Установка новейшей версии микрокода центрального процессора. Совершенно альтернативный способ обновления микрокодов Что дает прошивка микрокода процессора

С начала января сложно было пропустить новости, касающиеся аппаратных уязвимостей Spectre и Meltdown — настолько серьёзной и всеобъемлющей оказалась тема. Хотя производители знали об этих проблемах ещё с лета прошлого года, большинство, похоже, начало реагировать лишь после обнародования подробностей специалистами команды Google Project Zero.

Например, Intel ещё в январе помимо прочих заплаток выпустила обновления микрокода против Spectre для своих процессоров Broadwell, Haswell, Skylake, Kaby Lake и Coffee Lake. Но почти сразу выяснилось, что они приводят к сбоям и . Вначале Intel заявила, что проблема касается только чипов Broadwell и Haswell, но позже признала существование сбоев на компьютерах с процессорами Skylake, Kaby Lake и Coffee Lake и партнёрам и пользователям пока воздержаться от установки заплаток. Наконец, в начале февраля исправленный вариант микрокода, но только для мобильных и настольных потребительских чипов семейства Skylake.

Теперь, после месяца интенсивных тестов и обкатки заплаток Intel и её партнёрами, пришло время и других более или менее актуальных процессоров: были выпущены обновления микрокода для чипов на базе архитектур Kaby Lake и Coffee Lake, а также незатронутых предыдущим обновлением Skylake-базированных платформ. Речь идёт о процессорах 6, 7 и 8-го поколений Intel Core i, а также последних семейств Core X, Xeon Scalable и Xeon D.

Новый вариант микрокода будет доступен в большинстве случаев через выпуск OEM-производителями новых прошивок материнских плат и ноутбуков. Intel по-прежнему призвала людей постоянно обновлять свои системы до актуальных версий, а также опубликовала документ , в котором расписала состояние аналогичных исправлений микрокода для других своих продуктов, в том числе более ранних чипов, начиная с 45-нм Core 2. Для каких-то из этих чипов заплатки только планируются, для других — находятся в состоянии раннего тестирования, для третьих — существуют уже в виде бета-версии. Как правило, чем старее архитектура, тем позже она получит прошивки с защитой против Spectre. Тем не менее, обновления микрокода для более-менее актуальных архитектур Sandy Bridge, Ivy Bridge, Haswell и Broadwell уже находятся в состоянии бета-тестирования. Также ряд чипов Atom и даже ускорители Xeon Phi уже получили заплатки.

Intel напомнила, что существуют и другие методы борьбы против вскрытых уязвимостей блока предсказания ветвлений в современных процессорах. Например, Retpoline, разработанный Google против Spectre CVE-2017-5715 (branch target injection или целевое внедрение в ветвь). Для тех, кто интересуется дополнительной информацией о Retpoline и принципах его работы, компания опубликовала особый технический доклад .

Выпущенные Intel обновления микрокода против Spectre в ближайшие дни и недели начнут выходить в виде свежих прошивок BIOS для различных материнских плат. Любопытно, окажут ли они дополнительный эффект на деградацию производительности конечных систем?

Представляю донора BioStar A740G M2L+ (AMD 740G / SB710) и реципиента BioStar A740G M2+ (AMD 740G / SB700). Мат.плата, что с литерой «L», более свежая и поддерживает процессоры AM3 официально, в отличие от другой, что ограничена лишь поддержкой процессоров AM2+. Напрашиваются на сравнительный анализ БИОСы их.
С оф. сайта загружаем лишь последнее обновление прошивки БИОСа для каждой их этих мат.плат:
- для A740G M2+ последняя бэта A74GM916.BSS за сентябрь 2009г.
- для A740G M2L+ - файл 74GCU511.BSS - за май 2010г.

Далее вооружаемся утилитой MMTOOL (я использовал версии 3.22, 3.23 и 3.26 - различий в работе не обнаружил) . Для работы с MMTOOL расширения файлов прошивок БИОС необходимо переименовывать на *.rom.

Теперь запускаем две MMTOOL и в них подгружаем файлы прошивок от двух мат. плат. Обращаем внимание на разные размеры в столбце «Source size» (да и в «Size in Rom» тоже разумеется) модуля 11 «P6 Micro Code» в каждой из прошивок.

Переходим в раздел CPU PATCH для детального сравнения:

Файл донора 74GCU511.rom - cpu_list содержит 14 строк с поддержкой CPURev.ID + 1 пустая (рис.1).

Бэта-версия реципиента A74GM916.rom - cpu_list содержит 13 строк с поддержкой CPURev.ID + 1 пустая (рис.2).

После анализа списков этих двух БИОСов становится очевидно, что для более новой мат.платы разработчики использовали более свежие патчи для процессоров AMD, где подправлен микрокод двух строк с CPURev.ID 1043 и 1062 (датируются 2009/07/31) и одна строка с CPURev.ID 10A0 добавлена (датируется 2010/02/17).

Способ №1 - модификация отличительных строк.

Предварительно в в разделе CPU PATCH файла реципиента A74GM916.rom удаляются две строк с номерами CPURev.ID 1043 и 1062 (чей микрокод более старый чем мы будем далее вставлять) и последняя пустая строка - действия «Delete a Patch Data» + «Apply» (рис.3).

После этого поочерёдно вставляется более новый микрокод из четырёх уже ранее полученных файликов-патчей для CPURev.ID 1043, 1062, 10A0 и пустая строка (рис.4).

Обращаем внимание на размеры («Source size» и «Size in Rom») модуля 11 «P6 Micro Code» до и после применения данных изменений в файле реципиента.
После применения эти размеры у реципиента (рис.6) станут идентичны размерам такого же модуля в файле-доноре 74GCU511.rom (рис.5).
Стоит заметить, что несложно понять, как формируется размер модуля (каждая строка, что в разделе CPU PATCH, занимает по 2048 байт).

Сохранять изменения лучше под новым именем файла.
Далее этот файл проверяется, чтобы по новой без ошибок открывался MMTOOL.

Способ №2 - модификация заменой модуля целиком.

В MMTOOL подкружаем файл донора 74GCU511.rom, переходим во вкладку «Extract» и ищем строку «P6 Micro Code». Затем выделяем её, в поле «module file» задаем ему имя ncpucode.bin и выполняем Extract module «in uncompressed form».

Теперь в MMTOOL подгружаем файл реципиента A74GM916.rom, переходим во вкладку «Replace» и снова ищем строку «P6 Micro Code». Выделяем её, ждём Browse и выбираем наш донорский модуль ncpucode.bin. Жмём Replase и далее соглашаемся на замену данного модуля.

Снова обращаем внимание на размеры («Source size» и «Size in Rom») модуля 11 «P6 Micro Code» до и после замены данного модуля в файле реципиента.
После применения эти размеры у реципиента (рис.7) станут идентичны размерам такого же модуля в файле-доноре 74GCU511.rom (рис.5).

Если сравнить результаты обоих способов (рис.6 и рис.7), то заметна разница в 10байт в адресе RomLoc модуля «User Defined or Reserved», следующего за обновляемым модулем «P6 Micro Code» - возможно, это особенности работы MMTOOL...

Заключение и послесловие.

При комбинировании собственного ncpucode.bin импортированием необходимых патчей(микрокодов) для каждой необходимой ревизии процессоров в качестве лабораторного можно использовать абсолютно любую прошивку AMI биос с модулем «P6 Micro Code».

Однако при сохранении файла прошивки была замечена неприятная особенность MMTOOL - утилита почему-то прибавляла 8 нулевых байт в конец модуля «P6 Micro Code» - он получался размером 32776 байт. При извлечении тем же MMTOOL из лабораторной прошивки файл ncpucode.bin также становился на выходе размером 32776 байт.
Можно сие отредактировать простыми доступными всем редакторами. Но я также (случайно) обнаружил альтернативный способ: при извлечении универсальной утилитой BIOS_EXT.EXE всех модулей из лабораторной прошивки файл ncpucode.bin уже получался правильного размера 32768 байт - утилита BIOS_EXT.EXE сама правильно определила конец модуля «P6 Micro Code» при сохранении его в файл.

Не для кого не секрет, что процессор представляет собой автомат с микропрограммным управлением. И любая его инструкция является совокупностью микрокоманд, прошитых в ПЗУ процессора при его изготовлении. Ошибки микрокода и схемные погрешности (errata), допущенные при проектировании, могут вызывать отклонения от спецификаций процессора и ошибкам в его работе. При выпуске процессора обычно публикуются его спецификация и список обнаруженных errata.

Все процессоры Intel с архитектурой P6, а к ним относятся семейства Pentium Pro, Pentium II & III, Celeron, Pentium II & III Xeon и Pentium II Overdrive, обладают таким замечательным свойством, как "reprogrammable microcode". В этих процессорах имеется возможность изменения микрокода, т.е. имеется возможность исправления ошибок в программно-схемотехнической реализации конкретных процессоров семейства P6 и некоторых встроенных ошибок практически на уровне "железа". Ошибки могут появляться на этапе проектирования процессоров, а исправляются они именно с помощью изменения микрокода. Каждое из подсемейств (PII, Celeron, PPro, Xeon) имеет спецификацию. При выпуске каждого нового степпинга процессора (внутри него все приборы являются идентичными в рамках технологических отклонений), Intel публикует для него обновление спецификации, где указываются обнаруженные и исправленные errata (отклонения от спецификации).

Ошибки эти могут, в принципе, осложнить жизнь программному обеспечению, которое работает на этих "дефектных" процессорах (и пользователю;-)) .

Конечно, все зависит от конкретных ошибок. Для избавления от подобных ужасов и требуется изменение микрокода процессора, в результате чего ошибка может быть полностью устранена или могут быть просто смягчены последствия от ее присутствия.

Кстати, поддержка биосами вновь вышедших процессоров определяется, в частности, и наличием соответствующей прошивки. Например, когда появился первый Celeron, именно отсутствие соответствующей версии микрокода не позволяло корректно запустить систему с этим процессором.

Сами обновления микрокода - это 2-хкилобайтные блоки данных, прошитые в системном BIOS. Такой блок есть для каждого степпинга процессора из семейства P6. Intel поставляет свежие версии микрокода ведущим производителям BIOS. База данных с обновлениями пополняется и изменяется при появлении новых моделей и версий микрокода. Intel рекомендует выполнять обновление версий микрокода с помощью своей утилиты при установке нового процессора на материнскую плату или перепрограммирования флэш-памяти, чтобы быть уверенным, что в BIOS содержится самая свежая версия микрокода. Эта программа определяет используемый процессор (с помощью CPUID) и ищет соответствующее ему обновление в своей базе. Если найдена свежая версия микрокода, утилита локально перепрошивает код в BIOS, не затрагивая остальные участки. Т.о. отпадает необходимость перепрограммирования всего флэша для поддержки нового ЦПУ, как это было ранее. Обновление базы данных Intel периодически выкладывает на своем сайте.

Последняяи из доступных нам баз имеет ревизию 5.01 и содержит следующие версии микрокода:

Загрузить последнюю версию утилиты, исправляющую микрокод можно прямо отсюда: pupdt501.exe (115 Kb)

Старую базу (PEP15.PDB) можно загрузить отсюда: pupdt461.exe (111 Кб)

После окончания работы утилиты, необходимо выключить питание компьютера. Загрузка обновления в процессор происходит во время выполнения POST при каждом запуске системы. Естественно для работы утилиты необходимо разрешить перезапись флэш-памяти перемычкой или в BIOS Setup. Программа должна запускаться из-под "голого" ДОСа.

Однако для такого идеального варианта необходима поддержка BIOS"ом специального API обновления микрокода процессора, позволяющего утилите обновления с помощью BIOS загрузить новый микрокод. Если используемая версия системного BIOS не поддерживает API, пользователю ничего не остается, кроме как добыть новую версию у производителя материнской платы. Однако бывает, что найти её не так уж просто, если не невозможно. Зачастую, после прекращения производства какой-либо модели системной платы, производитель перестает выпускать и обновления биосов для нее, но при этом новые процессоры могут появиться в продаже, а у пользователя может возникнуть желание установить в свою систему новый CPU.

В данном случае, утилита, тем не менее, может загрузить исправления технических погрешностей непосредственно в процессор. В этом случае утилита вызывает загрузку операционной системы сразу после обновления микрокода. Однако обновление микрокода будет потеряно при мягкой или жесткой перезагрузке системы.

Возникает вопрос, а чем чревато самостоятельное обновление прошивки? Ну, во-первых, сначала нужно удостовериться, что вам это действительно необходимо. Если версия прошивки старая, а новых версий BIOS производитель системной платы не предлагает, но, главное, вы столкнулись с нестабильной работой какого-то приложения, и рассчитываете, что изменение микрокода процессора вам поможет. Только в этом случае имеет смысл самостоятельно изменить прошивку. А насчет того, чем это чревато - по-моему, ничем опасным. Во-первых, не стоит забывать, что загрузка обновления микрокода в процессор применяется во всех BIOS на платах для P6 и уже давно (многие видели в Setup загадочную опцию Microcode Update: Enable/Disable). И ничего! Все работает.

Это еще раз подчеркивает необходимость его использования. Кто знает, как бы обстояло дело без этого обновления! Отличие лишь в том, что раньше микрокод обновлялся с установкой новой версии флэша, а теперь можно перепрограммировать не все содержимое BIOS, а лишь ограниченный кусок.

Мой личный опыт работы с этой программой пока был ограничен 7 случаями, из которых удалось обновить микрокод только на одной системной плате (Abit LX6 c PII 233). В остальных случаях BIOS уже содержал обновленные версии микрокода. Также не удалось встретить BIOS, не поддерживающий обновление микрокода.

Что касается аналогичной возможности обновления микрокода в процессорах других производителей (AMD, Cyrix), то никакой информации по этому вопросу мне найти не удалось. Но я почти уверен, что в этих CPU имеется аналогичная возможность изменения микрокода.

Вы можете оптимизировать работу установленного в вашем компьютере центрального процессора производства Intel или AMD, установив новейшую версию его микрокода. Оптимизация достигается главным образом за счет исправления ошибок стандартного микрокода, получаемого от прошивки материнской платы.

Обновления прошивок BIOS/UEFI вашей материнской платы обычно содержат новые версии микрокодов для поддерживаемых материнской платой центральных процессоров. По этой причине в первую очередь следует убедиться в том, что используется новейшая версия BIOS/UEFI.

Данное руководство позволяет оптимизировать работу лишь тех центральных процессоров, которые были разработаны компаниями Intel и AMD.

Примечания:

• Установка пакета программного обеспечения с микрокодами может привести к нестабильной работе компьютера. По этой причине следует устанавливать данный пакет лишь тогда, когда наблюдаются какие-либо проблемы, связанные с функционированием центрального процессора вашего компьютера!
• Не устанавливайте пакет программного обеспечения с микрокодами центральных процессоров в том случае, если он выпущен раньше, чем прошивка BIOS/UEFI материнской платы вашего компьютера!

1. Центральные процессоры производства компании Intel

В случае использования центрального процессора производства компании Intel вы можете действовать описанным ниже образом.

Примечание: вам нужен пакет программного обеспечения с микрокодами центральных процессоров производства компании Intel, более новый, чем тот, что находится в официальном репозитории дистрибутива? В этом случае вы можете загрузить файл пакета программного обеспечения с расширением .deb из

Менеджер пакетов Synaptic Software

Менеджер пакетов Synaptic «Поиск на компьютере» ), ввести запрос «Synaptic» «Менеджер пакетов Synaptic» Менеджера пакетов Synaptic «Поиск» «microcode» и нажать кнопку «Поиск» рядом с ним.

3.201501106.1 (в данном случае версия 3 пакета была создана 6 ноября 2015 года).

« intel-microcode» и нажать кнопку «Применить»

dmesg | grep microcode

Enter

2. Центральные процессоры производства компании AMD

В случае использования процессоров производства компании AMD данное руководство будет актуально лишь для тех из них, которые были выпущены после 2006 года (AMD K10 и более новые). Если в вашем компьютере установлен один из таких центральных процессоров, вы можете действовать описанным ниже образом.

Примечание: вам нужен пакет программного обеспечения с микрокодами центральных процессоров производства компании AMD, более новый, чем тот, что находится в официальном репозитории дистрибутива? В этом случае вы можете загрузить файл пакета программного обеспечения с расширением .deb из репозитория дистрибутива Debian , в который помещаются пакеты новейших версий. После окончания загрузки файла пакета следует найти его с помощью менеджера файлов и использовать двойной клик для установки микрокодов в систему. По окончании установки необходимо перезагрузить компьютер.

A. В случае использования дистрибутива Ubuntu вам придется установить Менеджер пакетов Synaptic (это можно сделать с помощью приложения Software ). В Linux Mint данный менеджер пакетов присутствует сразу же после установки.

B. В первую очередь следует запустить Менеджер пакетов Synaptic . В дистрибутиве Ubuntu для этой цели следует нажать на белый логотип Ubuntu в верхней части боковой панели («Поиск на компьютере» ), ввести запрос «Synaptic» и выбрать первый из предложенных вариантов приложений «Менеджер пакетов Synaptic» . Не нужно использовать поле быстрого поиска пакетов программного обеспечения главного окна Менеджера пакетов Synaptic , так как соответствующий механизм ненадежен; вместо этого следует нажать кнопку «Поиск» на панели инструментов, в поле поиска открывшегося диалогового окна ввести запрос «amd64-microcode» и нажать кнопку «Поиск» рядом с ним.

C. Теперь следует проверить дату создания пакета программного обеспечения с микрокодами центральных процессоров: этот пакет должен быть создан позднее, чем прошивка BIOS/UEFI материнской платы вашего компьютера! Дата создания рассматриваемого пакета отражена в его номере версии, например 2.20160316.1 (в данном случае версия 2 пакета была создана 2 марта 2016 года).

D. Пришло время установить флажок напротив названия пакета программного обеспечения «amd64-microcode» и нажать кнопку «Применить» на панели инструментов приложения.

E. После завершения установки пакета программного обеспечения нужно перезагрузить компьютер.

F. После перезагрузки стоит проверить корректность загрузки одного из установленных микрокодов путем ввода следующей команды в окне терминала (используйте функции копирования/вставки для того, чтобы избежать ошибок):

dmesg | grep microcode

После окончания ввода команды следует нажать клавишу Enter для ее исполнения. Если микрокод был успешно загружен, вы увидите несколько сообщений об этом.

Хотите узнать о других настройках и приемах работы с Linux-системами? На данном веб-сайте размещено большое количество подобных материалов.