目前现有的微处理器实际上并不能够满足数据处理日益增长的需求。换句话说，当前数据量所需要的处理速度已经超过了处理器所能达到的性能。在目前以处理器为核心的设计方式下，数据在处理器和内存中来回穿梭，不仅耗时还将消耗大量的电能，远远超过实际处理过程中所消耗的电量。在未来亿亿次超级计算机（需要十亿个处理器核心）中若采用当前这种处理器设计方式，系统的能源消耗将是十分巨大的。
如果计算性能要得到整体提升并成功研制出下一代exaflop级超级计算机，这就需要对当前处理器架构进行改造。随着纳米技术的不断进步，这种重设计指日可待。
纽约时报作家John Markoff最近在一篇文章中探讨了这个问题，他写道："半导体行业终究会遭遇一个瓶颈，最多不超过50年，晶体管体积持续缩小的过程就会停止。这不仅会减缓消费电子革新的速度，也终止了世界上最强大的超级计算机处理速度的指数级增长过程（每10年增长1000倍）。"
Markoff表示，来自业界和学术界的研究者已将该挑战提上议程。惠普研究人员正在设计一种堆叠式芯片系统，可以使内存和处理器更加紧密的工作，大大减少了数据传送距离和能源消耗。
惠普电气工程师Parthasarathy Ranganathan解释称："系统所基于的一种称为nanostores的内存芯片与目前的处理器截然不同。它采用一种混合立体式设计，中低层次的电路将基于一种称为忆阻器的设备，惠普通过它来存储数据。 Nanostore芯片将采用多层次设计，计算电路采用常规的硅原料制造，位于内存之上并以最低的功耗来处理数据。"
IBM和三星已开始合作研制变相（phase-change）内存，这种内存比目前广泛使用的闪存功耗低一半之多，同时速度却是闪存内存的500到1000倍。IBM的研究人员还在寻求一种碳纳米管技术，力争研制出一种集聚纳米电子学和微电子学进步的混合系统。
