扼腕的CPU！让工程师如何才能淡定

　　中央处理器是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。主要包括运算器和控制器两大部件，此外，还包括若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。它与内部存储器和输入/输出设备合称为电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

　　为我们日常工作默默奉献的CPU也有“神经病”的时候？今天聊的缺陷大多并非CPU“智商”上的缺陷，而是“健康“上的缺陷。即使是这种缺陷，也成为IT新闻的头条。因为，中央处理器依然成为我们工作生活中的大脑。小编又一次带大家走进历史，回味那些影响深远的，让大家扼腕的CPU！

　　一：CPU竟不会算数？

　　时间：1994年

　　主角：PenTIum

　　缺陷：FDIV Bug

　　1994年6月，英特尔公司刚刚推出其划时代产品一一奔腾处理器。在芯片推出的前几天，英特尔公司的技术人员在做测试的时候发现，奔腾芯片的除法运算会发生某种偏差，这个问题是在90亿次除法运算中才可能出现1次错误。

　　怀着侥幸心理的Intel测试人员，认为会被这种运算错误的人影响会很少，决定按原计划推出奔腾芯片。但是严谨的学术人员还是在这个几亿分之一几率中找到这个除法BUG。

　　如果你闲得无聊，那么用你电脑计算器会算出取十位小数的结果962306957033÷11010046=87402.6282027341

　　这就是FDIV缺陷。奔腾CPU的FPU单元有严重缺陷的产品，影响到FDIV（浮点除法运算）指令。虽然这个缺陷出现几率极低，但发现这个Bug的科学家还是将它公布世界。让当时使用这一批奔腾CPU的用户慌了起来，Intel的电话被打爆。因为连最基本运算的正确都不能百分百保证，这个底线被打破导致了人们对CPU这三个字母的不信任。

　　感受到压力的Intel，只好对外宣布自身CPU有缺陷并且进行了回收等补救措施。直到现在，虽然Intel后续的CPU虽然还有各种各样的缺陷，但是没再出现最基本的运算错误，毕竟这是一条最基本的底线。

　　二：“矿渣”，发售不到一个月后便召回了所有？

　　时间：2000年

　　主角：Coppermine PenTIum III 1.13GHz

　　缺陷：又要马儿跑，又要马儿不吃草

　　在千年之交的频率至上时代，历史上第一款1GHz CPU并非Intel帝国，而是曾经寄人篱下的AMD。这让财大气粗，自尊心爆棚的Intel颜面无光，于是短期内发布1GHz的奔腾III来回应。当然了，等号并不是Intel想看到的，大于号才是目的。于是PenTIum III 1.13GHz宣告了Intel的“王者归来”。

　　慕名而来的众多Intel用户，第一时间装备了当年的梦幻神器PenTIum III 1.13GHz。却发现处理器在使用中发生了执行部分软件时死机、不稳定等情况。即使是搭配Intel特制的并且更新了BIOS的VC820主板也无法正常运行很多的测试软件。

　　有趣的是，把它的FSB从133MHz降为100MHz（此时的工作主频是850MHz）时，处理器的运行情况就变得十分良好，一切奇怪的症状都消失了！消息一出，CPU业界立即瞬间爆炸，Intel拨苗助长的行为让市场讨伐之声不绝于耳，AMD笑而不语。

　　Intel引以为傲的“铜矿”Coppermine架构奔腾III CPU，为了所谓的面子而草率推出Pentium III 1.13GHz。为什么叫草率呢？因为这种1GHz以上奔腾III是通过提升了0.05V核心电压来实现的，和超频没什么两样。我们知道超频有风险，结果可想而知。结果在发售不到一个月后便召回了所有的1.13GHz铜矿奔腾III，因此人们都称1.13GHz的铜矿奔腾III为“矿渣”。很长时间里，Intel对于1.13Ghz决口不提。Coppermine Pentium III 1.13GHz，说明了一个欲速则不达的道理。

　　三：“火炉”，90nm工艺漏电缺陷，不及130nm

　　时间：2004年

　　主角：Prescott Pentium 4

　　缺陷：90nm工艺漏电缺陷

　　Northwood奔腾4是公认的一代经典，皆因它实现了高频率带来的高收益，也让大家对Northwood的继任者Prescott抱有很大期待。但是希望越大失望越大，90nm的Prescott成为了不折不扣的失败品。它继承并发扬了NetBurst奔腾4的一切缺点，流水线更是加长到31级！而最让人不能接受的是90nm CPU竟然比130nm更热的反人类现象。

　　当年90nm制程发展初期就是出现了过热的现象，这是因为晶体管更小，电路设计更加复杂，技术没跟上的情况下就出现了漏电的情况。以至于它每个时钟周期比Northwood多产生大约60%的热量，同时功率消耗也增加大约10%！Prescott处理器很容易过热，过热的结果就是降频运行。

　　最后的结果大家也都知道，英特尔终于承认自己错了，不得不全部放弃Prescott架构，止步3.8GHz，不要忘记当初英特尔发布奔腾4时吹嘘说奔腾4是为10GHz的运算速度设计的，这肯定是英特尔历史上最重要的或许也是最广为人知的工程失败事件。从此以后，CPU开始走多核的道路。

　　可怜当年购买了Prescott CPU的消费者，从奔腾D到赛扬D。不仅仅经受高频低能的痛苦，更要忍耐高热的环境。即使当年的赛扬D成为了超频明星，也只是频率的数字把戏。

　　更加讽刺的是，单核时代最后的主角，Cedar Mill奔腾4，却让人们重新认识奔腾4真正的能力。皆因65nm制程解决了发热问题，玩家使用这架构的奔腾4CPU后，发现GHz幅度的超频是多么简单。多年的频率世界纪录就是Cedar Mill保持的。可惜的是，2006年的CPU市场早就好事成双了。

　　每一次芯片工艺制程的更迭，都出现阵痛。成熟与创新，各有各的好处，但是如果新工艺出现重大缺陷，反而让市场更易接受传统，比如显卡的28nm制程为何屹立多年还活跃着就是这个原因。

　　四：折翼的肥龙，大名鼎鼎的TLB Bug

　　时间：2007年

　　主角：B2步进的Phenom

　　缺陷：TLB Bug

　　Phenom，也就是羿龙，而网友们也给了它一个亲切的昵称——“肥龙”。它是AMD在后Athlon时代迎击Intel Core家族的有力武器。K8时代的辉煌让AMD收获无数鲜花与掌声，K10架构自然让人期待。

　　首创L3缓存设计的它，加上一直以来的性价比务求继续成为DIY玩家的神器，却被这个L3缓存设计成为了阿喀琉斯之踵，那就是大名鼎鼎的TLB Bug。

　　TLB，简单来说就是一个指挥官，用于快速定位以及指引数据去哪个内存地址。但是由于设计缺陷，B2或者更前步进的Phenom，由于存放在二级缓存TLB中的映射关系表，被错误的放到三级缓存TLB中，导致CPU读取错误，也就是说找不到需要的虚拟内存数据和物理内存的映射关系，无法进行计算而挂起，具体描述就是无反应、或者说死机。

　　尽管AMD坚持说TLB Bug发生的概率相当少，在一般的应用中根本不会出现。但是追求百分百完美的CPU岂能容忍影响使用的Bug？所以AMD在那个时候的信誉一落千丈，加上Intel的Core 2性能的落井下石，使得AMD一下子跌落谷底。

　　出问题自然就要补救，对于出现Bug的CPU，AMD通过一个BIOS的修复来告诉TLB不要在缓存中查找页表。然而明显地，这种做法会让内存延迟大幅提升，因为这样内存对页表通道的要求会有额外的增加。显然地，DIY玩家肯定不买账。最后等到B3步进的Phenom推出后，改名为9X50，这个问题才能得到解决。

　　B3步进的CPU终于解决了这一问题，但是让AMD大大落后于竞争，就是这个Bug，让AMD在CPU市场由盛转衰。加上CPU与GPU的双线作战，AMD在Phenom就开始表现得有心无力，后期FX系列CPU的推出，就是AMD在CPU市场畏首畏脚的缩影。