随着芯片制造技术的不断发展,系统芯片的规模也将不断扩大。总线和点到点的互连将不能适应系统芯片的继续发展。片上网络具有良好的地址空间扩展性和并行通信能力,以分组交换作为基本通信技术,采用全局异步局部同步的通信机制,从体系结构上彻底解决了片上总线带来的单一时钟问题。传输延时是网络性能的重要指标,路由算法很大程度上决定片上网络的传输延时,影响片上网络的性能。随着三维集成技术的兴起,三维结构的片上网络逐渐成为片上网络领域中研究的主要方向。三维片上网络在同构多核系统中相比二维片上网络具有更为优越的性能。本文研究了几种三维拓扑结构片上网络的性能(3D Mesh结构、蝶形胖树结构、移位交换网结构、De Bruijn图结构和XnoTs结构)。同时研究了适用于三维片上网络的路由技术(如虫孔交换技术和虚通道技术)以及路由算法(维序路由算法、基于转弯模型的路由算法和平面自适应路由算法),并提出一种基于3D Mesh结构的XY-YZ路由算法。该算法是一种具有自适应性、无死锁的最短路径路由算法,本文给出了该算法免死锁的证明和容错性的分析,最后通过片上网络模拟仿真实验平台Noxim将该算法在一个3D Mesh网络中进行了仿真。仿真的结果显示,XY-YZ路由算法在吞吐率、平均延迟和能耗上均表现出较好的性能。