de scheiding van geheugen en processoreenheden in de Von Neumann-architectuur is een ernstige conceptuele beperking geweest voor de verdere groei van traditionele computersystemen. Tegelijkertijd maken de opkomst van data-centric computing en fysieke downscaling grenzen van conventionele technologieën de ontwikkeling van alternatieve computationele benaderingen voor toekomstige nano-elektronica noodzakelijk. De meerderheid van de voorgestelde oplossingen omvatten een computationeel systeemontwerp dat losjes gebaseerd is op de menselijke hersenstructuur met inbegrip van in-memory computing gebaseerd op het idee van het colloceren van geheugen en verwerkingseenheden. Op deze manier kan de redundantie in verband met dataverkeer volledig worden geëlimineerd als computationele taken en gegevensopslag beide in het geheugen zelf worden uitgevoerd. Vanuit het perspectief van de materiaalwetenschap kan het verkennen van het potentieel van opkomende nanomaterialen de broodnodige afwijking van conventionele benaderingen mogelijk maken en is vooral veelbelovend in de context van neuromorfische computing. Neuromorfe nano-elektronische materialen variërend van nul-dimensionale, een-dimensionale en twee-dimensionale (2D) nanomaterialen tot Van der Waals heterostructuren en mixed-dimensionale heterojuncties zijn actief onderzocht voor toekomstige nano-elektronica. Een van de meest bestudeerde klasse van materialen, 2D materialen en hun Van der Waals heterostructuren bieden de mogelijkheid van integratie met de bestaande si complementaire metal–oxide–semiconductor (CMOS) technologie, in-memory computing platforms en matrix computing voor kunstmatige neurale netwerken en spiking neurale netwerken toepassingen. Over het algemeen zullen niet-von Neumann-benaderingen een reeks nieuwe materialen, apparaten, hardwarearchitecturen, software en simulatietools vereisen om te voldoen aan de toepassingsspecifieke behoeften van moderne digitale technologie, terwijl ze tegelijkertijd een verminderde latency en een verbeterde energie-en gebiedsefficiëntie met betrekking tot conventionele computersystemen bieden.