主存儲器（main memory，簡稱主存）是計算機硬件系統的一個重要組成部分，其作用是存放指令和數據，并能由中央處理器存取。主存一邊連接中央處理器（如CPU、FPGA或GPU），另一邊連接外存儲器（SSD、HDD），是兩者之間數據流通的橋梁。主存可以由多種介質構成，其中動態隨機存取存儲器（DRAM）因其相對較低的成本和讀寫延遲，是當前構建主存的主要介質。由于現代應用程序的輸人數據集規模不斷增大，對更高的DRAM容量和性能的需求也在不斷增加。然而，DRAM在容量增加的情況下，保持其效能比和可靠性正變得越來越困難，因此，滿足應用程序不斷增長的內存需求正變得越來越昂貴和極具挑戰性。

多核架構和數據密集型應用對主存容量、帶寬、和延遲的需求在不斷增長。以內存容量墻為例，處理器核心數量每兩年翻一番，而DRAM容量每三年翻一番。這表示每個核心擁有的內存容量每兩年下降30%，對每個核心的內存帶寬和延遲來說趨勢更糟糕。從1999年至2017年，單DRAM芯片容量提升了128倍，而帶寬和延遲僅僅分別提高了20倍和1.3倍。對于數據密集型的工作負載如內存數據庫、圖處理、內存計算和其他數據中心工作負載等來說，延遲已經成為了一個巨大的性能瓶頸。因此，主存容量、帶寬和延遲的發展速度不能滿足軟件發展的新需求。

另一方面，主存的功耗問題也成為了重要的系統設計考慮。因其物理特性，DRAM即使不使用也需要定期刷新而消耗電能。隨著容量和復雜度的增加，主存的功耗問題變得更加嚴重。2003年，在IBM設計的大型商用服務器中，約40%~50%的電能消耗在片外存儲器層次結構中凹。在最近的CPU或GPU系統中，DRAM消耗了超過40%的系統總功耗。在移動設備中，系統總能耗的62.7%用于數據在CPU和內存之間移動。由于能源效率和可持續性是當今計算平臺的關鍵需求，因此降低主存的能耗/功耗至關重要。

此外，DRAM制造工藝尺寸的擴展也遇到了極大的困難。首先，DRAM制造工藝尺寸擴展到更小會對DRAM的可靠性產生負面影響。DRAM單元將每個比特以電荷的形式存儲在電容中，通過晶體管和外圍電路訪問電容。為了使DRAM單元正常工作，電容和晶體管（以及外圍電路）都需要可靠地工作。但隨著DRAM工藝尺寸的減小，電容和晶體管都變得不可靠起來，內存錯誤因而更加頻繁地出現。例如，對Facebook數據中心服務器的研究表明，服務器故障率隨著服務器中使用的芯片密度的增大而增加。其次，DRAM制造工藝尺寸的擴展會導致新的安全缺陷，如RowHammer。RowHammer現象指的是在大多數現代DRAM芯片中，重復讀取同一行會破壞物理相鄰行的數據。文獻6指出2010年至2014年間，由三家主要供應商提供的芯片中，85%以上易受RowHammer引起的錯誤影響。DRAM工藝尺寸的發展還受到存儲單元漏電流增加、存儲單元穩定性降低以及制造工藝困難的影響。這些因素使增加DRAM的容量和減少功耗更為困難。