三维片上网络(Three-Dimensional Network on Chip,3D NoC)具有物理连线长度短,数据传输延时低,芯片集成密度高等优势,彻底突破了2D NoC的瓶颈,引起学术界和工业界的广泛关注。在扮演重要角色的同时,3D NoC也面临着越来越严峻的挑战,其中如何在网络中进行可靠的数据传输成为关键问题。路由算法负责计算数据包的传输路径,并将数据包准确无误的从源节点传输到目的节点,在3D NoC中具有重要意义和地位。目前有关路由算法的研究已经取得不少成果,但还存在以下问题:(1)数据包在传输过程中由于优先级失效,导致发生转向传输;(2)当扩大网络规模时,片上存储开销急剧增加;(3)多播传输的场景中,网络易拥塞且数据包传输延时高,不利于各程序的实时处理与服务。针对上述问题,本文依托于国家科技重大专项,以提高三维片上网络的传输性能为目标,基于全互连和非全互连3D Mesh两种拓扑结构,分别针对转向路由算法、单播路由算法和多播路由算法展开研究,具体的研究内容如下:1.针对转向路由算法中优先级分配机制无效和本地数据包排出不及时问题,提出一种基于微缓存路由器的重计算转向路由算法。首先,该算法根据优先级决定哪个数据包优先进行端口选择,然后基于目的节点所在方向选择最佳端口。为了保证优先级持续有效,在数据包即将传输到下游路由器时,根据当前节点相对目的节点的方向重新计算优先级。此外,在路由器的排出单元引入排出缓存,解决本地数据包排出不及时的问题。最后,仿真实验结果表明,与参考算法相比,该算法的传输延时和转向次数分别降低了14.8%和15.4%。2.针对非全互连3D Mesh NoC单播路由算法存储开销大,缺乏可扩展性的问题,提出了多维信息记录表结构。该结构只存储距离当前节点最近4个TSV位置信息以及网络故障状态和端口缓存占用情况。此外,结合记录表设计了基于多维信息混合的自适应单播路由算法,该算法通过综合多维信息计算出最佳的传输路径。理论计算结果表明,提出的记录表在较大的网络规模下可以大幅降低硬件资源开销。仿真实验结果表明,该算法相比只考虑故障信息的算法最少可以提升8.5%的网络吞吐率,平均降低11.6%的传输延时。3.针对非全互连3D Mesh NoC多播路由算法传输延时高且网络易拥塞的问题,提出一种基于层内网络区域划分的多播路由算法。层间传输时,数据包选择距离当前节点最近的TSV作为层间传输通道,可以缩短层间传输路径长度;层内传输时,根据源节点和目的节点位置关系划分网络区域,然后使数据包在公共路径上单包传输而且不强制在目的节点进行复制,可以降低网络发生拥塞的可能,同时区域划分策略可以避免层内发生死锁。仿真实验结果表明,相比于现有多播路由算法,该算法具有更高的可靠性,同时在Random和Hotspot两种流量模型下分别平均提高7.1%和12.5%的网络传输性能。