공정기술의 발달로 인해 칩의 집적도가 크게 향상되어 마이크로프로세서는 하나의 칩에 두 개 이상의 코어를 집적하는 멀티코어 프로세서로 패러다임이 바뀌고 있지만, 2차원으로 설계된 멀티코어 프로세서는 내부 연결망의 지연시간 문제로 인해 성능 향상에 제약을 받고 있다. 내부 연결망 지연시간으로 인해 성능 향상의 제약을 받는 2차원 평면구조 멀티코어 프로세서의 문제점을 해결하기 위해 TSV를 이용한 3차원 적층구조가 주목받고 있다. 본 논문에서는 2차원 평면구조 마이크로프로세서에서 접근 시간이 가장 큰 내부요소 중 하나인 L2 캐쉬 메모리를 프로세서 코어 위에 수직으로 적층하고 TSV를 통해서 연결한 3차원 적층구조 설계를 이용하여 기존의 2차원 평면구조와의 L2 캐쉬 접근 시간 측면에서의 성능을 비교 및 분석하고자 한다. 실험결과, 3차원 적층구조는 2차원 평면구조 멀티코어 프로세서와 비교하여 최대 16%의 빠른 L2 캐쉬 접근시간을 보이고, IPC 또한 2차원 평면구조 멀티코어 프로세서와 비교하여 최대 1.6% 높음을 확인 할 수 있다.