die richtige "2" gesetzt sind.

"Kluge Mathematiker haben 1995 den Pentium-Divisionsalgorithmus und die fehlenden Einträge herausgefunden, indem sie das Fehlermuster untersuchten", so Shirriff in seinem Thread bei Mastodon. "Aber ich kann es in Silizium bestätigen." Shirriffs Untersuchung fand sogar 16 fehlende Datenpunkte, 11 mehr als die ursprünglich angenommenen fünf. Intel behob das Problem später, indem es alle ungenutzten Einträge auf den Platinen mit 2en auffüllte, was eine schnelle Lösung darstellte und viel Platz bei zukünftigen Revisionen des Pentium einsparte, heißt es in dem Bericht.

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Pentium-Bug: 30 Jahre alter CPU-Fehler unter dem Mikroskop Im Jahr 1994 sorgte mit dem sogenannten Pentium-FDIV-Bug ein heute legendärer CPU-Fehler für Aufsehen. Ein Tech-Blogger hat sich diesen kürzlich näher angesehen.

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