随着高新技术的发展，高通量大数据处理在现代数据处理中占有越来越重要的地位，千核芯片技术的发展满足了大数据时代对数据处理的高要求。针对千核芯片核数多、需处理的数据量大的特点，片上网络互连架构是实现千核互连通信是最佳方案。目前千核片上网络还处于发展阶段，如何设计高性能低功耗的拓扑结构、路由算法、路由器，提高核间通信效率等是设计出高性能千核片上网络的关键性问题。本文首先总结了千核芯片、片上网络的发展现状，分析千核片上网络研究的重要意义，总结当前千核片上网络发展现状。然后总结了经典片上网络拓扑结构特点和经典路由器结构及其工作过程特点，分析经典拓扑结构和路由器结构在千核片上网络中的优势与劣势，同时从仿真角度出发，总结当前国内外已开发的千核片上网络仿真平台。接着结合千核片上网络以及Mesh拓扑结构的特点，针对拓扑结构中边缘路由器存在端口空闲，网络性能随网络规模的增加而急剧下降等问题设计出一种新的拓扑结构Fmesh。该拓扑结构保持了Mesh结构网络规则、布局简单等优势，同时充分利用边缘路由器空闲端口增加长链路，缩短网络直径，提高网络性能。最后，针对3D片上网络中层间TSV（through-silicon via，硅穿孔）利用率低，竖直方向通信效率低，网络性能仍有很大提升空间等问题提出新的分层路由器，改善不同流向分组的处理过程，降低分组的时延，缓解网络阻塞，提高网络吞吐性能，同时减小路由器面积。仿真结果显示，本文提出的拓扑结构缩短网络直径，提高网络性能，尤其在某些流量模型下，网络性能提升较大；所提新路由器对网络性能的提升比较明显，均匀流量下，采用新路由器的64节点4x4x4的3D Mesh网络时延降低约23.64%，网络饱和点提高15.38%，网络吞吐率提高6.16%，网络传输数据速率增大，网络拥塞状况得到缓解。