El diseño de la unidad central de procesamiento (CPU) es el diseño de un aspecto importante de una computadora. El diseño generalmente lo realiza un ingeniero de diseño informático especializado en CPU. En general, el primer paso del diseño de la CPU es decidir cuáles son las prioridades de diseño y qué objetivos se deben lograr con la CPU. El diseño de una nueva CPU puede llevar hasta cinco años, a veces más, y el costo total del período de diseño puede oscilar entre decenas de millones de dólares estadounidenses (USD). Estos costos varían según el tipo de CPU, que puede variar desde CPU de alto rendimiento hasta CPU de gama baja para dispositivos integrados y modelos de uso general.
Siempre se deben abordar algunas áreas del diseño de la CPU, incluida la integración de un conjunto de instrucciones que los programadores pueden usar. Sin un conjunto de instrucciones, los programadores no pueden desarrollar programas que se ejecuten en una computadora usando una CPU determinada. El conjunto de instrucciones especifica mucha información básica, como cómo leer y escribir datos y dónde se ubican cosas específicas como la memoria.
Otra parte integral del diseño de la CPU es diseñar la representación física del hardware. Dado que el diseño de una CPU es un proceso complicado y que requiere mucho tiempo, generalmente es necesario utilizar un simulador de computadora para visualizar todo el hardware prototipo. En la mayoría de los casos, muchos diseñadores de CPU trabajan juntos en este aspecto del diseño de CPU.
Uno de los pasos finales del diseño de la CPU se llama verificación de reglas de diseño. El propósito de este proceso es garantizar que el diseño de la CPU satisfaga las reglas técnicas utilizadas para garantizar que el chip se fabrique de manera eficaz. La fabricación no es un proceso perfecto, por lo que normalmente hay variables y acciones imprecisas. El diseño de un chip debe ser capaz de soportar algunos errores durante la fabricación pero seguir funcionando correctamente.
Existen algunos objetivos de diseño comunes al diseñar una nueva CPU y, a menudo, hay más de un objetivo para una CPU determinada. A veces, un diseñador quiere hacer una CPU que pueda hacer más con menos. Es posible que el objetivo no sea hacer una CPU que sea mucho más rápida que los diseños existentes, sino producir un cierto estándar que sea más barato o con mayor eficiencia energética. En otros casos, el objetivo podría ser construir una CPU más rápida sin tener en cuenta el costo o el uso de energía. Otro tipo de objetivo de diseño podría ser construir una CPU que funcione mejor cuando se usa en computación paralela o de manera más eficiente con ciertos tipos de procesos.