25 Jahre Intel Pentium

Autor: Sebastian Gerstl

Am 22. März 1993 erschien mit dem Intel Pentium P5 erstmals ein Exemplar der heute wohl bekanntesten Prozessorenfamilie auf dem Markt. Doch die CPU hatte einen extrem holprigen Start – was nicht zuletzt an einem kostspieligen Hardware-Bug lag.

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Der erste seiner Art: Am 22. März 1993 erschien mit dem Pentium P5 der erste Prozessor auf Basis der P5-Mikroarchitektur, welche Intels 486-Reihe ablöste. Die CPU war anfänglich inVariationen mit 60 und 66 MHz erhältlich.
Der erste seiner Art: Am 22. März 1993 erschien mit dem Pentium P5 der erste Prozessor auf Basis der P5-Mikroarchitektur, welche Intels 486-Reihe ablöste. Die CPU war anfänglich inVariationen mit 60 und 66 MHz erhältlich.
(Bild: Pentium 60 SX948 gold front / Pentium 60 SX948 gold front / Andrzej w k 2 / CC BY-SA 3.0 / BY-SA 3.0)

Als Intel Ende 1992 den Namen seiner neuesten Prozessorgeneration verkündete, war unter Anwendern die Verwirrung zunächst groß. War man es doch seit Einführung des Intel 8086 Ende der 70er Jahre gewohnt, dass CPU-Namen als lange Zahlenketten bestanden, deren Verwandtschaft man anhand der Nummern direkt ablesen konnte. Intel hatte mit den 286-, 386 und 486-Reihen diese Tradition auch drei Dekaden lang fortgeführt – waren diese Prozessorbezeichnungen auch quasi synonym mit dem Begriff "PC" geworden. Aber der Pentium sollte mir dieser Tradition brechen – und sollte zugleich ein neues Zeitalter für Desktop-PCs einläuten.

Rückblickend mag die Entscheidung zu der Namensgebung einleuchtender wirken: Ende der 80er und Anfang der 90er war für Intel auf dem PC-Markt nämlich eine merkliche Konkurrenz erwachsen. Die ebenfalls mit 486 betitelten Produkte von Prozessorherstellern wie AMD oder Cyrix waren dabei nicht nur zum Befehlssatz der Intel-Prozessoren kompatibel. Sie hatten auch damit begonnen, durch optimierte mathematische Co-Prozessoren und andere Verbesserungen Intel Produkte auf dem Markt zu werfen, die in Teilen die Intel-CPUs sogar übertrafen. Eine Differenzierung musste also her.

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Der Name 'Pentium' sollte dabei zumindest noch ursprünglich andeuten, dass es sich hierbei um die fünfte x86-Generation handelte. Leitet sich der Name doch von "penta", dem griechischen Wort für fünf ab. Doch sollten auch die folgenden Prozessorgenerationen aus dem Hause Intel dem Namen Pentium tragen – was zum Teil bis heute andauert. Dabei hatte es ganz am Anfang nicht unbedingt danach ausgesehen, dass der Pentium sich zu einem derart großen Erfolg entwickelt.

Mehr Leistung bei fortgesetzter Kompatibilität

Zugegeben, die technischen Daten des neuen Prozessors wussten schon zu begeistern. Ein 100-köpfiges Entwicklerteam war unter der Leitung der Ingenieure John Crawford - dem Vater der 386-Familie - und Uri Weise mit der F&E des Prozessors betraut worden. Das erste Pentium-Modell, der Pentium P5, wurde im 800-nm-Verfahren gefertigt und integrierte über 3,1 Millionen Transistoren.

Es war der erste Desktop-Prozessor, der über eine superskalare IA-32 Mikroarchitektur verfügte. Das machte ihn befehlssatzkompatibel zu seinen direkten Vorgängergenerationen. Gleichzeitig verfügte der P5 dadurch allerdings auch über zwei Pipelines, die es ihm im Gegensatz zu den 486-Prozessoren erlaubte, in vielen Fällen zwei Befehle pro Taktzyklus abzuarbeiten. Zwar gab es von Konkurrenten wie Motorola (mit der 68000-Reihe) oder MIPS bereits superskalare Prozessoren auf dem Markt, die jedoch allesamt auf die RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computer) setzten.

Intel hatte sich dagegen, um die Kompatibilität innerhalb der x86 zu gewährleisten, auf eine Fortführung seiner CISC (Complex Instruction Set Computer) Philsophie entschieden. Hatten andere Entwickler gemutmaßt, dass bei einer komplexen Prozessorarchitektur Superskalarität gar nicht möglich sei, war man bei Intel besonders stolz darauf, dass sein Ingenieursteam dieses Feature vollbracht hatte.

Darüber hinaus war der Pentium zwar ein 32-Bit-Prozessor, verfügte aber über einen externen 64-Bit-Datenbus, was die Lese- und Schreibgeschwindigkeit von Datenzugriffen aus dem Speicher verdoppelte. Der Pentium P5 verfügte über integrierten L1-Cachespeicher (8 KBit für Befehlssätze, weitere 8KBit für Daten) und war mit zwei Verschiedenen Prozessortaktungen erhältlich: Als P5 60 mit 60 MHz und als P5 66 mit 66 MHz. Ein weiteres Feature war die deutlich schnellere Fließpunkteinheit, die den Pentium in die Lage versetzte, verschiedene Funktionen - ganz besonders FMUL- bzw. Floating-Multiply-Berechnungen - bis zu 15-mal schneller als jeder 486-Prozessor durchzuführen.

Allerdings waren der Pentium 60 und der Pentium 66 noch nicht der große Renner, den sich Intel erhofft hatte. Denn verglichen mit dem neuesten und leistungsstärksten Vertreter seiner eigenen 486er-Prozessoren, dem i486 DX4-100, hatte der vergleichsweise teure Pentium für die meisten Endanwender wenig Leistungsgewinn zu verbuchen. Zudem sorgte die notwendige Versorgungsspannung von 5V dafür, dass der Prozessor über einen verhältnismäßig großen Kühlkörper verfügen musste, um stabilen Betrieb zu garantieren – ein Accessoire, mit dem die meisten PC-Anwender Anfang der 90er Jahre noch wenig vertraut waren.

Erst die Ankündigung der verbesserten P54C-Pentiumreihe zur CeBit 1994, mit Taktfrequenzen von zuerst 75, 90 und 100 MHz, wusste auch den regulären Consumer-Kunden zu überzeugen. Mit diesen Prozessoren konnte Intel wieder die Leistungsspitze der Desktop-PC-Prozessoren erklimmen. Es sollte knapp zwei Jahre dauern, ehe AMD wieder mit vergleichbaren CPUs kontern konnte - der zu 486er-Zeiten noch ernsthafte Konkurrenz Cyrix blieb in der Folge letztlich komplett auf der Strecke.

Allerdings hatten auch der Pentium 60 und Pentium 66 seine Fans; besonders Hochschulen und Forschungsabteilungen freuten sich über einen vergleichsweise günstigen Desktop-PC, der über eine schnelle Fließpunkteinheit für komplexe Berechnungen verfügte. Gerade diese Fließpunkteinheit sollte dem Chiphersteller allerdings schon bald eine Menge Kummer bereiten.

Der Pentium-Bug: Berüchtigter Chip-Designfehler

Im November 1994 wurde bekannt, dass diese ersten Pentium-Prozessoren über einen Hardware-Bug verfügte, der bei bestimmten Fließpunktberechnungen falsche Ergebnisse ausspuckte. Als Entdecker des Fehlers galt Prof. Thomas Ray Nicely vom Lynchburg College. Tatsächlich hatte aber Intel offenbar während der F&E für die nächste Pentium-Generation, dem Pentium P6, den Fehler bereits selbst entdeckt. Anstatt ihn zu veröffentlichen hatte man jedoch beschlossen, den Fehler geheim zu halten, und weitere Prozessoren mit diesem Bug verschickt. Umso fataler sollte sich deshalb die Veröffentlichung des Hardwarefehlers durch Dritte auf das Unternehmen auswirken.

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Nicely hatte einen Programmcode für seine Rechner geschrieben, der hohe Primzahlen, Zwillingsprimzahlen, Primzahltripel und Primzahlvierlinge aufzählen sollte - Ziel war eine exakte Berechnung der brun'schen Konstanten. nachdem er einen Pentium zu seinen Rechenverbund hinzugefügt hatte, stellte er Inkonsistenzen in seinen Berechnungen fest. Der Fehler lag in der Fließpunkteinheit: Intel führte den Bug auf fehlende Einträge in der Lookup-Tabelle zurück, die von der Gleitkomma-Divisionsschaltung verwendet wurde. In der Folge wurde der Hardwarefehler auch als Pentium-FDIV-Bug (für Floating Point Division) bekannt. Fachmagazine sprachen zu jener Zeit meist vereinfacht vom 'Pentium-Bug'.

Anfangs versuchte Intel noch, den Fehler herunterzuspielen. So gab Intel in einer Pressemitteilung bekannt, dass der durchschnittliche Anwender eines Pentium-Prozessors nur einmal in 27.000 Jahren etwas von diesem Bug merken würde. Diese Aussage sorgte nur für noch mehr Gegenwind: In der Januarausgabe 1995 schrieb das deutsche Computermagazin c't, dass bei gleitkommaintensiven Berechnungen der Fehler einmal alle 60 Stunden aufträte. IBM, einer von Intels größten Kunden, stoppte pressewirksam die Auslieferung aller mit Pentium-Prozessoren ausgestatteten PCs – was allerdings auch ein kalkuliertes Manöver war, war stand doch IBMs Power-PC-Architektur seit Erscheinen der Pentium-Pro-Reihe mit Intel in direkter Konkurrenz, wenn es um den Rechenzentrums-Markt ging.

Tatsächlich war der Fehler für Standardanwender, wenn es nicht gerade um die Berechnung sehr großer Zahlen ging, eher marginal. Tatsächlich tritt der Bug nur bei der Berechnung bestimmter, sehr hoher Zahlenpaare in Erscheinung. Mindestens die ersten 12 Bit einer Berechnung waren immer korrekt, einfache genaue Zahlen waren von dem Fehler grundsätzlich nicht betroffen.

Dennoch erntete Intel, gerade wegen der als herablassend wahrgenommenen Art, den Fehler herunterzuspielen, in der Öffentlichkeit viel Spott und Häme. Schon bald kursierten unzählige Witze zum Pentium-Bug, wie etwa "Wie viele Spieler hat die Intel-Fußballmannschaft? 10,9999997".

Im Dezember 1994 begann Intel schließlich, alle betroffenen Pentium-Prozessoren - die mit 60 und 66 MHz getakteten P5-Modelle und die mit 75, 90 und 100 MHz getakteten P54C-Varianten – zurückzurufen und umzutauschen. Die Rückrufaktion kostete dem Unternehmen 475 Millionen US-$, fast eine Millionen CPUs mussten umgetauscht werden. Auch wenn der Fehler eine – streitbar – geringe Auswirkung für die meisten Endanwender hatte, so prägte der Vorfall doch die Art und Weise in der Kommunikation, mit der Hersteller auf grundsätzliche Hardware-Bugs eingehen. So veröffentlichen gerade Prozessorhersteller in der Regel inzwischen selbst, wenn sie auf einen Fehler in Ihren CPUs stoßen bzw. aufmerksam gemacht werden.

Die letzten Mitglieder der 1. Pentium-Generation, die Prozessoren der Reihe P54CS und P55C, waren schließlich bereits FDIV-Fehler-befreit ausgeliefert.

Ein Name für hohe Leistung

Dennoch erreichte Intel mit dem Pentium sein angestrebtes Ziel. Der Pentium –insbesondere die P54C-Reihe – stellte einen enormen Leistungssprung auf dem Desktop-PC-Markt dar, der Mitte der 90er erst so richtig explodierte. Die noch mit 5x86 bezeichneten Modelle von AMD und Cyrix, die effektiv 'nur' eine verbesserte 486-Architektur darstellte, konnte mit dem superskalaren Ansatz der neuen CPU-Architektur nicht mithalten, so dass die Bezeichnung 586 schnell wieder vom Markt verschwand. Da insbesondere das neue, komplett GUI-basierte Betriebssystem Windows 95 von den Geschwindigkeitsvorzügen der neuen 32-Bit-Pentiumprozessoren profitierte, gingen der Erfolg des Prozessors und des Microsoft-OS Mitte der 90er Hand in Hand, so dass der Slogan "Intel Inside" und der Begriff "Pentium" fast schon gleichbedeutend mit dem PC wurden - und die x86-Pendants ablöste, ohne die Kompatibilität zu ihnen aufzugeben.

Es sollte bis März 1996 dauern, bis AMD mit dem erstmals komplett selbst entwickelten x86-Prozessor K5 wieder kontern und ein ernsthafter Konkurrent für Intel werden konnte. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich die Pentium-Marke mit den Pentium-Pro-Modellen allerdings bereits im High-End- und Rechenzentrumsmarkt etabliert, wo sie nach und nach konkurrierende RISC-basierte Architekturen wie PowerPC ebenfalls verdrängen sollte. Und auch heute, 25 Jahre und mehrere x86-Prozessorgenerationen später, tragen immer noch einige neue Pentium-Prozessoren den Pentium-Namen.

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