在大数据时代，基于单晶体管单电容器结构的DRAM内存面临着容量和能效的瓶颈；而且处理器与片外内存之间频繁的数据移动造成了存储计算分离的冯诺依曼体系结构的性能和能效瓶颈。新兴的非易失性电阻式存储器具有存储密度高、空闲功耗低、数据保持时间长等优点。一方面，电阻式存储器可用于构建高密度高能效的存储级内存，以减小内存与外存之间的I/O数据移动带来的延迟和能耗代价，有望克服DRAM所面临的容量和能效瓶颈。另一方面，电阻式交叉点存储阵列能够原位地执行大规模并行的模拟矩阵向量乘法运算，克服基于CMOS晶体管的浮点计算的能效瓶颈；再辅以必要的外围逻辑，便可用于构建具有原位计算功能的可计算内存体系结构，从而减少处理器和片外内存之间大量数据移动带来的延迟和能耗代价，有望克服冯诺依曼瓶颈。

然而，在对实际的电阻式存储阵列施加写/读/原位模拟计算等基本操作时，会遇到一些问题：电阻式存储阵列存在多种单元级和阵列级非理想属性。其中，单元级非理想属性包括非线性性、非对称性、变化性等。阵列级的非理想属性包括互连线电压降、潜通电流、寄生电容等。在器件的特征尺寸缩小后，纳米尺度上的多种效应增大了这些非理想属性的值。在实际存储阵列上采用理想存储阵列所采用的操作方案会导致性能和可靠性的大幅度下降。并且，一些非理想属性之间还是相互作用的。例如，潜通电流会增大互连线电压降，而反过来互连线电压降则会减小潜通电流。即使在材料体系和器件结构优化后，在对电阻式存储器的操作过程中，这些固有的属性依然造成了不可忽视的非理想效应，导致性能差、可靠性低，阻碍了高密度电阻式存储器技术的发展。另一方面，为了实现大规模高密度存储/并行原位计算，就需要采用多级存储单元、无存取晶体管的存储阵列结构以及三维存储阵列集成这三种技术。然而，同时采用并结合这些高密度存储技术后，由于存储阵列非理想属性之间的相互作用，非理想属性对评价指标的减损更加严重。因此，只考虑并容忍一种非理想属性的操作方案设计所产生的性能评价指标依然与理想的电阻式存储器的评价指标有较大的差距。为了提高性能和可靠性，就需要在写/读/计算操作方案层，全面地考虑对每种操作影响最大的非理想属性，设计合适的高密度存储阵列操作方案，以缓解这些非理想属性对各个评价指标的降低程度，最终为上层应用提供一个易用的、抽象的、从逻辑到物理的操作转换层，实现一个较为理想的高密度电阻式存储/存储计算融合硬件平台。

信息存储与光显示功能实验室博士生汪承宁在冯丹教授和童薇副教授的指导下，撰写了关于电阻式存储阵列的非理想属性及其解决方案的综述论文“Cross-point resistive memory: Nonideal properties and solutions”。文章总结了电阻式存储阵列的结构及其在单元级和阵列级的非理想属性在写操作/读操作/矩阵向量乘法运算过程中对性能/能耗/可靠性等评价指标的影响；从存储单元和互连线相互作用的角度，在存储阵列操作层面归纳并给出了解决方案。文中总结了交叉点存储阵列操作机理以及能克服各种非理想属性的存储阵列操作方案，归纳出了用于电阻式存储阵列克服多种非理想属性的通用的逻辑到物理的操作转换层。文中还总结了CMOS外围电路辅助的电阻式交叉点存储阵列的多种原位模拟运算形式及其应用场景，并总结了两种基于电阻式存储阵列的存内计算框架。最后，文章总结了多级单元交叉点存储阵列和三维交叉点存储阵列在操作层面和阵列建模模拟上所面临的问题和挑战，并提出了未来在该领域的研究中可能遇到的关键问题及潜在的解决方法。

该研究成果作为综述论文于6月发表于SCI期刊ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems (TODAES), vol. 24, no. 4, pp. 1–37, 2019, doi: 10.1145/3325067。该项研究工作受到国家自然科学基金等多个项目的支持。