Central processing unit (CPU) design är designen av en viktig aspekt av en dator. Designen utförs vanligtvis av en datordesigner som är specialiserad på CPU:er. I allmänhet är det första steget i CPU-design att bestämma vad designprioriteringarna är och vilka mål som ska uppnås med CPU:n. Att designa en ny CPU kan ta upp till fem år, ibland längre, och den totala kostnaden för designperioden kan variera i tiotals miljoner amerikanska dollar (USD). Dessa kostnader varierar beroende på typen av CPU, som kan variera från högpresterande till lågprisprocessorer för inbäddade enheter och modeller för allmänna ändamål.
Ett fåtal områden av CPU-design måste alltid tas upp, inklusive integrationen av en instruktionsuppsättning som programmerare kan använda. Utan en instruktionsuppsättning kan programmerare inte utveckla program som körs på en dator med en given CPU. Instruktionsuppsättningen specificerar mycket grundläggande information, som hur man läser och skriver data och var specifika saker som minne finns.
En annan integrerad del av CPU-design är att designa den fysiska representationen av hårdvaran. Eftersom att designa en CPU är en komplicerad, tidskrävande process, är det vanligtvis nödvändigt att använda en datorsimulator för att visualisera all prototyphårdvara. I de flesta fall arbetar många CPU-designers tillsammans om denna aspekt av CPU-design.
Ett av de sista stegen i CPU-design kallas designregelkontroll. Syftet med denna process är att säkerställa att CPU-designen uppfyller tekniska regler som används för att säkerställa att chippet tillverkas effektivt. Tillverkning är inte en perfekt process, så det finns vanligtvis variabler och oprecisa åtgärder. Utformningen av ett chip måste kunna motstå vissa fel under tillverkningen men ändå fungera korrekt.
Vissa vanliga designmål finns när man designar en ny CPU, och det finns ofta mer än ett mål för en given CPU. Ibland vill en designer göra en CPU som kan göra mer med mindre. Målet kanske inte är att göra en CPU som är mycket snabbare än befintliga konstruktioner, utan att producera en viss standard som är billigare eller mer energieffektiv. I andra fall kan målet verkligen vara att bygga en snabbare CPU utan hänsyn till kostnad eller energianvändning. En annan typ av designmål kan vara att bygga en CPU som fungerar bättre när den används i parallell beräkning eller mer effektivt med vissa typer av processer.