多核处理器系统的发展出现了暗硅问题，即系统为了不超过热设计功耗，系统中部分处理器核需要处于关闭或者低频工作状态，而形成“暗硅区域”。由于暗硅问题的影响，多核系统中的通信架构片上网络功耗开销在多核处理器芯片功耗开销中所占的比例会进一步上升。而三维互连架构因为垂直方向堆叠了更多的有源器件使得热量堆叠效应更加显著，功耗密度进一步增大，会加剧暗硅的影响。论文从拓扑重构的角度研究面向暗硅的三维片上网络互连架构优化设计方法，重点探讨针对非“暗硅区域”（即“激活区域”）的互连拓扑可重构设计方法。
　　论文首先研究了面向暗硅的3D NoC拓扑静态重构设计方法，在应用执行前对互连拓扑进行离线重构。在分析三维片上网络热模型的基础上，提出了一种温度优化的3D NoC映射方法，将应用任务映射至多核系统，在均衡网络温度分布的同时降低了系统最大温度。针对映射后形成的“激活区域”，在分析三维片上网络水平与垂直链路通信功耗特征的基础上，提出了一种功耗优化的3D NoC拓扑重构方法，通过建立激活节点之间的最优通信路径，以及确定路径上各个路由器的工作状态（处于直通开关或者正常工作模式）和传输方向来生成互连拓扑。通过实验仿真，采用所提出的拓扑静态重构设计的互连拓扑系统，相比于未进行可重构设计的互连拓扑系统，平均降低了21.25%的通信功耗和32.88%的通信延时。
　　其次，论文研究了面向暗硅的3D NoC拓扑动态重构设计方法，在系统运行过程中对互连拓扑进行在线重构。针对网络负载变化的“激活区域”，提出了一种基于数据路径段（Datapath Segment，DS）的3D NoC拓扑动态重构方法。该方法采用多元线性回归算法预测未来重构周期的 DS 利用率，并结合路由器非最佳转发端口的微片偏转率对 DS 打开和关闭的状态进行决策，同时考虑激活节点之间的最短哈密顿路径，在保证网络全连通的前提下重构生成互连拓扑。针对动态重构生成的拓扑结构，提出了一种基于哈密顿路径的自适应路由算法，依据每一跳的DS状态优先选择最短路径方向，若路由器输出端口DS为关闭状态，则根据路由器节点位置选择规定的偏转方向。通过实验仿真，相比于未动态重构的互连拓扑，采用所提出的拓扑动态重构方法生成的互连拓扑，在不同注入率下EDP平均降低了13.23% ，在不同比例的激活区域下EDP平均降低了41.52%。
　　最后，为了实现前文所述的拓扑可重构设计方法，设计了一种支持可重构的三维片上网络路由器。该路由器可以在直通开关、正常工作和动态重构三种模式之间进行切换，实现不同状况下的拓扑重构工作。采用Verilog语言完成了可重构三维片上网络路由器的RTL级建模，对其进行了功能验证与开销评估。