随着集成电路技术的发展,多处理器片上系统已经成为了下一代单芯片处理器的主要设计形式。由于传统全局互连方式(总线互连)阻碍了系统性能的提升和规模的扩展,基于三维片上网络的多处理器片上系统将成为多处理器片上系统今后主要的研究方向,该设计可以提供更大的互连带宽,更低的网络能耗和更高的晶体管密度以实现更高的性能。然而,较大的晶体管密度及不断提高的处理器工作频率使得多处理器片上系统中处理器过热,形成了不可避免的散热问题,这成为阻碍多处理器片上系统性能提高的关键问题之一。论文针对基于三维片上网络的多处理器片上系统散热问题,从温度预测与任务分配方面展开深入的研究,重点解决温度预测中预测准确度的优化与预测时长的拓宽、温度信息共享策略的信息延迟优化和静态任务分配中峰值温度和热量分布均衡的优化这三个关键问题。论文首先从分析温度变化过程中的非线性特点出发,以RC热传导(Thermal Resistance and Capacitance, Thermal R C)模型为基础,结合二阶导数提出了一种温度预测模型。该模型不仅可以在较低的运算复杂度下准确预测温度,而且能在固定的预测误差率范围内拓宽预测时间长度。实验结果表明,相比现有的一次导数预测模型,在相同可接受误差率范围内,该模型能将预测时长拓宽至对比模型的1.6倍。同时,当预测时长拓展至2.5s时,该模型的预测准确率比对比模型高3.84%。针对基于多播传输的温度信息共享策略的研究,提出了一种平衡分区多播传输方法,该方法可以权衡启动延迟和网络延迟这两个延迟性能参数动态地选择当前网络的最优分区个数,并根据源节点在网络中的位置划分最优的分区结构,在完成分区的基础上对各个子分区中的信息进行路由传输,从而尽可能地减小多播传输的总延迟。实验结果表明,在相同网络配置条件下,相比于现有的递归分区多播传输方法,本方法最大能减少16.4%的延迟。当传输数据包长度为1 flit,5 flits和15 flits时,在三种拓扑结构(4×4×3,8×8×3和16×16×3)中,本方法最大分别能减少与之对比的递归分区多播传输方法2.4%,4.1%和18.3%的延迟。针对静态任务分配研究,综合三维片上网络架构中不同水平层的散热能力差异以及垂直方向上处理器核之间的热特性,提出一种可以均衡区域温度的任务集映射分配(Task Set Allocation, TSA)方案,并以减小峰值温度为目标在该分配方案的基础上做了改进,改进后的基于顶层功率排序的任务集分配(Task Set Allocation based on Top Power, TP-TSA)方案可以降低处理器核的峰值温度,减小热点产生的几率。实验结果表明,相比于现有的Adapt3D方案,本文的TP-TSA方案平均可以将分配后热点出现的几率减少37.43%,并同时提高30.44%的吞吐量,在三种拓扑结构(2×2×2,2×2×3和2×2×4)中,热点减小的几率和吞吐量最大可以分别提高47.88%,46.35%。