La separazione delle unità di memoria e processore nell’architettura von Neumann è stata un grave vincolo concettuale per un’ulteriore crescita dei sistemi di calcolo tradizionali. Allo stesso tempo, l’emergere di limiti di calcolo basati sui dati e di downscaling fisico delle tecnologie convenzionali richiede lo sviluppo di approcci computazionali alternativi per la futura nanoelettronica. La maggior parte delle soluzioni proposte comporta un design del sistema computazionale che è vagamente basato sulla struttura del cervello umano, incluso il calcolo in memoria basato sull’idea di collocare unità di memoria e di elaborazione. In questo modo, la ridondanza associata al traffico dati potrebbe essere completamente eliminata se le attività computazionali e l’archiviazione dei dati vengono eseguite entrambe nella memoria stessa. Dal punto di vista della scienza dei materiali, esplorare il potenziale dei nanomateriali emergenti potrebbe consentire la tanto necessaria partenza dagli approcci convenzionali ed è particolarmente promettente nel contesto del calcolo neuromorfico. Materiali nanoelettronici neuromorfici che vanno dai nanomateriali a zero dimensioni, unidimensionali e bidimensionali (2D) alle eterostrutture di van der Waals e alle eterogiunzioni a dimensione mista sono stati attivamente esplorati per la futura nanoelettronica. Una delle classi di materiali più studiate, i materiali 2D e le loro eterostrutture di van der Waals offrono la possibilità di integrazione con la tecnologia CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor) esistente, piattaforme di calcolo in memoria e calcolo a matrice per reti neurali artificiali e applicazioni di reti neurali a chiodatura. Nel complesso, gli approcci non-von Neumann richiederanno una serie di nuovi materiali, dispositivi, architetture hardware, software e strumenti di simulazione per soddisfare le esigenze specifiche dell’applicazione della moderna tecnologia digitale, il tutto fornendo una latenza ridotta e una migliore efficienza energetica e dell’area rispetto ai sistemi di calcolo convenzionali.