Intels Pentium 4 Prescott im Detail

Low-k-Kupferverdrahtung

Die Transistoren zu beschleunigen, ist aber nur ein Schritt auf dem Weg zu schnelleren Prozessoren. Die Ausgangssignale eines Transistors müssen auch möglichst schnell an die nächste Verarbeitungsstufe weitergeleitet werden. Vor allem die Laufzeit in den Verbindungsleitungen, den Interconnects, verhindert bei aktuellen Prozessoren eine höhere Taktrate.

Die Geschwindigkeit, mit der Schaltsignale in den Interconnects von einem Transistor zum nächsten laufen, ist in erster Linie von zwei Faktoren abhängig: dem Widerstand der Leiterbahn und der parasitären Kapazität. Je kleiner beides ist, desto schneller lädt ein Schaltvorgang den Interconnect um und desto schneller liegt am Eingang der nächsten Stufe ein stabiles Signal an.

Low-k-Dielektrikum: Das Low-k-Material in der Verdrahtungsschicht senkt die parasitären Kapazitäten zwischen den Kupferleitungen. (Quelle: Intel).
Low-k-Dielektrikum: Das Low-k-Material in der Verdrahtungsschicht senkt die parasitären Kapazitäten zwischen den Kupferleitungen. (Quelle: Intel).

Daher erhält der Prescott, wie auch schon der Northwood und AMDs Athlon, eine komplette Verdrahtung in Kupfer. Dessen spezifischer Widerstand ist um 40 Prozent niedriger als der von Aluminium, das noch beim Pentium 4 Willamette genutzt wurde. Neu ist allerdings, dass alle sieben Ebenen in ein so genanntes Low-k-Material eingebettet sind.

Das früher genutzte Siliziumdioxid zwischen den Leiterbahnen sorgte durch seine relative Dielektrizitätskonstante k von 4,0 für eine hohe Kapazität der Leitungen. Beim Northwood kam erstmals eine Fluor-Dotierung hinzu, die den k-Wert der Isolation auf 3,6 drückt. Jetzt nutzt Intel kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid, das ein k von unter 3,0 haben soll. Dies sorgt für 25 Prozent geringere parasitäre Kapazitäten und erhöht die Geschwindigkeit der Signale um den gleichen Faktor.