การออกแบบ CPU คืออะไร?

การออกแบบหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) คือการออกแบบสิ่งสำคัญของคอมพิวเตอร์การออกแบบมักจะดำเนินการโดยวิศวกรออกแบบคอมพิวเตอร์ที่เชี่ยวชาญในซีพียูโดยทั่วไปขั้นตอนแรกของการออกแบบ CPU คือการตัดสินใจว่าลำดับความสำคัญของการออกแบบคืออะไรและเป้าหมายจะบรรลุเป้าหมายอะไรกับ CPUการออกแบบซีพียูใหม่อาจใช้เวลานานถึงห้าปีบางครั้งนานกว่าและค่าใช้จ่ายทั้งหมดของระยะเวลาการออกแบบสามารถอยู่ในช่วงหลายสิบล้านดอลลาร์สหรัฐ (USD)ค่าใช้จ่ายเหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของ CPU ซึ่งอาจมีตั้งแต่ประสิทธิภาพสูงไปจนถึงซีพียูระดับต่ำสุดสำหรับอุปกรณ์ฝังตัวและแบบจำลองวัตถุประสงค์ทั่วไป

การออกแบบซีพียูบางส่วนจะต้องได้รับการแก้ไขเสมอรวมถึงการรวมชุดคำสั่งที่โปรแกรมเมอร์สามารถใช้หากไม่มีชุดคำสั่งโปรแกรมเมอร์จะไม่สามารถพัฒนาโปรแกรมที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์โดยใช้ CPU ที่กำหนดชุดคำสั่งระบุข้อมูลพื้นฐานจำนวนมากเช่นวิธีการอ่านและเขียนข้อมูลและสิ่งที่เฉพาะเจาะจงเช่นหน่วยความจำอยู่

อีกส่วนหนึ่งของการออกแบบ CPU คือการออกแบบการแสดงทางกายภาพของฮาร์ดแวร์เนื่องจากการออกแบบ CPU เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและใช้เวลานานจึงจำเป็นต้องใช้เครื่องจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อให้เห็นภาพฮาร์ดแวร์ต้นแบบทั้งหมดในกรณีส่วนใหญ่นักออกแบบซีพียูจำนวนมากทำงานร่วมกันในด้านการออกแบบ CPU นี้

หนึ่งในขั้นตอนสุดท้ายของการออกแบบ CPU เรียกว่าการตรวจสอบกฎการออกแบบวัตถุประสงค์ของกระบวนการนี้คือเพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบ CPU เป็นไปตามกฎทางเทคนิคที่ใช้เพื่อให้แน่ใจว่าชิปผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพการผลิตไม่ใช่กระบวนการที่สมบูรณ์แบบดังนั้นโดยทั่วไปจะมีตัวแปรและการกระทำที่ไม่แน่นอนการออกแบบชิปจะต้องสามารถทนต่อข้อผิดพลาดบางอย่างในระหว่างการผลิต แต่ยังคงทำงานได้อย่างถูกต้อง

เป้าหมายการออกแบบทั่วไปบางอย่างมีอยู่เมื่อออกแบบ CPU ใหม่และมักจะมีเป้าหมายมากกว่าหนึ่งเป้าหมายสำหรับ CPU ที่กำหนดบางครั้งนักออกแบบต้องการสร้างซีพียูที่สามารถทำได้มากขึ้นโดยน้อยเป้าหมายอาจไม่ได้ทำ CPU ที่เร็วกว่าการออกแบบที่มีอยู่มาก แต่เพื่อสร้างมาตรฐานบางอย่างที่ราคาถูกกว่าหรือประหยัดพลังงานมากขึ้นในกรณีอื่น ๆ เป้าหมายอาจสร้าง CPU ที่เร็วขึ้นโดยไม่คำนึงถึงต้นทุนหรือการใช้พลังงานเป้าหมายการออกแบบอีกประเภทหนึ่งคือการสร้าง CPU ที่ทำงานได้ดีขึ้นเมื่อใช้ในการคำนวณแบบขนานหรือมีประสิทธิภาพมากขึ้นกับกระบวนการบางประเภท