30–letni błąd w procesorach Intel wykryty w krzemie. Wszystkie procesory zostały wycofane

Ken Shirriff, znany historyk sprzętu i inżynier specjalizujący się w analizie odwrotnej, po 30 latach od wybuchu słynnego skandalu odkrył dokładne tranzystory odpowiedzialne za „błąd FDIV” w oryginalnym procesorze Intel Pentium. Błąd ten, który w 1994 roku kosztował Intela aż 475 milionów dolarów, stał się jedną z najbardziej pamiętnych wpadek w historii technologii.

Precyzyjne badanie krzemu – ślad prowadzi do PLA

Shirriff przeprowadził szczegółową analizę procesora Pentium za pomocą mikroskopu, badając programmable logic array (PLA) – kluczową strukturę logiczną odpowiedzialną za obliczenia zmiennoprzecinkowe. To właśnie tam znajdowała się wadliwa tablica dzielenia, która spowodowała słynny błąd. W trakcie analizy zidentyfikował dokładne tranzystory, które nie spełniały swojego zadania.

Inżynier dotarł do fizycznej przyczyny błędów w procesorach Intel Pentium, które były jedną z pierwszych wizerunkowych i finansowych katastrof Intela.

Błąd FDIV, który dotyczył jednostki zmiennoprzecinkowej procesora, był wynikiem brakujących tranzystorów w tabeli obliczeniowej. Z 2048 komórek, które powinny zawierać wartości od -2 do 2, pięć było błędnie ustawionych na domyślną wartość 0 zamiast 2. To właśnie te brakujące wpisy powodowały rzadkie, ale znaczące błędy w obliczeniach zmiennoprzecinkowych.

Procesor Intel Pentium, wprowadzony na rynek w 1993 roku, był pierwszym układem opartym na architekturze P5. Wyprodukowany w procesie technologicznym 800 nm, zawierał 3,1 miliona tranzystorów – imponującą liczbę jak na tamte czasy. Shirriff porównał go do współczesnych procesorów, które mają dziesiątki miliardów tranzystorów i są praktycznie niemożliwe do ręcznego analizowania.

Pentium wyróżniał się jednostką zmiennoprzecinkową, która dzięki algorytmowi dzielenia SRT była znacznie szybsza niż wcześniejsze rozwiązania. SRT umożliwiało przetwarzanie dwóch bitów na cykl zegara, co stanowiło znaczący postęp technologiczny.

Błąd FDIV, choć rzadki, stał się symbolem problemów technicznych. Intel początkowo bagatelizował jego znaczenie, twierdząc, że występuje raz na 27 000 lat w typowym użytkowaniu. Jednak IBM, analizując problem, stwierdził, że w rzeczywistości błąd może pojawiać się co 24 dni, co doprowadziło do zawieszenia sprzedaży procesorów Pentium.

Pod presją klientów i mediów Intel musiał wycofać wszystkie wadliwe układy, co przyniosło straty rzędu 475 milionów dolarów.

Badania Shirriffa ujawniły, że tablica dzielenia w Pentium miała nie pięć, ale 16 brakujących tranzystorów. Z tych dodatkowych 11 wpisów błędnych, większość nie powodowała błędów tylko „z powodu szczęścia”. Intel ostatecznie poprawił problem, wypełniając wszystkie wpisy wartością 2 w przyszłych wersjach procesora, co było szybkim i skutecznym rozwiązaniem.

„Sprytni matematycy zrozumieli algorytm dzielenia Pentium już w 1995 roku, badając wzorce błędów” – wyjaśnia Shirriff. „Ale dopiero teraz udało się to potwierdzić bezpośrednio w krzemie”.