Специалист по истории электроники и обратной разработке Кен Ширрифф (Ken Shirriff) рассказал, что ему удалось обнаружить транзисторы в процессорах Intel Pentium первого поколения, которые вызвали «ошибку FDIV», обошедшуюся производителю в $475 млн в 1994 году.

Источник изображения: oldbytes.space/@kenshirriff

Ошибка FDIV (Floating Point Division) заключалась в том, что процессоры некорректно выполняли операцию деления чисел с плавающей запятой. Эксперт вооружился микроскопом и изучил ответственную за эту ошибку программируемую логическую матрицу (PLA). Процессор Intel Pentium на архитектуре P5 изготавливался по техпроцессу 800 нм — кристалл содержит 3,1 млн транзисторов, причём их расположение действительно можно изучить под микроскопом и идентифицировать блоки операций на кристалле. С современными процессорами, у которых десятки миллиардов транзисторов, это невозможно.

Блок операций с плавающей запятой на процессорах Pentium работал быстрее, чем на чипах тех времён, благодаря алгоритму деления SRT, который позволял производить деление со скоростью два бита на такт. Чтобы он функционировал корректно, на кристалле разместили таблицу из 2048 ячеек со значениями «-2», «-1», «0», «1» и «2» в 112 строках. Значения выражались наличием или отсутствием транзисторов в ячейках. Но в пяти записях таблицы отсутствовали важные транзисторы, в результате чего значения по умолчанию оказывались «0» вместо правильных «2». Из-за этого вычисления с плавающей точкой давали неверный результат.

Ошибку FDIV обнаружил профессор математики Линчбургского колледжа Томас Найсли (Thomas R. Nicely), но в Intel поначалу назвали её несущественной и заявили, что она может проявляться лишь раз в 27 тыс. лет. В IBM, однако, установили, что она может происходить каждые 24 дня и прекратили продажи процессоров Pentium. В итоге Intel отозвала все процессоры и понесла убыток в $475 млн. Примечательно, что в результате исследования Ширрифф выявил отсутствие не 5 точек данных, как предполагалось ранее, а 16, и 11 не обнаруженных ранее не вызывали ошибок «по чистому везению», отметил инженер. Intel же в итоге быстро исправила ошибку, заполнив все неиспользуемые записи на платах значениями «2», и это сработало.

В 1999 году AMD выпустила процессоры Athlon K7, которые составили серьёзную конкуренцию тогдашним чипам Intel, практически разгромив конкурента в лице Pentium III. А спустя четверть века пытливые исследователи на чипах AMD Athlon K7 с ядрами Pluto обнаружили гравировку в виде револьвера, вылетающей из него пули и силуэта штата Техас. Это открытие сделал Фрицхенс Фриц (Fritzchens Fritz), любитель макрофотографирования и изучения процессорных кристаллов.

Источник изображения: Fritzchens Fritz

Вероятнее всего, изображения являются отсылкой к предприятиям AMD в Остине, штат Техас. Или это намёк на предстоящую «дуэль» с Intel. Видимо, кто-то из создателей чипа был не чужд романтики вестернов и обаяния Дикого Запада. И таким человеком вполне может оказаться приложивший руку к созданию K7 Джим Келлер (Jim Keller), широко известный как один из ведущих архитекторов микросхем последних десятилетий и разработчик нынешней архитектуры AMD Zen.

Именно Athlon K7 впервые поставили AMD на равные позиции с Intel по производительности. Модели процессоров AMD на ядрах Pluto обладали тактовой частотой от 550 до 850 МГц и демонстрировали превосходные результаты в тестах, включая расчёты с плавающей запятой, которые ранее были прерогативой лучших процессоров Intel.

Кроме того, AMD Athlon K7 оказались быстрее Pentium III в Quake III, обеспечивая в игре чуть менее 120 кадров в секунду, в то время как Pentium III не мог выдать даже ста. Это оказало огромное влияние на рынок потребительских процессоров. Многие геймеры и компьютерные энтузиасты по-новому взглянули на продукцию AMD.

Чтобы представить, насколько далеко продвинулась полупроводниковая индустрия с 1999 года достаточно вспомнить, что первые Athlon K7 были созданы по 0,25-микронному техпроцессу (250 нм) и содержали 22 миллиона транзисторов. Сегодня AMD производит процессоры при помощи 5-нм и 4-нм техпроцессов TSMC, а её APU Phoenix содержит 25 миллиардов транзисторов.

AMD обогнала Intel по рыночной капитализации в июне 2022 года. Сегодня стоимость AMD составляет около $270 млрд, а Intel оценивается в $180 млрд. В это невозможно было поверить в 1999 году, если учесть, что рыночная капитализация Intel c 1999 года практически не изменилась, а AMD тогда стоила всего пару миллиардов.