在集成电路领域,三维集成电路(Three Dimensional Integrated Circuit)内部堆叠了多层晶片,并使用穿透硅通孔(Through Silicon Vias)在垂直方向相互连接。三维集成的方式与二维集成相比,不仅可以使芯片制造尺寸减少,还可以改善芯片内部的互连方式,提高器件堆叠密度,实现提升芯片性能的效果。但另一方面,三维集成电路在较小的空间内堆叠多层IC芯片,不仅导致功耗密度成倍增长,封装结构也阻碍了散热,使得解决芯片的热量问题成为3D封装的一大挑战。走线硅通孔(Signal Via)连接分布在不同芯片层上属于同一个线网的相关引脚,起到芯片层之间信号互连的作用,走线通孔的位置选择不仅影响着芯片布线设计的布线线长结果,也关系着芯片的温度分布。而当前许多硅通孔分布研究并没有关注设计的热量结果,因此基于热量和线长因素考虑走线硅通孔的分布规划算法对三维集成电路的设计至关重要,能够在实现信号互连的同时优化芯片布局总线长以及热量分布情况。本文主要关注三维集成电路的走线通孔分布及布线方案的设计算法,以布线线长和芯片温度作为算法的优化目标。芯片的热分析是算法首先要解决的一个问题,传统的热仿真工具需要耗费较大的计算资源,不能适用于硅通孔分布设计的迭代算法。因此,本文首先构建了三维芯片的硅通孔热分析模型,并提出了相应的矩阵压缩和矩阵分解的芯片温度计算算法,以达到在后续算法设计过程中准确而快速的衡量温度的目的。在给定的系统输入参数下,本文建立了三维集成电路的硅通孔模型和网络结构,将硅通孔分布规划转化为网络模型中的多目标优化问题。一方面,本文关注硅通孔分布的求解过程,通过网格粗化和解粗化缩小网络规模,并提出基于节点权重的最小费用流算法确定硅通孔位置。实验结果表明,这样的求解算法可以以较高的算法效率获得芯片布线线长的减少以及芯片峰值温度的降低。另一方面,本文也研究了对硅通孔分布结果的后续优化,基于模拟退火思想提出了移除-重分配的方法,使得硅通孔分布结果具有更短的布线线长,并带来了更低的芯片温度;而通过网格扩展和变量分离可以有效的减少模拟退火迭代过程所带来的额外算法运行时间。最终以较高的整体算法效率,完成了三维芯片中穿透硅通孔分布的热量和线长结果的同步优化设计。