Intel Pentium 4 mit 2,8 GHz im Test: Mit Vollgas in Richtung 3 GHz

Neue Fertigung

Bereits in unserem Artikel über den Pentium4 2,2GHz hatten wir darüber berichtet, dass Intel die Fertigung nach und nach von 200mm Wafer auf 300mm Wafer umstellen wird.

Wafer sind runde, polierte Silizium-Scheiben und stellen die Grundlage für die Chip-Herstellung dar. Durch den Umstieg auf größere Wafer werden die Herstellungskosten gesenkt, da zum einen viel mehr DIEs auf einem Wafer Platz finden und zum anderen der Verschnitt an den Rändern, der bei einem runden Silizium-Wafer und eckigen DIEs logischerweise entsteht, prozentual betrachtet auf einem größeren Wafer kleiner ausfällt. So bieten 300mm Wafer eine um den Faktor 2,25 größere Fläche als 200mm Wafer. Die Herstellungskosten für einen einzelnen Wafer steigen aber keineswegs um diesen Faktor, so dass schon hier erste Herstellungskosten eingespart werden.

Die neuen Wafer zogen aber auch andere Änderungen in der Herstellung nach sich. Konnten die 200mm Wafer noch von Hand transportiert werden, so ist dies bei 300mm Wafern aus ergonomischen Gründen nicht mehr erlaubt. Die Vergrößerung der Fläche um den Faktor 2,25 zieht natürlich auch eine Gewichtserhöhung um den Faktor 2,25 nach sich.

Für den Umgang mit den 300mm Wafern wurde deshalb eine automatische und mechanische Hilfe erforderlich. Dies kann teilweise natürlich zu kurzen Verzögerungen im Produktionsablauf führen, da einfache Handgriffe jetzt nur noch mit mechanischer Unterstützung ablaufen können. Des Weiteren mussten natürlich die ganzen Fabriken an die neuen Wafer angepasst werden und die Umrüstung kompletter Produktionsteile war unumgänglich.

Ein derartiger Umstieg macht natürlich nur Sinn, wenn die Produktion mit 300mm Wafern eine identische Performance und Qualität bei besserer Ausbeute garantiert. Am Anfang der Entwicklung war die Ausbeute mit 300mm Silizium-Wafern sogar geringer als mit 200mm Wafern. Im Zuge der weiteren Verbesserung und Anpassung der Fertigungstechnik, schlossen die 300mm Wafern in diesem Bereich jedoch schnell zu ihren Vorgängern auf.

Doch warum ist diese Fertigungsänderung auch bei den neuen Pentium4 Modellen nicht uninteressant? Schon damals bei der Umstellung des Fertigungsprozesses von 0.18µm auf 0.13µm konnten mehr DIEs pro Wafer hergestellt werden. Als dann auch noch die Wafer von 200mm auf 300mm umgestellt wurden, machte sich dies doppelt bemerkbar. Passten auf einen 200mm Wafer noch 144 DIEs des alten Pentium4 - Willamette, so konnten auf einem 300mm Wafer schon 200 dieser DIEs untergebracht werden. Ein Willamette-DIE war aber noch 217mm² groß. Durch die neue 0.13µm Technologie verringere sich die DIE-Größe des Northwoods trotz doppeltem L2-Cache auf 146mm². So kamen bisher 484 Northwood-DIEs auf einem 300mm Wafer unter.

Doch wie wir beim Abschnitt über das neue Stepping schon berichteten, hat Intel diese Fläche durch eine dichtere Platzierung der Funktionseinheiten und das Entfernen von „Leerflächen“ um 10 Prozent auf 131mm² verkleinert. Somit wurde die Ausbeute an DIEs pro Wafer noch einmal gesteigert und die Produktionskosten ein weiteres Mal gesenkt.