Известный историк аппаратного обеспечения и реверс-инженер Кен Ширрифф недавно обнаружил точные транзисторы в оригинальном Intel Pentium, которые вызвали «ошибку FDIV», приведшую к отзыву продукции на сумму $475 млн в 1994 году. Как видно из его темы Mastodon, Ширрифф совершил микроскопическое погружение в PLA, в котором находится неисправная таблица деления, отследив первопричину первого крупного сбоя Intel 30 лет назад.
Изображение выше - это фотография процессорной матрицы оригинального чипа Pentium, первого процессора Intel на архитектуре P5, который помог компании стать известной. Pentium был изготовлен по 800-нм техпроцессу, а приведенный выше снимок матрицы сделан с помощью сшитой микроскопической фотографии. Плашка содержит 3,1 миллиона транзисторов, причем сетки транзисторов видны под микроскопом, а операции блоков на плашке можно идентифицировать. Сравните это с современными процессорами, которые имеют десятки миллиардов транзисторов и практически не поддаются расшифровке.
Математическая ошибка, которая привела к ошибке FDIV, была вызвана ошибками вычислений в PLA (программируемой логической матрице). Блок вычислений с плавающей запятой Pentium был намного быстрее современных чипов благодаря алгоритму деления SRT. SRT вычисляет деление со скоростью два бита за тактовый цикл, в то время как у предшественника Pentium этот показатель составлял один бит за тактовый цикл.
Для работы SRT необходимо наличие на кристалле таблицы из 2 048 ячеек, в которой значения -2, -1, 0, 1 и 2 размещаются в очень компактных 112 строках. Значения указываются наличием или отсутствием транзисторов в точках сетки. Это была бы блестящая стратегия, если бы не один недостаток: в таблице не хватает 5 транзисторов, которые по умолчанию установлены на 0, а не на правильное «2».
Неправильно обозначенные записи приводят к ошибке в вычислениях с плавающей запятой, но редкость этой ошибки в свое время вызывала споры. После обнаружения профессором Томасом Никли ошибка FDIV была названа Intel несущественной, утверждая, что она случается лишь раз в 27 000 лет. IBM заявила, что это может происходить каждые 24 дня, и приостановила продажи Pentium. Intel уступила огромному денежному давлению и отозвала все пострадавшие чипы, потеряв при этом $475 млн (подробнее об этом событии читайте в нашем посте, посвященном 30-летию компании).
«Умные математики выяснили алгоритм деления Pentium и недостающие записи в 1995 году, изучив схему ошибок», - говорит Ширрифф. «Но я могу подтвердить это на кремнии». Более того, исследование Ширриффа обнаружило 16 недостающих точек данных, на 11 больше, чем первоначально считалось, что их было пять. Эти 11 не вызывают ошибок просто «из-за везения». Позднее Intel устранила проблему, заполнив все неиспользуемые записи на платах цифрами 2 - быстрое решение, которое сработало и сэкономило кучу места в будущих версиях Pentium.
Более полное описание матрицы Pentium и ошибки можно найти в полной ветке Mastodon от Shirriff. В ближайшие дни Ширрифф обещает более глубокое исследование в своем блоге, которое может включать в себя вопрос о том, возможно ли исправить Pentium с ошибкой путем физического редактирования PLA.
Оригинал
УНикальность
