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近年来，以Intel为代表的国际巨头纷纷将目光瞄准了多核技术，并从2005年开始陆续推出产品，如IntelTM的Intel CoreTM2 Duo，AMDTM的AMD AthlonTM 64 FX均为双核处理器，SUNTM的Niagara含有8个处理器核，STI(SONYTM、TOSHIBATM和IBMTM)的CELL则由9个处理器核组成，ARMTM公司的MPCORE由4个ARM-11处理器组成。学术界则早在2000年就开始了多核SoC（Multi-Processor SoC，MPSoC）和NoC（Network on Chip）的研究，如斯坦福大学的Netchip项目，曼彻斯特大学的Marble项目，瑞典皇家技术学院的NOCARC项目等。目前，以MPSoC-NoC为代表的多核技术正在受到越来越多的学者的关注。上述事实表明，以MPSoC-NoC为代表的多核技术正在成为下一代集成电路的主流设计技术。从SoC时代开始，集成电路设计技术已经成长为“半导体技术—电子技术—计算机技术”三个领域的交叉学科。随着时间的推移，计算机技术将扮演越来越重要的角色，计算机体系结构将越来越成为集成电路设计技术创新的源头，系统工程师将越来越成为高端芯片设计工程师的主体。多核技术的出现，带来了集成电路体系结构的根本变革，以冯-诺伊曼体系结构为代表的单核-单总线传统结构将逐渐退居二线，一个崭新的多核时代开始了。多核技术为高端集成电路设计技术带来了一个前所未有的广阔发展空间。本文研究多核技术的体系结构及其原型芯片的设计、仿真和实现，主要工作如下：（1）提出了5种不同结构的MPSoC-NoC系统模型，同时从多个技术角度对比分析了5种结构的优缺点，为MPSoC-NoC系统级建模技术做了一些基础性工作。探讨了不同通讯架构对多核系统的整体性能的影响。最后基于BPM分类法建立了MPSoC-NoC形式化模型；（2）设计实现了单总线结构MPSoC、层次化总线结构MPSoC、全互连结构Ⅱ型NoC和二维网格结构NoC等4种不同体系结构的原型芯片，每种结构的原型芯片都集成了4个处理器，频率可达60Mhz。在此基础上又升级设计出4核层次化总线MPSoC原型芯片（增加功能IP）、6核全互连Ⅱ型NoC原型芯片和8核二维网格NoC原型芯片，并展开研究了这三种多核结构的可扩展性问题。分析表明，二维网格结构NoC的可扩展性最优；（3）定量分析了多核原型芯片的性能：首先建立原型芯片的性能测试环境，并提出MPSoC-NoC性能测试方法和并行程序的设计方法，然后定量测试了上述4种原型芯片的性能，并做了对比分析。实验表明，二维网格结构NoC的整体性能最优；（4）尝试给出MPSoC、NoC等重要概念的定义，总结了MPSoC-NoC的理论体系。提出可重构MPSoC、可重构NoC、节点双核NoC等构想。