随着半导体工艺尺寸的持续降低,系统集成度的不断提高,SoC体系结构的焦点由单核以计算为核心的设计转移到多核以通信为核心的设计。在复杂的多核SoC系统中,通信所消耗的功耗已经和逻辑运算以及存储消耗的功耗相当,并有望超过它们。芯片面积和功耗预算日益受控于芯片的互连网络,这使得片上互连设计研究倍受关注,并成为推动NoC优化研究的一个主要动力。片上网络路由器的缓存占据着整个网络很大比重的功耗和面积,并对网络的性能有着显著的影响,因此片上网络路由器缓存的优化研究具有重要的意义。为了指导缓存优化,给出了一种基于参数组(λ, H ,α,δ)的流量特征模型,该模型能够准确地量化应用的负载特征。同时利用经典的流量模型分析了片上网络缓存利用率分布的一般规律,发现了缓存利用率的时间和空间分布不均,由此提出了动态优化与静态优化相结合的优化思想,在这种思想的指导下,完成了以下两种缓存优化方案的设计。1)针对一般性的虚拟通道路由器结构,提出了一种静态虚通道数量分配与动态功率门控相结合的缓存优化方法。首先建立片上网络输出阻塞概率模型,依据网络中阻塞概率分配网络中不同节点不同端口的虚拟通道数量,平衡网络中虚拟通道的利用情况。然后引入功率门控策略,适时关闭掉系统运行中处于空闲状态的虚拟通道,降低片上网络的静态功耗开销。这样,针对片上网络的缓存利用特征从空间和时间两个角度实现了缓存的优化。试验结果表明,与单一的缓存分配或者功率门控策略相比,这种混合的优化算法在低负载下能够获得20.30%~44.53%的能耗节省,即使是在网络饱和注入率附近,也可获得大约8.5%左右的能耗节省。2)针对虚拟通道功能限定的路由器结构,提出了一种静态缓存容量分配与动态缓存结构相结合的缓存优化方法。首先采用简化的单一缓存通道路由器模型进行排队分析,计算网络中各个端口缓存满概率,并以此为依据应用贪心算法分配各个端口缓存容量,去除网络中缓存的空间分布冗余。然后设计了一种动态缓存结构,使得同一端口不同的虚拟通道能够共享所有空闲的缓存,充分利用了有限的缓存资源。这样,静态缓存容量分配算法忽略的同一端口内数据冲突信息正好可由动态缓存结构来弥补,两种优化方法结合起来,进一步降低了片上网络缓存开销。与单一的缓存分配或者动态缓存结构相比,结合后的优化方法能够节省10.00%~46.43%的缓存开销。