作为一种新型的片上互连架构,片上网络的主要优势在于可扩展性强、低延和高带宽。然而,片上网络中的路由器故障以及路由器之间的链路故障都会造成网络性能损失,进而引起局部拥塞。此外,随着单芯片上集成的核越来越多,片上网络的架构逐渐不能解决平面上长互连线问题。通过TSV实现层间堆叠的三维片上网络很好地解决了以上问题。但由于制造工艺水平的限制和TSV资源利用率的提高,三维片上网络中非全互连架构应运而生。本文为提高网络通信效率,均衡网络流量,充分利用TSV资源,开展了深入系统的研究。论文主要工作如下：(1)针对片上网络中的路由器故障以及路由器之间的链路故障造成的网络性能损失,提出了一种针对路径故障与局部拥塞的NoC容错路由算法。首先,设计了一种新颖的相隔节点间路径故障模型,该模型下的路由器以较小的开销为代价,动态感知两跳以内的路径故障状态。其次,提出了一种新颖的更能准确反映网络拥塞状态的拥塞模型来均衡网络流量。最后,当网络无故障时,算法保证走最优路径；有故障时,算法不仅可以实现容错还能保证网络具有良好的性能。(2)针对非全互连三维片上网络中TSV资源利用率问题,提出了一种可复用仲裁器的TSV可重配置的高效通信方法。首先,本文在节点中添加SVC的设计,用于存储层间通信的数据；其次,将TSV设计成可重配置的通道,一旦满足相关条件,配置成双向通道,完成高效的层间传输；最后,设计一种可复用的仲裁器,实现对SVC中相关数据优先仲裁。综合以上设计,本文提出的设计方案可以减轻非全互连下的TSV拥塞情况,同时提高TSV的资源利用率。实验结果表明,本文方案的网络性能,相较于参考对象,均有一定的优势。