随着集成电路的特征尺寸进入纳米级,互连线所带来的问题已经成为其发展最大障碍。首先,纳米级的互连线延时和门延时已经在同一个量级。其次,纳米级集成电路金属互连线的动态功耗密度已经变得很大。芯片内部的温度分布已经变得非常不均匀,不均匀的温度分布会带来互连线延时和功耗的再分布。本文首先研究和概括了纳米级互连线延时和几种延时优化技术,分析了集成电路中的功耗组成和热扩散方程,得到了芯片中温度分布的计算方法。基于互连网络的RLCπ形等效模型,考虑了电感的屏蔽作用和非理想的阶跃激励,本文提出了互连线网络在斜阶跃激励下的焦耳热功耗解析模型,该模型极大的简化了互连网络中响应电流和功耗计算,并基于纳米CMOS工艺的互连参数对所提出的解析模型进行了验证,结果证明误差小于3%,适合应用于大规模互连网络中的功耗估算和热分析。其次,基于集总式RC树形功耗模型,本文考虑了非均匀温度分布对互连线电阻影响,提出了一种新的分布式互连线延时和动态功耗解析模型,解决了集总式模型不能表征非均匀温度变化带来的电阻变化的问题,并计算了一次非理想的激励冲激下整个互连模型消耗的总能量。验证结果证明,相同情况下,互连线的功耗并没有随着特征尺寸的缩小而降低,考虑温度比不考虑温度情况下互连线功耗约相差15%。