随着集成电路工艺的不断发展与三维片上网络芯片集成密度的不断提高,不可避免地带来了片上网络芯片的散热问题。片上网络的路由单元结构和路由算法是影响3D NoC散热性能的关键因素,因此,研究路由单元和路由算法对解决3D NoC的散热问题尤为重要。论文首先研究了3D NoC的散热问题,分析了一般3D NoC路由算法在散热性能上的差异,确立了具有实时感知特性的温度传感器与面向散热的路由算法实现方案。温度的实时感知是研究散热需要解决的首要问题,论文通过分析3D NoC路由单元结构,构建了路由单元的温度模型。并以此为基础对路由单元结构进行改造,设计了基于RTL级模型的路由单元温度传感器,在Modelsim中对其进行温度感知性能仿真分析,验证了温度传感器的精度。针对流量与温度信息需要在网络中共享的问题,论文研究了一种基于路径的Copy-Modify多播路由算法,在路由单元中增加热/流信息交互模块,并以此设计了基于热/流信息交互的通信机制。针对3D NoC散热问题,以温度传感器和通信机制为基础,提出了一种面向散热的阶段式协同路由算法。该算法融合区域回避路由和流量均衡路由,依据当前网络温度和流量状况切换路由策略。同时,建立了3D Mesh结构的仿真验证模型,验证了路由算法在实现散热和流量均衡方面的性能。论文所设计温度传感器与HotSpot的仿真结果相比,平均误差为3.34%,较为精确的实现了实时温度感知。提出的面向散热的路由算法,在不影响3D NoC网络延时和吞吐率的情况下,相比区域回避路由以及垂直向下路由在散热和流量均衡性能方面分别提升了34.67%和14.85%,实现了在散热的同时兼顾流量均衡性能。