随着计算需求的增长，集成在芯片上的 IP核、芯片面积和功耗都在快速增加。相比2D NoC，三维片上网络具有封装密度更高、全局互联更短和通信延迟更小等特点，在可扩展性、可重用性、设计效率、带宽、同步策略等方面都具有无可争议的优势。已经成为当前片上网络的主要研究方向。但三维片上网络实现工艺中的堆叠方式和高度密集的晶体管布局带来芯片上功耗密度的增加，使得芯片上热量分布不均衡和散热问题成为需要处理的重要问题。新型拓扑结构和任务映射算法的设计是3D NoC散热以及降低功耗的关键。　　本文首先对现有的3D NoC拓扑结构、路由算法、交换机制、任务映射、温度模型以及性能模型等进行了研究，分析了现有拓扑结构下通过任务调度等方法避免热点产生，处理温度问题过程中遇到的瓶颈。考虑到了在三维片上网络中竖直方向热相关性较大，竖直方向相邻节点比层相邻节点之间导热效率高这一特点。提出了一种结合了电路交换的环形拓扑和包交换的3D Mesh拓扑结构的优点的混合拓扑结构：3D RMH，并且深入分析3D RMH拓扑结构中任务调度前后的通信过程，提出了一种分层的XYZC路由算法。通过同层任务映射和调度，在缓解温度问题的同时保持任务之间原来的通信性能，从而控制片上网络热点分布，有效降低系统整体功耗，提高系统性能。　　然后研究了3D NoC的任务映射机制，分析了遗传算法在任务映射中的应用以及其不足之处。基于RMH拓扑结构，建立温度峰值和温度偏差的映射模型，对基本GA映射算法在种群初始化以及适应度评价方面进行了改进，提出了温度均衡的映射算法：TBGA，优化映射集，使片上峰值温度得到降低，温度分布更加均衡。　　对本文提出的3D RMH拓扑结构以及TBGA任务映射算法进行组合仿真验证，实验结果表明，相比于多组方案，3D RMH拓扑结合我们的任务调度策略、路由算法以及TBGA映射算法可以有效缓解散热问题，减少网络延迟，并且可以有效降低温度峰值和温度偏差，提高系统性能。