Intel奔腾处理器的FDIV缺陷与召回Intel’s Pentium FDIV bug and recall

1994年6月13日，一位数学教授在 Intel 当时新推出的 Pentium CPU 中发现了一个缺陷。Intel 的这款新 CPU 速度很快，但却无法正确进行除法运算。该缺陷后来被称为 Pentium FDIV 缺陷。这导致 Intel 召回了 D1 步进之前的 60 和 66 MHz Pentium CPU，以及 B5 步进之前的 75、90 和 100 MHz Pentium CPU。此次召回耗费了 Intel 4.75 亿美元，如果当时市场上有更有力的竞争对手，这甚至可能会对其声誉造成严重损害。如今，存世的带有 FDIV 缺陷的 Pentium CPU 成了收藏家们竞相追逐的珍品。

Intel Pentium FDIV 缺陷是如何被发现的

1994年6月，林奇堡学院的数学教授托马斯·尼斯利在计算素数时，发现他的计算结果存在一些不一致。他原本有一批 486 电脑在进行计算，最近又增加了一台 Pentium。Pentium 的速度比 486 快两倍多，但经过五个月的调查，他证明 486 的计算结果更准确。他向 Intel 披露了他的发现，并邀请学术界的同行在 486DX4、Pentium 以及 Pentium 兼容系统上核对他的工作。同行们独立验证了这个问题，而 Intel 自己也在 1994 年 6 月左右察觉到了异常。1994 年 10 月 30 日，Intel 正式承认了该缺陷。

Intel 在 Pentium 中改进了浮点除法算法，采用了一种每个时钟周期运行速度比 486DX 所用算法快一倍的方法。Pentium 使用的算法本身没有任何问题，问题出在 Intel 的硬件实现上。Pentium 内部包含一个含有 1066 个数值的查找表，其中有 5 个数值被设置错了。

出现这种错误计算的情况相对较少，但只要触发就必定出错。在最坏的情况下，误差会出现在第四位有效数字上。不过通常情况下，误差发生在第 9 或第 10 位有效数字上。一个常被提及且可以在 Windows 计算器中复现的第四位有效数字出错的例子是：将 4,195,835 除以 3,145,727。正确结果应该是 1.333820449136241002，但存在缺陷的 Pentium 算出的结果却是 1.333739068902037589。

媒体上的报道

这一事件于 1994 年 11 月 7 日首次见诸报端，当时《Electronic Engineering Times》发表了一篇由亚历山大·沃尔夫撰写的题为《Intel 修复 Pentium FPU 故障》的文章。CNN 在 1994 年 11 月 22 日的一段新闻中对此进行了报道。《纽约时报》和《波士顿环球报》也对此进行了报道，并且登上了头版。

Intel 起初声称该错误并不严重，不会影响到大多数用户，并表示只愿意为能证明自己受到影响的用户更换处理器。这种做法引发了极大的不满，因为这种错误并非随机发生。只要算错的数据，就永远都会算错。该错误甚至在游戏 Quake 中也有所体现，导致某些视角的显示出现问题。企业级买家开始强烈要求更换，而 PC 制造商也赶在 Intel 之前介入，主动提供 CPU 更换服务。

1994 年 12 月 20 日，Intel 最终同意更换所有存在缺陷的 CPU。但即便在那个时候，Intel 的处理方式依然令人失望。Intel 要求终端用户自行申请更换，并且要自己动手替换芯片。他们不允许零售商和电脑制造商参与其中。对于习惯了摆弄电脑的人来说，更换 Pentium CPU 并非难事；但对于从未拆过电脑的新手来说，这种操作会让人提心吊胆。

1995年1月17日，Intel宣布对其收益计提4.75亿美元的税前费用。据称，这是更换缺陷处理器的全部成本。

Pentium FDIV 漏洞的余波

Intel对FDIV漏洞的应对是一个广为人知且常被引用的公关危机。该问题带来的公关影响，远比其对客户造成的实际影响更为严重。大多数计算机用户在日常使用中确实极难遇到该缺陷。但Intel最初的反应是，除非客户能证明自己受到影响，否则不予更换芯片，这引起了少数直言不讳的行业专家的强烈反对。

随后引发的舆论动摇了消费者对CPU的信心，从而为NexGen创造了机会，当时NexGen是市场上唯一的Pentium兼容芯片制造商。这甚至让那些不太可能受该问题影响的人也纷纷要求采取行动。《华尔街日报》引用了Intel时任CEO安迪·格鲁夫（Andy Grove）的话说：“我认为我们忽略的核心问题在于……我们居然自以为是地告诉别人他们该不该担心，或者该怎么做。”

此后，Intel以及整个行业的后续CPU都经历了更为严格的形式化验证流程。这一流程帮助Intel在Pentium 4中发现了几个漏洞，如果这些漏洞在发布前未被修复，本可能导致类似的事件再次发生。

挽救Intel免受FDIV漏洞造成更大损失的因素

对Intel来说，万幸的是当时缺乏替代品。1995年9月4日发行的《计算机世界》（Computerworld）指出，即使NexGen在说服Compaq同意使用其CPU之后，其CPU销量也不足以构成太大威胁。Cyrix的Pentium竞品直到1995年10月才面世，而AMD的Pentium竞品直到1996年3月才面世。

根据Intel 1994年的年度报告，由于市场上只有一个苦苦挣扎的竞争对手，Pentium的销量在FDIV危机期间实际上反而增长了。等到真正有实力的Pentium竞品进入市场时，Intel已经准备好向Pentium Pro和Pentium II过渡了。虽然AMD最终确实赶上了Intel，但当这件事发生时，Pentium FDIV漏洞早已成为遥远的记忆。

David Farquhar是一名计算机安全专家、企业家和作家。自1991年以来，他一直从事专业的计算机写作，因此当老式计算机还是新事物时，他就在撰写关于它们的文章。他自1994年以来一直从事专业的IT工作，并自2013年起专门从事漏洞管理。他拥有Security+和CISSP认证。如今，他每周发布五篇博客，主要涵盖1975年至2000年间的老式计算机和复古游戏。