ARTIKEL & TESTS / Auf dem Prüfstand: Prescott 2,8-3,2 GHz

01.02.2004 12:00 Uhr

Signallaufzeit und ihre Probleme

Durch den immer weiter erhöhten Takt werden selbst die eigentlich sehr schnell übertragenen Signale durch den Prozessor zum Problem. Da alle Teile im Prozessor vom Takt gesteuert werden, erhalten alle Bauteile (Transistoren etc.) zur gleichen Zeit den Steuerimpuls (Takt), da bei den extrem schnellen Taktraten ein Taktzyklus aber nur noch um die 150-200 ps (Pico-Sekunden) dauert, ist selbst die eigentlich sehr schnelle Übermittlung elektrischer Signale ein Problem. Beim Northwood-Kern zum Beispiel erhalten einige Bereiche erst 20 ps später das Taktsignal. Dadurch, dass diese Bereiche hinterher hängen, laufen sie nicht mehr im gleichen Takt, im Extremfall kann der Prozessor dadurch nicht mehr betrieben werden. Es ergibt sich also eine Taktgrenze allein dadurch, dass gewisse Bereiche nicht mehr mit dem Rest der CPU synchron laufen.

Um den Prescott für höhere Taktraten fit zu machen, hat Intel den Prescott komplett umstrukturiert und die Bereiche die länger auf Signale warten müssen stark minimiert. Nun betragenen die Nachlaufzeiten zum Takt weniger als 7,5 ps, was der Takterhöhung aufgrund der Singallaufzeiten erst bei über 8 GHz eine Grenze setzt.

SSE3-Befehlserweiterung

Die SSE3-Erweiterung beinhaltet 13 neue SIMD-Befehle die im Wesentlichen für die Handhabung großer Zahlenketten oder Fließkommaberechnungen von Vorteil sind. Daher wird die Anwendung von vielen SSE3 Befehlen nur für Video- und Audiocodierung und Renderanwendungen interessant. Wobei ohne Unterstützung seitens der Programme - wie bei Befehlssätzen üblich - kein Leistungsgewinn zu erwarten ist. Zum Beispiel dient FISTTP dazu, Umwandlungen vom Datentyp Float (Fließkommadatentyp) in Integer (Ganzzahlig) durch Truncation schneller durchführen zu können.

Fertigungstechnologie und Besonderheiten

Der Prescott wird in einem 90 nm Herstellungsprozess gefertigt, hierdurch können mehr Transistoren auf einem Wafer erstellt werden, die Transistoren sind nebenbei schneller und benötigen weniger Platz. Dadurch kann Intel den Prescott auch mit 125 Millionen Tranistoren versehen und dabei den Platzverbrauch, im Vergleich zum Northwood-Kern mit lediglich 55 Millionen Transistoren und 131 mm², die DIE-Oberfläche auf 112 mm² senken.

Um die Transistoren und somit den gesamten Prozessor schneller arbeiten zu lassen, wird zudem ein neues Fertigungs- und Aufbereitungsverfahren für das verwendete Silizium benutzt. Hierbei nennt Intel das Schlagwort Strained Silizium, wohinter sich eine komplizierte Technik verbirgt, mit der das natürliche Kristalgitter des Siliziums aufgebogen wird um einen besseren und vorallem schnelleren Eletronenfluss zu erreichen. Die Folge sind Tranistoren mit kürzeren Schaltzeiten.

Eine weitere Neuerung ist die neue Verdrahtung für höhere Taktraten, was direkt im Zusammenhang mit den Signallaufzeiten zwischen den Transitoren steht. Werden die Signale schnell zum nächsten Bereich, in dem Fall zum nächsten Transistor weitergeleitet, so erfolgt auch die endgültige Fertigstellung und Ausgabe einer Tätigkeit schneller. Auswirkung auf diese Signallaufzeiten hat bei der Verdrahtung vor allem der Widerstand der Signalleitung selbst, sowie die auftretenden und nicht beabsichtigten Kapazitäten, daher auch parasitär genannt. Um ersteres niedrig zu halten, kommen, wie bei allen modernen Prozessoren, Leitungen aus Kupfer zum Einsatz. Um allerdings den letzeren, weitaus komplizierteren Effekt einzudämmen sollte man kurz erläutern um was es sich dabei handelt: Ein jedes Bauteil einer CPU, wie ein Transistor oder eine Leiterbahn, hat einen gewissen Widerstand der vorberechnet werden kann. Allerdings wirken zwischen den einzelnen Tranistoren und Leitungen auch Kapaizitäten, was heißt, dass jedes Element zum benachbarten Bauteil eine gewisse Kapazität besitzt, sowie Induktiv wirkt, da die parasitäre Kapazität sehr komplex und vom Aufbau der Struktur abhängig ist, strebt man an, die Isolierschicht zwischen den Leiterbahnen die auf Grund von Naturgesetzen die Kapazität zwischen den Leitungen verstärken aus Materialen zu wählen, deren Dielektrizitätskonstante (gibt die kapazitätsverstärkende Wirkung von Isolatoren an) niedriger als bei bisher verwendeten Materialen liegt und daher die parasitäre Kapazität vermindert. Die beim Prescott verwendete Isolierschicht zwischen den Leiterbahnen hat einen wesentlich geringeren K Wert und erlaubt somit höhere Taktraten.

Autor: Pascal Heller

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