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片上网络(NoC)技术在可扩展性、可重用性、设计效率、带宽、同步策略等方面都具有无可争议的优势。而随着NoC中集成核的数目逐步增多,传统的2DNoC逐渐不能满足性能需求,尤其在芯片面积以及核间通讯方面遇到了瓶颈。随着三维集成电路工艺的不断发展和日臻成熟,三维片上网络(3D NoC)的研究逐步成为解决上述问题的途径。功耗及其均匀分布是3D NoC中需要重点考虑的问题之一,本文建立了一款三维功耗模型,并将该模型用于3D NoC中,提出一种面向功耗的三维路由协议TPRA (Three-dimensional Power-adaptive Routing Algorithm);为进一步提高三维路由灵活性,改善功耗分布,本文又提出一种三维全动态路由协议TFRA (Three-dimensional Full-adaptive Routing Algorithm),使3D NoC网络的功耗分布得到更好的优化,从而有效地避免热点的产生。针对3D NoC设计中的功耗问题,本文首先建立了一种可用于3D NoC的路由器功耗模型,并且结合奇偶拐弯路由模型,提出了一种面向功耗的3D NoC路由算法TPRA。该算法根据三维网络的功耗状况动态地做出路由决定,从而优化了网络的功耗分布,能有效避免局部功耗过大。在采用SystemC系统级建模语言搭建的3D NoC仿真平台下进行验证,实验结果表明,与面向拥塞的路由算法相比,该TPRA算法能够明显地改善网络的功耗以及功耗分布,最好情况下,平均功耗下降了18.44%,最大功耗下降了11.57%,功耗方差下降了24.61%。其次,在TPRA算法中功耗模型的基础上,为了进一步提高三维路由灵活性,优化功耗分布,本论文提出了一种免死锁三维全动态3D NoC路由算法TFRA,该算法能更好地自适应功耗进行路由,同样在SystemC系统级语言搭建的3D NoC仿真平台下进行验证,实验结果显示TFRA在功耗性能指标方面较前述的TPRA有大幅提升,最好情况下,平均功耗下降了9.61%,最大功耗下降了19.45%,功耗方差下降了42.52%。本文主要以功耗优化为出发点研究了3D NoC路由算法,致力于设计低功耗且功耗分布均衡的3D NoC路由算法,为将来3D NoC的进入实际应用阶段提供一定参考。