随着三维集成电路技术日趋完善,片上网络的研究由二维逐渐转向三维结构。相比于二维片上网络,三维结构缩短了片上网络的全局互连,并降低了延时和功耗。但由于使用了三维堆叠技术,晶体管的密度大大提升,不可避免地加重了片上网络的散热问题。路由器是三维片上网络的关键组件,其机制与结构的设计对整个系统的性能有着很大的影响。论文针对三维片上网络中的热点和拥塞问题,对路由器机制与结构展开研究。首先针对三维片上网络中出现的热点问题,论文提出了一种基于Credit的双阈值流控机制,该机制通过两个温度阈值对网络中热点区域的流量进行控制。与传统的流控机制相比,所提出的流控机制可以有效地控制三维片上网络中节点的温度,避免网络产生热点。其次,针对三维片上网络中的拥塞问题,提出了一种基于剩余跳数的动态优先级仲裁机制。与传统的仲裁机制相比,该机制在保证公平性的前提下,优先传输剩余跳数较少的数据包,可以减少网络中数据包等待的个数,降低平均传输延时、提高网络吞吐量,从而降低网络的拥塞程度。然后提出了一种三维片上网络路由器结构,以应用实现前述两种机制。特别地,该路由器结构引入了新型非易失性存储技术设计一个公共缓冲区,通过扩大缓冲区的容量来进一步缓解网络中的拥塞。在基于Noxim仿真环境中,对所提出的路由器流控机制、仲裁机制以及结构分别进行了仿真验证,实验结果表明,相比传统三维片上网络路由器,所提出的路由器获得了更优的性能,并降低了网络通信功耗。进一步,采用Verilog语言完成了三维片上网络路由器的RTL级建模,对其进行了功能验证与开销评估。