三维片上网络(Three-Dimensional Network on Chip,3D NoC)互连结构是三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuit,3D IC)技术与NoC互连结构相融合的产物,并因其具有更短的全局互连、更高封装密度以及更强的可扩展性而成为NoC领域的研究热点。然而3D NoC中用于层间互连的硅通孔(Through Silicon Via,TSV)技术存在高成本、低良品率的缺点。同时,3D芯片可能由于应用的需求无法保证每个层面规则地对器件进行布局。因此限制TSV数量,并且允许各层面异构布局的非全互连3D NoC得到广泛关注。在深入分析现有NoC路由算法的基础上,为了提升网络传输性能、降低资源开销,本文从单播路由和多播路由两个方面对非全互连3D NoC路由算法展开研究,共计三个研究点:针对传统TSV表存在硬件代价高以及可扩展性差的缺点,提出新的TSV表存储策略,并基于该TSV表提出具有故障容忍和拥塞避让功能的单播路由算法;为了在保证数据传输效率的同时降低硬件开销以及电路功耗,提出面向非全互连3D NoC的偏转路由算法;为了进一步提升数据传输效率,提出具有自适应性的混合多播路由算法。具体工作如下:(1)提出了一种适用于非全互连3D NoC的单播路由算法。该路由算法跟据目的节点与当前节点的位置关系以及邻居节点的拥塞状态自适应地选择输出端口,缓解了非全互连3D NoC中TSV附近节点易发生拥塞的问题。此外,该路由算法采用了一种新的TSV表存储策略。该策略仅存储距离路由器四个端口最近的TSV的位置信息以及距离信息,解决了传统TSV表硬件开销大、可扩展性差的缺点。实验表明,该路由算法能够比传统的非全互连3D NoC单播路由算法提供更好的网络传输性能,并且能够提供更好的可靠性。(2)提出了一种适用于非全互连3D NoC的偏转路由算法。该路由算法根据目的节点与当前节点的位置关系以及TSV表的记录信息计算最优输出端口。此外,该路由算法采用了一种新的微缓存路由器结构。该路由器以MinBD路由器为基础,通过修改原有的旁路缓存结构和置换网络结构降低了数据包在传输过程中的偏转率,并且通过添加垂直链路传输结构使其适用于非全互连3D NoC拓扑结构。实验表明,所提偏转路由算法能够比参考偏转路由算法提供更好的网络传输性能。(3)提出了一种适用于非全互连3D NoC的多播路由算法。该路由算法在层内路由时采用基于Hamilton图的多路径多播路由思想,根据每个路由器维护的bit掩码对目的节点集进行划分,并将目的节点子集分别交由多个多播包头独立路由;在层间路由时采用基于树结构的多播路由思想,以源节点为根节点、以TSV上游节点为枝节点,在各目的层建立多播树分支。实验表明,所提多播路由算法能够同时保证数据传输的效率与可靠性。