La velocidad de la CPU, o la velocidad de la unidad central de procesamiento en una computadora, es esencialmente la velocidad a la que la computadora puede realizar cálculos que se le envían a través de las instrucciones del programa de software cargadas en la memoria volátil de acceso aleatorio (RAM). La velocidad del procesador está limitada por la cantidad de transistores integrados en un procesador, las conexiones en paralelo a otros procesadores, la capacidad del bus para transmitir datos desde la CPU a la memoria y otras especificaciones de hardware. La mayoría de las CPU también tienen sus propios registros de memoria para realizar cálculos de núcleo localmente, sin tener que transmitirlos a través de un bus a otro componente de hardware y viceversa.
Los procesadores de computadora en los sistemas actuales son capaces de operar a un ritmo tan rápido que las limitaciones de rendimiento en la mayoría de las computadoras personales están mucho más ligadas al cuello de botella de la capacidad del bus. La cantidad de RAM disponible y el diseño del software que accede al sistema también son más críticos que el rendimiento real de la CPU. La capacidad de subprocesos múltiples en el diseño de la CPU es otro factor clave de velocidad, que es la capacidad de la CPU para realizar múltiples tareas en un entorno de ejecución compartido en la CPU, por lo que se tiene que almacenar y recuperar menos información de la memoria durante las operaciones del programa.
Los aficionados a menudo cambiarán lo que se conoce como la velocidad del reloj en una CPU, mediante el overclocking del dispositivo. Parte de lo que determina la velocidad de la CPU en una computadora es su frecuencia de reloj, o velocidad de reloj, que es el número de ciclos de reloj, según el reloj interno de la computadora, que la CPU necesita para realizar una instrucción. Las CPU idénticas pueden tener tasas de rendimiento muy diferentes si una se sincroniza, por ejemplo, para sumar dos números en 10 ciclos, donde la otra CPU hace el mismo cálculo en 2 ciclos de reloj.
Si bien el overclocking de la CPU de una computadora la desincronizará con la velocidad del bus, puede aumentar considerablemente el rendimiento de la CPU en sistemas más antiguos que se han mejorado con nuevas arquitecturas de bus. Sin embargo, los procesadores más nuevos no se beneficiarán de los cambios en la velocidad del reloj, ya que ya están operando a un nivel muy por encima de lo que el bus y la memoria de la computadora pueden manejar. Con la velocidad de la CPU en el rango de múltiples gigahercios, se realizan miles de millones de cálculos por segundo. Por lo tanto, una CPU de 2.4 gigahercios puede ejecutar 2.4 mil millones de cálculos por segundo, mientras que un bus típico de interconexión de componentes periféricos (PCI) de 32 o 64 bits se ejecutará en el rango de 127 a 508 megabytes (millones de bytes) por segundo.
Otro factor limitante para la velocidad de la CPU, ya sea overclockeado o no, implica la capacidad de todo el sistema informático para disipar el calor del procesador, ya que el aumento de calor genera una barrera térmica para la transmisión de señales eléctricas en el transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico ( MOSFET) diseños de CPU. Los procesadores más rápidos requieren fuentes de alimentación de mayor potencia, lo que se traduce en una mayor generación de calor. Los disipadores de calor, que actúan como minirradiadores, están integrados en la superficie de los procesadores para disipar el calor por conducción, y los sistemas de ventiladores dentro de la carcasa de la computadora también lo llevan por convección.
Ejecutar varios procesadores en paralelo para compartir cálculos de datos en una computadora es ahora un enfoque común con la mayoría de las computadoras para aumentar la velocidad de la CPU. En los sistemas avanzados, la refrigeración líquida también está involucrada para mantener la CPU a una temperatura estable. Las supercomputadoras muy avanzadas utilizan miles de procesadores que operan en paralelo y se enfrían con nitrógeno líquido o helio líquido a temperaturas de alrededor de -452 ° Fahrenheit (-269 ° Celsius), con velocidades de reloj que superan los 500 gigahercios, o 500 mil millones de cálculos por segundo.