大數據應用的計算需求遠遠地超過了目前電子器件的計算能力，單獨依靠晶體管、數據儲存或者集成電路的技術提升也不太可能滿足大數據和云計算的日益增長的需求。
多功能集成的納米系統有望解決這一問題，能夠同時利用最先進的納米技術，同時實現器件、集成電路結構的性能提升。
圖1. 存儲層次和各種記憶類型
H.-S. Philip Wong and Sayeef Salahuddin. Memory leads the way to better computing. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 191–194.
有鑒于此，斯坦福大學Max M. Shulaker等人報道了一種革命性的納米系統雛形：單芯片上多種納米技術的三維集成，實現了計算和數據存儲等性能的大幅提高。
圖2. 三維納米系統
利用目前最具前景的高效能數字邏輯回路和高密度數據儲存納米技術，研究人員在具有垂直堆疊層結構的單芯片上集成了超過一百萬個電阻式隨機存取存儲器單元和超過兩百萬個碳納米管場效應晶體管。
和傳統集成電路不同之處在于，這種層狀制備工藝實現了三維集成的電路結構，計算、存儲以及輸入輸出層間具有精細、致密的垂直連接。這種結構可以處理大量數據并直接在線儲存。
由于這種納米系統的層是由在硅邏輯電路上制備，因而和現有硅基技術的基礎設施具有良好的兼容性。
圖3. 三維納米系統的工作原理
圖4. 三維納米系統的各個元件的表征
