Seite 4: Generation Pentium

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Intel hatte 1989 den i486-Prozessor eingeführt, den Prozessor, der zuerst die Millionenmarke an Transistoren überschritt, mehr als viermal so viel wie der 386. Das lag an dem integrierten x87-Coprozessor, der beim 386er noch in einer separaten Fassung auf dem Board Platz fand, sowie am L1-Cache von 8 KByte. Mit 25 und 33 MHz lag er im Takt allerdings unter den schnellen 386-Versionen der Konkurrenz AMD, die bereits mit 40 MHz liefen. Im März 1992 legte Intel mit dem DX2 nach, der den Takt intern verdoppelte, und brachte im März 1994 mit dem 486DX4 gar einen auf 100 MHz "vervierfachten" Takt samt 16 KByte L1. In Wahrheit war der Takt aber nur verdreifacht, er brauchte also extern 33 MHz. Auch hier setzte Nachbauer AMD mit dem AMDX4-120 noch eins drauf, allerdings ohne verdoppelten L1-Cache. Den AMDX4-133 mit 16 KByte L1 nannte AMD dann AM5x86-P75, um ihn namentlich gegen den Pentium zu stellen.

Denn in der Zwischenzeit hatte Intel schon zum nächsten Schlag ausgeholt, mit einer komplett neuen Architektur. Die hieß jetzt nicht wie erwartet 586, sondern eben Pentium (P5), um es den lästigen Nachbauern schwerer machen – denn Pentium ließ sich im Gegensatz zu reinen Zahlenfolgen wie 286, 386 und 486 markenrechtlich schützen. Der Pentium war der erste superskalare Prozessor von Intel, der die Befehle in Pärchen aufteilen und in zwei Pipelines mit eigenen ALUs ausführen konnte. Dennoch lief alles "in order": War eine Pipeline mit der Ausführung fertig, musste sie gegebenenfalls warten, bis auch die andere fertig war, bevor es weiterging. Der Prozessor hatte, wie seitdem alle Intel-Prozessoren, getrennte L1-Caches für Instruktionen und Daten sowie maschinenspezifische Register (MSR). Nach außen kommunizierte er über einen 64-bittigen Datenbus.

Die ersten Versionen mit 60 beziehungsweise 66 MHz wurden jedoch von den höher getakteten und weitaus preiswerteren 486DX4-Chips in vielen Benchmarks locker abgehängt. Das galt allerdings nicht für Gleitkommaberechnungen, denn die neuen Multiplikations- und Divisionseinheiten des Pentium stellten alles Herkömmliche in den Schatten. Blöd nur, dass sich die Divisionseinheit manchmal verrechnete. Dieser Bug sollte unter dem Namen FDIV-Bug in die Geschichte eingehen. Intel verheimlichte den Fehler zunächst und spielte ihn dann herunter. Andy Grove bat aber schließlich die Welt um Verzeihung, gelobte Besserung, startete eine "lebenslange" Umtauschaktion und seitdem veröffentlicht Intel unter "Specification Updates" die bekannten Prozessorfehler. Ein Jahr später kam der Pentium P54C mit bis zu 120 MHz und schließlich der P55C mit 233 MHz sowie auf 32 KByte verdoppeltem L1-Cache – plus einer ganz wesentlichen Neuerung, der ersten SIMD-Vektoreinheit (Single Instruction, Multiple Data) namens MMX. Diese Multi Media Extension führte zwei 32-Bit-Integer-Operationen (wahlweise 4 × 16 Bit oder 8 × 8 Bit) parallel aus und nutzte dafür die unteren 64 Bit der x87-Register.

Für den Sockel 5/7 des Pentium gab es aber bald schon heftig Konkurrenz. Der schon erwähnte AM486DX4 sollte der letzte Nachbau von AMD sein, danach setzte man auf eigene Architekturen. Mit dem 32-bittigen RISC-Prozessor AM29000 hatte man bereits einen sehr erfolgreichen Embedded-Chip etwa für Laserdrucker. Chefarchitekt Mike Johnson traute sich auch zu, einen eigenen x86 zu konstruieren. Für den K5 bastelte er rund um einen 29000-Kern eine Übersetzungseinheit für x86-Befehle und versah den Chip mit dem P5-Bus. Die erste Version war noch nicht so wirklich fertig, kam aber schon als 5k86 im Frühjahr 1996. Es folgte der K5 mit 90 bis 120 MHz, der sich trotz trickreichen Marketings (sogenannte Performance-Ratings statt Taktangaben) nicht durchsetzen konnte. Was Besseres musste her. Und zufällig gab es eine kleine Entwicklerbude namens NexGen, die 1994 einen NX586 mit RISC-Kern und Out-of-Order-Architektur herausgebracht und auf dem Microprocessor Forum 1995 mit dem Nachfolge-Design NX686 reichlich Aufmerksamkeit erregt hatte. Die schnappte sich AMD samt Entwickler, warb von Intel noch den Pentium-Mitentwickler Vinod Dham ab, der den NX686 auf den pentiumkompatiblen Sockel 7 umstellte. Heraus kam der K6, gefolgt vom K6-II und -III, wobei der K6-II schon als A-Step stabil lief – das gab es später weder bei AMD noch bei Intel je wieder. Und den K6 konnte AMD auch recht gut verkaufen. Mit 3DNow! ersann AMD zudem eine eigene SIMD-Einheit für den K6-II, die mehr konnte als Intels MMX, nämlich mit Gleitkommagenauigkeit rechnen. Auch Cyrix und Centaur unterstützten 3Dnow!, nur Intel nicht, die hatten ja SSE in Planung.

Texas Ranger

Und es gab noch weitere Firmen, die sich um den Sockel 7 bemühten. Aus Texas kam die Firma Cyrix, die zunächst mit schnelleren Coprozessoren schon bei den 287- und 387ern die Intel-Pendants deutlich abhängen konnte. Erfolg hatte die Firma dann mit verschiedenen 486-kompatiblen Prozessoren mit 1 oder 8 KByte Cache, die allerdings für den 386-Sockel ausgelegt waren. Selbst für den aufgelöteten 386SX gab es einen Adapter, den man einfach darüberstülpen konnte. Cyrix brachte dann mit dem M1 einen Prozessor für den Pentiumsockel, den auch IBM und TI vermarkteten. Es lief allerdings nicht so gut und die Firma wurde 1997 zunächst von National und später von Via übernommen. Unter M2, umgetauft in Cyrix-6x86MX, wollte Cyrix dann einen großen Wurf landen, eine Art Pentium II für den Pentium-Sockel 7. Dummerweise hatte aber ausgerechnet c’t einen Interrupt-Bug beim Cyrix-6x86MX entdeckt, der die Firma mehr als ein halbes Jahr zurückwarf. Sie hat sich davon nie mehr erholt und wurde dann von der noch kleineren Chip-Schmiede Centaur, ebenfalls aus Texas, ebenfalls zu Via gehörend, ausgeknockt. Sorry an dieser Stelle.

Centaur hatte seine Winchips rund um einen 32-bittigen MIPS-Kern gebaut, mit x86-Decodern und Pentium-Bus. Aber man konnte den Prozessor weiterhin nativ mit MIPS-Befehlen ansprechen. Anders als Cyrix schaffte es später die Firma in Windeseile, ihre Prozessoren auf den Sockel 370 (Pentium II) umzustellen. Und dank zahlreicher Patente, neuer Chips und Lizenzen nach China lebt die Firma auch heute noch. Auch der Rise mP6 konnte sich als Vortex86 nach China retten.

Mit dem Pentium und seinen Kompatiblen endet nun dieser Parforceritt durch die ersten 25 Jahre der Mikroprozessoren. Alles Weitere zum Pentium Pro, Itanium, Pentium 4, Core, Athlon, Opteron, Epyc, Crusoe, PowerPC G3 ... G5, ARMv5 ... 8, Power3 ... 10, Cell et cetera ... ist eine andere Geschichte.

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Dieser Artikel stammt aus c't-RETRO. In der Spezialausgabe der c't werfen wir einen Blick zurück auf die ersten IBM-PCs und beleuchten den Siegeszug von Windows. Sie finden darin Praxis, Tests und Storys rund um Technik-Klassiker. Wir erinnern an Karl Klammer, stellen einen neuzeitlichen IBM-XT-Nachbau fürs Vintage-Computing vor und erläutern, wie Sie Daten von verkratzten CDs und Uralt-Festplatten retten können. c't RETRO ist ab sofort im Heise Shop und am gut sortierten Zeitschriftenkiosk erhältlich.

(csp)