目前，高性能多核处理器发展面临的关键问题之一是带宽墙问题，即如何提供高效的片上网络用于处理器间通信并具有可扩展性。片上光互连技术是解决这一关键问题的一种可行途径。　　本论文基于最新的龙芯处理器核和龙芯多核互连方案，结合中科院半导体所研制的五端口光路由器，设计了基于五端口光路由器的光互连网络，以及用于层次化目录扩展的一致性模块，对龙芯处理器芯片规模进行有效扩展，构建了支持缓存一致性的64核心片上多核处理器，实现了基于片上光互连的龙芯万亿次多核处理器RTL级设计，并提供了完整的模块级和系统级验证方案。　　本论文根据光互连的技术特点，提出了新型的光电混合网络，有效提升了片上网络对广播报文和多播报文的处理效率，并通过Graphite模拟器和Splash2基准程序验证了该光电混合网络对基于有限目录协议的片上多处理器系统的加速。　　本论文的研究成果为未来研制基于片上光互连的高性能多核（众核）处理器芯片的设计提供参考。