La progettazione dell’unità di elaborazione centrale (CPU) è la progettazione di un aspetto importante di un computer. La progettazione viene solitamente eseguita da un progettista informatico specializzato in CPU. In generale, il primo passo della progettazione della CPU è decidere quali sono le priorità di progettazione e quali obiettivi devono essere raggiunti con la CPU. La progettazione di una nuova CPU può richiedere fino a cinque anni, a volte di più, e il costo totale del periodo di progettazione può variare nelle decine di milioni di dollari statunitensi (USD). Questi costi variano a seconda del tipo di CPU, che può variare da CPU ad alte prestazioni a CPU di fascia bassa per dispositivi embedded e modelli generici.
Alcune aree della progettazione della CPU devono sempre essere affrontate, inclusa l’integrazione di un set di istruzioni che i programmatori possono utilizzare. Senza un set di istruzioni, i programmatori non sono in grado di sviluppare programmi che vengono eseguiti su un computer utilizzando una determinata CPU. Il set di istruzioni specifica molte informazioni di base, come come leggere e scrivere dati e dove si trovano cose specifiche come la memoria.
Un’altra parte integrante della progettazione della CPU è la progettazione della rappresentazione fisica dell’hardware. Poiché la progettazione di una CPU è un processo complicato e dispendioso in termini di tempo, è in genere necessario utilizzare un simulatore di computer per visualizzare tutto l’hardware prototipato. Nella maggior parte dei casi, molti progettisti di CPU lavorano insieme su questo aspetto della progettazione della CPU.
Uno dei passaggi finali della progettazione della CPU è chiamato controllo delle regole di progettazione. Lo scopo di questo processo è garantire che il design della CPU soddisfi le regole tecniche utilizzate per garantire che il chip sia fabbricato in modo efficace. La produzione non è un processo perfetto, quindi in genere ci sono variabili e azioni imprecise. Il design di un chip deve essere in grado di sopportare alcuni errori durante la produzione, ma continuare a funzionare correttamente.
Esistono alcuni obiettivi di progettazione comuni quando si progetta una nuova CPU e spesso c’è più di un obiettivo per una determinata CPU. A volte un progettista vuole realizzare una CPU che possa fare di più con meno. L’obiettivo potrebbe non essere quello di realizzare una CPU molto più veloce dei progetti esistenti, ma di produrre un certo standard che sia più economico o più efficiente dal punto di vista energetico. In altri casi, l’obiettivo potrebbe effettivamente essere quello di costruire una CPU più veloce indipendentemente dal costo o dal consumo energetico. Un altro tipo di obiettivo di progettazione potrebbe essere quello di creare una CPU che funzioni meglio se utilizzata in elaborazione parallela o in modo più efficiente con determinati tipi di processi.