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随着片上多核技术的不断发展,光片上网络(Optical Network-on-Chip,ONoC),尤其是三维光片上网络(3 Dimensional ONoC,3D ONoC)作为一种新型片上网络结构得到越来越多的关注。相比电互连的片上网络(NoC),以光互连为主的3D ONoC能够提供更大的通信带宽、更低的传输时延以及更低的能耗。然而,作为一种新型的、高效的片上通信方式,3D ONoC对制作工艺以及工作环境的要求非常严格。由于现阶段制作工艺的不完善以及外界串扰的影响,3D ONoC中会存在一些故障发生的情况。但是,目前对3D ONoC的研究中并没有充分考虑故障存在的情况,这样网络中有部分路由器节点发生故障时,有可能引发相继故障最终导致一部分节点甚至整个网络崩溃。因此,本文将面向3D ONoC中的节点内微环、节点内波导和节点间波导故障设计容错机制来提高其可靠性。在3D ONoC中,主要是靠微环和光波导来实现数据的传输和交换。为此,本文分别设计面向3D ONoC中的微环和波导故障情况下的容错机制。首先,本文构建了 3D Torus拓扑结构,从而在宏观上减小了不同光路由器节点之间的传输距离。此外,根据3D Torus拓扑结构以及微环和波导故障发生时各自的特点,分别提出了新型的光路由器结构以及基于故障节点重用的容错路由算法(Fault-Tolerant Routing Algorithm based on fault Node Reuse,FTRA-NR)和基于双向波导链路的容错路由算法(Fault-Tolerant Routing Algorithm based on Bidirectional waveguide Link,FTRA-BL)。这两种容错机制都能在节点故障发生时,将故障粒度降低到节点内部,通过选择节点内部的正常工作的微环器件和光波导重新生成备用路径。由此,当有故障发生时,故障节点和波导链路都可以继续使用而不用选择抛弃整个故障节点或链路,从而可以提高资源的利用率,同时又能保证网络中的最佳的传输路径,维持网络的最佳性能。最后,本文对所设计的光路由器结构以及提出的两种容错路由算法进行了仿真和分析。仿真结果表明,在时延、功率损失、串扰噪声、信噪比以及误比特率等方面,本文设计的容错机制在网络存在故障的情况下均体现良好的性能。因此,本文的研究工作对保证3D ONoC的可靠度以及提高容错能力方面具有较好的参考价值。