本发明公开了一种三维众核片上系统，由一层处理核层即Core层和一层以上的Cache层组成，Cache层及处理核层层间采用3D叠片技术垂直互连；各处理核之间的通信和处理核与Cache层的通信采用不同的通道进行，Cache层所有Cache块构成处理核的同级Cache。每Cache层含有与处理核层处理核数相同的Cache块数，Cache层和处理核层中所有处于同一行的节点构成全互连结构，所有处于同一列的节点构成全互连结构，互连线分配到三维片上网络各Cache层中，处理核访问任一Cache块在5跳内完成。本发明有利于提高众核系统实时性，减小片上的平均通信延迟和功耗，提供了实现组织大容量Cache的条件。