随着半导体工艺技术的发展,单一芯片上已经能够集成数量众多的IP核。当集成规模持续增大时,IP核之间如何高效通信成为了芯片设计过程中面临的主要问题。针对该问题,研究者们设计出片上网络(Network on Chip,NoC),使IP核通过网络相互连接。然而随着需求的不断提升,集成到同一芯片上的IP核数量不断增长,电片上网络的能耗、时延和串扰等问题成为了限制芯片性能提升的主要瓶颈。硅光子技术的发展及各种CMOS工艺兼容的集成光器件的出现,使得完整的光电网络能够集成在单一芯片中。相比于电网络,光网络在时延、带宽、能耗方面都具有优势,能够有效解决当前电片上网络的性能瓶颈。因此,研究者的目光也从传统片上网络转向光片上网络(Optical Network on Chip,ONoC)。三维光片上网络与二维结构相比,芯片内部的物理连线缩短,可以实现更高的封装密度和更小的面积。本文首先针对基于光电路交换的三维光片上网络中使用单一波长通信时竞争严重的问题,提出一种基于Mesh拓扑的三维光片上网络3D MWONoC,其中使用基于源节点的波长分配方法以缓解网络中的竞争,并为该网络设计了支持多波长通信的七端口无阻塞光路由器,同时介绍了网络的通信过程。仿真结果表明,所设计的光路由器平均损耗相比现有三维光片上网络中使用的光路由器有所降低,且时延和吞吐性能比现有三维光片上网络有大幅提升。本文还针对基于光电路交换的二维光片上网络中使用单一波长通信时存在竞争严重的问题,提出了LUNA架构,并具体介绍了其网络组成、通信过程、波长分配及调度算法。该架构充分利用电传输和光传输的特性,对于局部流量使用电互连通信,而全局流量使用光互连通信,降低设计复杂度,并使得网络易于扩展,同时使得网络资源能够得到共享。架构中提出的波长分配算法不但能重用波长,还解决了竞争问题,并将资源优先分配给流量较大的节点,以提升网络的性能。最后,我们对LUNA和现有使用波长分配方法的光片上网络在开销方面进行了对比,并与基于簇的光片上网络进行了时延、吞吐等性能的对比和分析。结果表明,LUNA的资源使用数目更少,并能够扩展至更大的规模。且LUNA的时延饱和点更高,饱和吞吐量更高。