ذاكرة فلاش

يمكن تتبع أصول ذاكرة الفلاش إلى تطوير ترانزستور MOSFET ذي البوابة العائمة (FGMOS) . ^{[ 11 ] [ 12 ]} تم اختراع ترانزستور MOSFET الأصلي في مختبرات بيل بين عامي 1959 و1960. ^{[ 13 ] [ 14 ]} قام داوون كانغ بتطوير نسخة معدلة منه، وهي ترانزستور MOSFET ذو البوابة العائمة، بالتعاون مع المهندس التايواني الأمريكي سيمون مين سزي في مختبرات بيل عام 1967. ^{[ 15 ]} اقترحا إمكانية استخدامه كخلايا ذاكرة ذات بوابة عائمة لتخزين نوع من ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة ( PROM ) التي تتميز بكونها غير متطايرة وقابلة لإعادة البرمجة. ^{[ 15 ]}

شملت الأنواع المبكرة من ذاكرة البوابة العائمة ذاكرة EPROM (ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح) وذاكرة EEPROM (ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح كهربائياً) في سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 15 ]} ومع ذلك، تطلبت ذاكرة البوابة العائمة المبكرة من المهندسين بناء خلية ذاكرة لكل بت من البيانات، وهو ما ثبت أنه مرهق، ^{[ 16 ]} وبطيء، ^{[ 17 ]} ومكلف، مما حد من استخدام ذاكرة البوابة العائمة في تطبيقات متخصصة في سبعينيات القرن الماضي، مثل المعدات العسكرية وأوائل الهواتف المحمولة التجريبية . ^{[ 11 ]}

اخترع بيرنوارد ذاكرة EEPROM الحديثة القائمة على تقنية نفق فاولر-نوردهايم لمسح البيانات، وحصلت شركة سيمنز على براءة اختراعها عام 1974. ^{[ 18 ]} وقد طُوّرت هذه الذاكرة بشكل أكبر بين عامي 1976 و1978 على يد إلياهو هاراري في شركة هيوز للطائرات ، وكذلك على يد جورج بيرليغوس وآخرين في شركة إنتل. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

اخترع فوجيو ماسوكا ذاكرة الفلاش في شركة توشيبا عام 1980. ^{[ 16 ] [ 21 ] [ 22 ]} ويكمن الفرق بين ذاكرة EEPROM وذاكرة الفلاش في أن ذاكرة الفلاش تُبرمج على شكل كتل، بينما تُبرمج ذاكرة EEPROM على شكل بايتات. ووفقًا لشركة توشيبا، اقترح زميل ماسوكا، شوجي أريزومي، اسم "الفلاش" لأن عملية مسح محتويات الذاكرة ذكّرته بفلاش الكاميرا . ^{[ 23 ]} وقدّم ماسوكا وزملاؤه اختراع ذاكرة NOR flash عام 1984، ^{[ 24 ] [ 25 ]} ثم ذاكرة NAND flash في الاجتماع الدولي لأجهزة الإلكترونيات (IEDM) الذي عُقد في سان فرانسيسكو عام 1987. ^{[ 26 ]}

أطلقت شركة توشيبا ذاكرة فلاش NAND تجاريًا في عام 1987. ^{[ 1 ] [ 15 ]} وقدمت شركة إنتل أول شريحة فلاش تجارية من نوع NOR في عام 1988. ^{[ 27 ]} تتميز ذاكرة الفلاش القائمة على NOR بأوقات مسح وكتابة طويلة، ولكنها توفر ناقلات عناوين وبيانات كاملة ، مما يسمح بالوصول العشوائي إلى أي موقع في الذاكرة . وهذا يجعلها بديلاً مناسبًا لشرائح ذاكرة القراءة فقط (ROM) القديمة، والتي تُستخدم لتخزين شفرة البرامج التي نادرًا ما تحتاج إلى تحديث، مثل BIOS الكمبيوتر أو البرامج الثابتة لأجهزة الاستقبال الرقمية . قد يتراوح عمرها الافتراضي من 100 دورة مسح فقط لذاكرة الفلاش المدمجة، ^{[ 28 ]} إلى 10000 أو 100000 دورة مسح، وصولاً إلى 1000000 دورة مسح. ^{[ 29 ]} كانت ذاكرة الفلاش القائمة على NOR أساس وسائط التخزين القابلة للإزالة القائمة على الفلاش في بداياتها؛ فقد اعتمدت بطاقة CompactFlash عليها في الأصل، على الرغم من أن البطاقات اللاحقة انتقلت إلى  ذاكرة فلاش NAND الأقل تكلفة.

تتميز ذاكرة NAND flash بتقليل أوقات المسح والكتابة، وتتطلب مساحة شريحة أقل لكل خلية، مما يسمح بكثافة تخزين أعلى وتكلفة أقل لكل بت مقارنةً بذاكرة NOR  flash. مع ذلك، لا توفر واجهة الإدخال/الإخراج لذاكرة NAND  flash ناقل عناوين خارجي للوصول العشوائي. بل يجب قراءة البيانات على أساس الكتل، بأحجام كتل نموذجية تتراوح من مئات إلى آلاف البتات. هذا يجعل ذاكرة NAND  flash غير مناسبة كبديل مباشر لذاكرة ROM الخاصة بالبرنامج، حيث تتطلب معظم المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة وصولاً عشوائياً على مستوى البايت. في هذا الصدد،  تُشبه ذاكرة NAND flash أجهزة تخزين البيانات الثانوية الأخرى ، مثل الأقراص الصلبة والوسائط الضوئية ، وبالتالي فهي مناسبة للغاية للاستخدام في أجهزة التخزين الضخمة، مثل بطاقات الذاكرة ومحركات الأقراص الصلبة (SSD). على سبيل المثال، تخزن محركات الأقراص الصلبة البيانات باستخدام شرائح ذاكرة NAND flash متعددة.

كان أول تنسيق لبطاقة الذاكرة القابلة للإزالة القائمة على NAND هو SmartMedia ، الذي تم إصداره في عام 1995. وتبعه العديد من التنسيقات الأخرى، بما في ذلك MultiMediaCard و Secure Digital و Memory Stick و xD-Picture Card .

تتميز الجيل الجديد من بطاقات الذاكرة، بما في ذلك RS-MMC و miniSD و microSD ، بأحجام صغيرة للغاية. فعلى سبيل المثال، تبلغ مساحة بطاقة microSD ما يزيد قليلاً عن 1.5  سم ^مربع ، بينما يقل سمكها عن 1  مم.

لقد حققت ذاكرة الفلاش NAND مستويات كبيرة من كثافة الذاكرة نتيجة لعدة تقنيات رئيسية تم تسويقها خلال أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وحتى أوائل العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين. ^{[ 30 ]}

كانت ذاكرة الفلاش NOR هي النوع الأكثر شيوعًا من ذاكرة الفلاش المباعة حتى عام 2005، عندما تفوقت ذاكرة الفلاش NAND على ذاكرة الفلاش NOR في المبيعات. ^{[ 31 ]}

تُخزّن تقنية الخلايا متعددة المستويات (MLC) أكثر من بت واحد في كل خلية ذاكرة . وقد عرضت شركة NEC تقنية الخلايا متعددة المستويات (MLC) في عام 1998، باستخدام شريحة ذاكرة فلاش بسعة 80 ميجابايت تُخزّن بتين لكل خلية. ^{[ 32 ]} كما عرضت شركة STMicroelectronics تقنية MLC في عام 2000، باستخدام شريحة ذاكرة فلاش NOR بسعة 64 ميجابايت . ^{[ 33 ]} وفي عام 2009، طرحت شركتا توشيبا وسانديسك شرائح ذاكرة فلاش NAND بتقنية QLC تُخزّن 4 بتات لكل خلية بسعة إجمالية تبلغ 64 جيجابت. ^{[ 34 ] [ 35 ]} أما شركة سامسونج للإلكترونيات فقد طرحت تقنية الخلايا ثلاثية المستويات (TLC) التي تُخزّن 3 بتات لكل خلية، وبدأت الإنتاج الضخم لشرائح NAND بتقنية TLC في عام 2010. ^{[ 36 ]}   

في ذاكرة الفلاش، تشبه كل خلية ذاكرة ترانزستور تأثير المجال المعدني-أكسيد-شبه الموصل (MOSFET) القياسي ، باستثناء أن الترانزستور يحتوي على بوابتين بدلاً من بوابة واحدة. يمكن اعتبار الخلايا بمثابة مفتاح كهربائي يتدفق فيه التيار بين طرفين (المصدر والمصب) ويتم التحكم فيه بواسطة بوابة عائمة (FG) وبوابة تحكم (CG). تشبه بوابة التحكم (CG) البوابة الموجودة في ترانزستورات MOS الأخرى، ولكن أسفلها توجد البوابة العائمة (FG) المعزولة بالكامل بطبقة أكسيد. تقع البوابة العائمة (FG) بين بوابة التحكم (CG) وقناة ترانزستور MOSFET. ولأن البوابة العائمة (FG) معزولة كهربائيًا بواسطة طبقتها العازلة، فإن الإلكترونات الموجودة عليها تُحصر. عندما تُشحن البوابة العائمة (FG) بالإلكترونات، فإن هذه الشحنة تحجب المجال الكهربائي عن بوابة التحكم (CG)، مما يزيد من جهد العتبة (V _{_T} ) للخلية. هذا يعني أنه يمكن تغيير جهد العتبة (V_{_T} ) للخلية بين جهد العتبة للبوابة العائمة غير المشحونة (V _{_T1} ) وجهد العتبة الأعلى للبوابة العائمة المشحونة (V _{_T2} ) عن طريق تغيير شحنة البوابة العائمة (FG). لقراءة قيمة من الخلية، يُطبَّق جهد وسيط (V_{_I} ) بين V _{_T1} و V _{_T2 على بوابة التحكم (CG). إذا كانت القناة موصلة عند V_I} ، فإن بوابة التحكم (FG) تكون غير مشحونة (إذا كانت مشحونة، فلن يكون هناك توصيل لأن V_{_I} أقل من V _{_T2} ). إذا لم تكن القناة موصلة عند V_{_I}، فهذا يشير إلى أن بوابة التحكم مشحونة. تُستشعر القيمة الثنائية للخلية بتحديد ما إذا كان هناك تيار يمر عبر الترانزستور عند تطبيق V_{_I} على بوابة التحكم. في جهاز الخلية متعدد المستويات، الذي يخزن أكثر من بت واحد لكل خلية، يُستشعر مقدار تدفق التيار (بدلاً من مجرد وجوده أو عدمه)، لتحديد مستوى الشحنة على بوابة التحكم بدقة أكبر.

تُسمى ترانزستورات MOSFET ذات البوابة العائمة بهذا الاسم لوجود طبقة أكسيد عازلة كهربائيًا بين البوابة العائمة والسيليكون، مما يجعل البوابة "تطفو" فوق السيليكون. تحافظ طبقة الأكسيد على حصر الإلكترونات داخل البوابة العائمة. يحدث التدهور أو التآكل (ومحدودية عمر ذاكرة الفلاش ذات البوابة العائمة) نتيجةً للمجال الكهربائي العالي للغاية (10 ملايين فولت لكل سنتيمتر) الذي تتعرض له طبقة الأكسيد. يمكن أن تؤدي كثافة الجهد العالية هذه إلى كسر الروابط الذرية بمرور الوقت في طبقة الأكسيد الرقيقة نسبيًا، مما يؤدي تدريجيًا إلى تدهور خصائصها العازلة كهربائيًا، ويسمح للإلكترونات بالانحصار والتسرب بحرية من البوابة العائمة إلى طبقة الأكسيد، مما يزيد من احتمالية فقدان البيانات لأن الإلكترونات (التي تُستخدم كميتها لتمثيل مستويات الشحنة المختلفة، حيث يُخصص كل مستوى لمجموعة مختلفة من البتات في ذاكرة الفلاش MLC) تتواجد عادةً في البوابة العائمة. لهذا السبب، ينخفض ​​معدل الاحتفاظ بالبيانات ويزداد خطر فقدانها مع ازدياد التدهور. ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 41 ] [ 69 ] [ 70 ]} يتدهور أكسيد السيليكون في الخلية مع كل عملية مسح. يزيد هذا التدهور من كمية الشحنة السالبة في الخلية بمرور الوقت نتيجةً لاحتجاز الإلكترونات في الأكسيد، مما يُلغي جزءًا من جهد بوابة التحكم. مع مرور الوقت، يُبطئ هذا أيضًا عملية مسح الخلية؛ وللحفاظ على أداء وموثوقية شريحة NAND، يجب إخراج الخلية من الخدمة. كما يقل عمر الخلية مع ازدياد عدد البتات فيها. فمع ازدياد عدد البتات، يزداد عدد الحالات الممكنة (التي يُمثل كل منها مستوى جهد مختلف) في الخلية، وتصبح أكثر حساسية للجهود المستخدمة في البرمجة. يمكن تعديل الجهود للتعويض عن تدهور أكسيد السيليكون، ومع ازدياد عدد البتات، يزداد أيضًا عدد الحالات الممكنة، وبالتالي تصبح الخلية أقل تحملاً لتعديلات جهود البرمجة، نظرًا لضيق المسافة بين مستويات الجهد التي تُحدد كل حالة في الخلية. ^{[ 71 ]}

تُعرف عملية انتقال الإلكترونات من بوابة التحكم إلى البوابة العائمة باسم نفق فاولر-نوردهايم ، وهي تُغير خصائص الخلية بشكل جذري عن طريق زيادة جهد عتبة ترانزستور MOSFET. وهذا بدوره يُغير تيار المصدر-المصب الذي يمر عبر الترانزستور عند جهد بوابة مُحدد، والذي يُستخدم في النهاية لترميز قيمة ثنائية. تأثير نفق فاولر-نوردهايم قابل للعكس، لذا يُمكن إضافة الإلكترونات إلى البوابة العائمة أو إزالتها منها، وهي عمليات تُعرف تقليديًا بالكتابة والمسح. ^{[ 72 ]}

على الرغم من الحاجة إلى جهد برمجة ومسح مرتفع نسبيًا، فإن جميع رقائق الفلاش تقريبًا اليوم لا تتطلب سوى جهد إمداد واحد وتنتج الجهود العالية المطلوبة باستخدام مضخات الشحن الموجودة على الرقاقة .

 يُفقد أكثر من نصف الطاقة التي تستهلكها شريحة ذاكرة فلاش NAND بجهد 1.8 فولت في مضخة الشحن نفسها. ولأن محولات رفع الجهد أكثر كفاءة بطبيعتها من مضخات الشحن، فقد اقترح الباحثون الذين يطورون محركات أقراص الحالة الصلبة منخفضة الطاقة العودة إلى جهدي التغذية المزدوجين Vcc/Vpp المستخدمين في جميع شرائح ذاكرة الفلاش القديمة، مما يوفر جهد Vpp عاليًا لجميع شرائح ذاكرة الفلاش في محرك أقراص الحالة الصلبة باستخدام محول رفع جهد خارجي مشترك واحد. ^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]}

في المركبات الفضائية وغيرها من البيئات ذات الإشعاع العالي، تُعد مضخة الشحن الموجودة على الشريحة أول جزء من شريحة الذاكرة الفلاشية يتعطل، على الرغم من أن ذاكرة الفلاش ستستمر في العمل - في وضع القراءة فقط - عند مستويات إشعاع أعلى بكثير. ^{[ 81 ]}  

في كلٍ من ذاكرة الفلاش NOR وذاكرة الفلاش NAND، تُرتّب الخلايا في شبكة. يمكننا اعتبار الذاكرة مكونة من "كلمات" تحتوي كل منها على عدد معين من البتات (أو الخلايا)، حيث تُخصص كل كلمة لعمود معين من الشبكة، وتقع البتات في صفوف مختلفة. ترتبط جميع بتات كلمة معينة بخط كلمة ، وهو موصل يصل بين بوابات التحكم الخاصة بجميع بتات تلك الكلمة. ترتبط جميع البتات الأولى لعدد معين من الكلمات (الأعمدة) المتجاورة بخط بت ، وكذلك جميع البتات الثانية، وهكذا. تتصل خطوط البت بأحد طرفي الخلايا (المصدر أو المصرف). من خلال التحكم في الفولتية على خطوط الكلمات، يمكن قراءة بت معين بقياس الفولتية على خط البت المقابل. وتختلف طريقة القيام بذلك باختلاف نوع ذاكرة الفلاش المستخدمة، سواء كانت NOR أو NAND.

في ذاكرة الفلاش NOR، يتصل أحد طرفي كل خلية بالأرض مباشرةً، بينما يتصل الطرف الآخر بخط البت. يُطلق على هذا الترتيب اسم "ذاكرة الفلاش NOR" لأنه يعمل كبوابة NOR ؛  فإذا تم رفع مستوى أي من خطوط الكلمات (المتصلة ببوابة التحكم في الخلايا)، فقد يعمل ترانزستور التخزين المقابل على خفض مستوى خط البت، ولكن هذا يعتمد على شحنة البوابة العائمة. ولأن عدة كلمات متصلة بخط البت، فإن الخرج لا يعتمد على اثنين فقط (أي أن خط البت يبقى مرتفعًا إذا لم يكن خط الكلمة الثاني مرتفعًا)، بل على جميع خطوط الكلمات (أي أن خط البت يبقى مرتفعًا إذا لم يكن أي من خطوط الكلمات مرتفعًا). لذا، لقراءة بت من كلمة معينة، يتم خفض مستوى جميع خطوط الكلمات باستثناء خط الكلمة المطلوبة. 

لا تزال ذاكرة NOR flash الخيار الأمثل للتطبيقات المدمجة التي تتطلب جهاز ذاكرة منفصل غير متطاير. وتتيح زمنات القراءة المنخفضة التي تميز أجهزة NOR تنفيذ التعليمات البرمجية وتخزين البيانات مباشرةً في منتج ذاكرة واحد. ^{[ 82 ]} 

برمجة

تُعادل خلية ذاكرة فلاش NOR أحادية المستوى في حالتها الافتراضية منطقيًا القيمة الثنائية "1"، لأن التيار سيمر عبر القناة عند تطبيق جهد مناسب على بوابة التحكم، مما يؤدي إلى خفض جهد خط البت.  ويمكن برمجة خلية ذاكرة فلاش NOR، أو ضبطها على القيمة الثنائية "0"، باتباع الإجراء التالي:

• يتم تطبيق جهد تشغيل مرتفع (عادةً >5  فولت) على CG
• تم الآن تشغيل القناة، لذا يمكن للإلكترونات أن تتدفق من المصدر إلى المصرف (بافتراض وجود  ترانزستور NMOS).
• يكون تيار المصدر-المصرف مرتفعًا بما يكفي للتسبب في قفز بعض الإلكترونات عالية الطاقة عبر الطبقة العازلة إلى FG، من خلال عملية تسمى حقن الإلكترون الساخن .

المسح

لمسح خلية ذاكرة فلاش NOR (إعادة ضبطها إلى الحالة "1")، يُطبَّق جهد عالٍ ذو قطبية معاكسة بين طرف البوابة (CG) وطرف المصدر، مما يؤدي إلى سحب الإلكترونات من البوابة الأمامية (FG) عبر نفق فاولر-نوردهايم (نفق FN). ^{[ 83 ]} يُعرف هذا باسم مسح المصدر ذي البوابة السالبة. يمكن لذاكرات NOR الحديثة المسح باستخدام مسح القناة ذي البوابة السالبة، والذي يُحيز خط الكلمة على كتلة خلية ذاكرة NOR وبئر P الخاص بها للسماح بتنفيذ نفق FN، مما يؤدي إلى مسح كتلة الخلية. كانت الذاكرات القديمة تستخدم مسح المصدر، حيث يُطبَّق جهد عالٍ على المصدر ثم تُنقل الإلكترونات من البوابة الأمامية (FG) إلى المصدر. ^{[ 84 ] [ 85 ]} تُقسَّم رقائق ذاكرة فلاش NOR الحديثة  إلى أجزاء مسح (تُسمى غالبًا كتلًا أو قطاعات). لا يمكن إجراء عملية المسح إلا على أساس كل كتلة على حدة؛ يجب مسح جميع الخلايا في جزء المسح معًا. ^{[ 86 ]} ومع ذلك، يمكن عمومًا برمجة خلايا NOR بايت واحد أو كلمة واحدة في كل مرة.

تستخدم ذاكرة NAND flash أيضًا شبكة من ترانزستورات البوابة العائمة (انظر أعلاه)، ولكنها متصلة بطريقة تُشبه بوابة NAND : حيث تُوصل الترانزستورات المُقابلة لبت مُعين من عدة كلمات على التوالي، ويتم خفض مستوى خط البت إذا تم رفع مستوى جميع خطوط الكلمات (أعلى من جهد الترانزستور V_{_T} ). لقراءة بت من كلمة مُعينة، يتم خفض مستوى خط الكلمة الخاص بها ورفع مستوى جميع خطوط الكلمات الأخرى، وعندها سيعكس خط البت حالة البوابة العائمة للخلية المطلوبة. ثم يتم توصيل هذه المجموعات عبر بعض الترانزستورات الإضافية بمصفوفة خطوط بت من نوع NOR بنفس طريقة توصيل الترانزستورات الفردية في ذاكرة NOR  flash.

بالمقارنة مع ذاكرة NOR flash، فإن استبدال الترانزستورات المفردة بمجموعات متصلة تسلسليًا يُضيف مستوىً إضافيًا من العنونة. فبينما  قد تُعنون ذاكرة NOR flash بالصفحة ثم الكلمة،  قد تُعنون ذاكرة NAND flash بالصفحة ثم الكلمة ثم البت. تُناسب عنونة مستوى البت التطبيقات التسلسلية البتية (مثل محاكاة القرص الصلب)، التي لا تصل إلا إلى بت واحد في كل مرة. أما تطبيقات التنفيذ المباشر ، من ناحية أخرى، فتتطلب الوصول إلى كل بت في الكلمة في آنٍ واحد، وهذا يتطلب عنونة مستوى الكلمة. على أي حال، يُمكن استخدام كلٍ من نمطي عنونة البت والكلمة مع ذاكرة NOR flash أو NAND  flash.

لقراءة البيانات، يتم أولاً تحديد المجموعة المطلوبة (بنفس طريقة تحديد ترانزستور واحد من مصفوفة NOR). بعد ذلك، يتم رفع معظم خطوط الكلمات فوق V_{_T2} ، بينما يتم رفع أحدها إلى V_{_I} . ستعمل المجموعة المتسلسلة (وتخفض خط البت) إذا لم تتم برمجة البت المحدد.

على الرغم من زيادة عدد الترانزستورات، فإن تقليل عدد أسلاك التأريض وخطوط البتات يسمح بتصميم أكثر كثافة وسعة تخزين أكبر لكل شريحة. (في الواقع، تكون أسلاك التأريض وخطوط البتات أعرض بكثير من الخطوط الموضحة في المخططات). إضافةً إلى ذلك،  يُسمح عادةً لذاكرة NAND الفلاشية باحتواء عدد معين من الأخطاء (  بينما يُتوقع أن تكون ذاكرة NOR الفلاشية، المستخدمة في ذاكرة BIOS  ROM، خالية من الأخطاء). يسعى المصنّعون إلى زيادة سعة التخزين القابلة للاستخدام إلى أقصى حد عن طريق تصغير حجم الترانزستورات أو الخلايا، إلا أنه بإمكان الصناعة تجنّب ذلك وتحقيق كثافة تخزين أعلى لكل شريحة باستخدام ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد، التي تُكدّس الخلايا فوق بعضها البعض.

تُقرأ خلايا ذاكرة الفلاش NAND عن طريق تحليل استجابتها لمختلف الفولتيات. ^{[ 69 ]}

تعتمد ذاكرة NAND العمودية (V-NAND) أو ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد على تكديس خلايا الذاكرة عموديًا، وتستخدم بنية فلاش تعتمد على مصيدة الشحنة . تسمح الطبقات العمودية بكثافة بتات سطحية أكبر دون الحاجة إلى خلايا فردية أصغر. ^{[ 88 ]} تُباع أيضًا تحت العلامة التجارية BiCS Flash ، وهي علامة تجارية لشركة Kioxia Corporation (المعروفة سابقًا باسم Toshiba Memory Corporation). أعلنت شركة Toshiba عن ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد لأول مرة في عام 2007. ^{[ 49 ]} وبدأت شركة Samsung Electronics بتصنيع ذاكرة NAND العمودية تجاريًا لأول مرة في عام 2013. ^{[ 50 ] [ 51 ] [ 89 ] [ 90 ]}

يكلف

تُعدّ تكلفة رقاقة ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد مُقاربةً لتكلفة  رقاقة ذاكرة NAND المسطحة المُصغّرة (32 نانومتر أو أقل). ^{[ 96 ]} ومع ذلك، ونظرًا لتوقف تصغير ذاكرة NAND المسطحة عند 16  نانومتر، يُمكن مواصلة خفض تكلفة البت الواحد في ذاكرة NAND ثلاثية الأبعاد بدءًا من 16 طبقة. ولكن، نظرًا لعدم استقامة الجدار الجانبي للثقب المحفور عبر الطبقات، فإن أي انحراف طفيف يؤدي إلى حد أدنى لتكلفة البت، أي الحد الأدنى لقاعدة التصميم المكافئة (أو الحد الأقصى للكثافة)، لعدد مُحدد من الطبقات؛ ويقلّ عدد الطبقات الذي يُحقق الحد الأدنى لتكلفة البت مع انخفاض قطر الثقب. ^{[ 97 ]}

من عيوب ذاكرة الفلاش أنها لا تسمح بمسح سوى كتلة واحدة في كل مرة. يؤدي هذا عادةً إلى ضبط جميع البتات في الكتلة على القيمة 1. بدءًا من كتلة تم مسحها حديثًا، يمكن برمجة أي موقع داخلها. مع ذلك، بمجرد ضبط بت على القيمة 0، لا يمكن إعادته إلى القيمة 1 إلا بمسح الكتلة بأكملها. بعبارة أخرى،  توفر ذاكرة الفلاش (وتحديدًا ذاكرة فلاش NOR) عمليات قراءة وبرمجة عشوائية، لكنها لا توفر عمليات إعادة كتابة أو مسح عشوائية. مع ذلك، يمكن إعادة كتابة موقع ما طالما أن البتات الصفرية للقيمة الجديدة تشكل مجموعة شاملة للقيم التي تمت الكتابة فوقها. على سبيل المثال، قد تُمسح قيمة نصف بايت إلى 1111، ثم تُكتب كـ 1110. ويمكن لعمليات الكتابة المتتالية على هذا النصف بايت تغييره إلى 1010، ثم 0010، وأخيرًا 0000. بمعنى آخر، تُعيد عملية المسح ضبط جميع البتات إلى 1، بينما لا يمكن للبرمجة مسح سوى البتات إلى 0. ^{[ 98 ]} تستخدم بعض أنظمة الملفات المصممة لأجهزة الفلاش هذه الخاصية لإعادة الكتابة، مثل YAFFS1 ، لتمثيل بيانات تعريف القطاعات. أما أنظمة ملفات الفلاش الأخرى، مثل YAFFS2 ، فلا تستخدم هذه الخاصية إطلاقًا، بل تُجري عمليات إضافية كثيرة لتلبية قاعدة "الكتابة مرة واحدة".

على الرغم من أن هياكل البيانات في ذاكرة الفلاش لا يمكن تحديثها بطرق عامة تمامًا، إلا أن هذا يسمح بـ"إزالة" العناصر عن طريق وضع علامة عليها بأنها غير صالحة. قد تحتاج هذه التقنية إلى تعديل لأجهزة الخلايا متعددة المستويات ، حيث تحتوي خلية الذاكرة الواحدة على أكثر من بت واحد.

توفر أجهزة التخزين الفلاشية الشائعة، مثل محركات أقراص USB وبطاقات الذاكرة، واجهة على مستوى الكتلة فقط، أو طبقة ترجمة الفلاش (FTL)، والتي تكتب إلى خلية مختلفة في كل مرة لتوزيع استهلاك الجهاز. يمنع هذا الكتابة التراكمية داخل الكتلة الواحدة؛ ومع ذلك، فإنه يساعد الجهاز على تجنب التلف المبكر الناتج عن أنماط الكتابة المكثفة.

تُفقد البيانات المخزنة على خلايا الذاكرة الفلاشية بشكل مطرد نتيجةً لتحرر الإلكترونات . ويزداد معدل الفقدان بشكل أُسّي مع ارتفاع درجة الحرارة المطلقة . على سبيل المثال: بالنسبة  لذاكرة فلاشية NOR بتقنية 45 نانومتر، وبعد 1000 ساعة، يكون فقد جهد العتبة (Vt) عند 25 درجة مئوية نصف قيمته تقريبًا عند 90 درجة مئوية. ^{[ 99 ]}

من القيود الأخرى أن ذاكرة الفلاش لها عدد محدود من دورات البرمجة والمسح (يُشار إليها عادةً  بدورات P/E). ^{[ 100 ] [ 101 ]} أعلنت شركتا مايكرون تكنولوجي وسن مايكروسيستمز  عن شريحة ذاكرة فلاش SLC NAND مصنفة لـ 1,000,000 دورة  P/E  في 17 ديسمبر 2008. ^{[ 102 ]}

قد ينطبق عدد الدورات المضمون على الكتلة صفر فقط (كما هو الحال مع أجهزة TSOP  NAND)، أو على جميع الكتل (كما هو الحال في NOR). يتم التخفيف من هذا التأثير في بعض البرامج الثابتة للرقاقات أو برامج تشغيل نظام الملفات عن طريق حساب عمليات الكتابة وإعادة تعيين الكتل ديناميكيًا لتوزيع عمليات الكتابة بين القطاعات؛ تُسمى هذه التقنية بتسوية التآكل . هناك نهج آخر يتمثل في إجراء التحقق من الكتابة وإعادة التعيين إلى قطاعات احتياطية في حالة فشل الكتابة، وهي تقنية تُسمى إدارة الكتل التالفة (BBM). بالنسبة للأجهزة الاستهلاكية المحمولة، تُطيل تقنيات إدارة التآكل هذه عادةً عمر ذاكرة الفلاش إلى ما بعد عمر الجهاز نفسه، وقد يكون فقدان بعض البيانات مقبولًا في هذه التطبيقات. ومع ذلك، بالنسبة لتخزين البيانات عالي الموثوقية، لا يُنصح باستخدام ذاكرة فلاش ستخضع لعدد كبير من دورات البرمجة. يوجد هذا القيد أيضًا بالنسبة لتطبيقات "القراءة فقط" مثل العملاء الخفيفين وأجهزة التوجيه ، والتي تتم برمجتها مرة واحدة فقط أو بضع مرات على الأكثر خلال فترة تشغيلها، بسبب اضطراب القراءة (انظر أدناه).

في ديسمبر 2012، كشف مهندسون تايوانيون من شركة ماكرونيكس عن نيتهم ​​الإعلان، خلال اجتماع IEEE الدولي لأجهزة الإلكترونيات لعام 2012، عن اكتشافهم طريقة لتحسين  دورات القراءة/الكتابة في ذاكرة NAND الفلاشية من 10,000 إلى 100 مليون دورة، باستخدام عملية "إصلاح ذاتي" تعتمد على شريحة فلاش مزودة بـ"سخانات مدمجة قادرة على تلدين مجموعات صغيرة من خلايا الذاكرة". ^{[ 103 ]} وكان من المفترض أن يحل التلدين الحراري المدمج محل دورة المسح المعتادة، بعملية موضعية ذات درجة حرارة عالية لا تقتصر على مسح الشحنة المخزنة فحسب، بل تُصلح أيضًا الإجهاد الناتج عن الإلكترونات في الشريحة، مما يُتيح دورات كتابة لا تقل عن 100 مليون. ^{[ 104 ]} وكانت النتيجة شريحة قابلة للمسح وإعادة الكتابة مرارًا وتكرارًا، حتى في الحالات التي يُفترض نظريًا أن تتعطل فيها. وعلى الرغم من أهمية هذا الإنجاز الواعد لشركة ماكرونيكس في صناعة الهواتف المحمولة، إلا أنه لم تكن هناك أي خطط لإصدار منتج تجاري بهذه الإمكانية في المستقبل القريب. ^{[ 105 ]}

قد تتسبب طريقة قراءة  ذاكرة NAND الفلاشية في تغيير الخلايا المجاورة في نفس كتلة الذاكرة بمرور الوقت (أي برمجتها). يُعرف هذا باسم اضطراب القراءة. عادةً ما يكون الحد الأقصى لعدد عمليات القراءة بين عمليات المسح مئات الآلاف. إذا استمرت القراءة من خلية واحدة، فلن تتعطل تلك الخلية، بل ستتعطل إحدى الخلايا المحيطة بها عند القراءة اللاحقة. لتجنب مشكلة اضطراب القراءة، يقوم متحكم الفلاش عادةً بحساب إجمالي عدد عمليات القراءة لكتلة معينة منذ آخر عملية مسح. عندما يتجاوز العدد حدًا معينًا، تُنسخ الكتلة المتأثرة إلى كتلة جديدة، ثم تُمسح، ثم تُعاد إلى مجمع الكتل. تعود الكتلة الأصلية إلى حالتها الأصلية بعد المسح. مع ذلك، إذا لم يتدخل متحكم الفلاش في الوقت المناسب، فسيحدث خطأ اضطراب القراءة مع احتمال فقدان البيانات إذا كانت الأخطاء كثيرة جدًا بحيث لا يمكن تصحيحها باستخدام رمز تصحيح الأخطاء . ^{[ 106 ] [ 107 ] [ 108 ]}

تأتي معظم دوائر الذاكرة الفلاشية المتكاملة في حزم مصفوفة الكرات الشبكية (BGA)، وحتى تلك التي لا تأتي في هذه الحزم غالبًا ما تُركّب على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بجوار حزم BGA أخرى. بعد تجميع لوحة الدوائر المطبوعة ، تُفحص اللوحات المزودة بحزم BGA بالأشعة السينية للتأكد من توصيل الكرات بشكل صحيح بالوسادات المناسبة، أو ما إذا كانت حزمة BGA بحاجة إلى إعادة معالجة . يمكن لهذه الأشعة السينية مسح البتات المبرمجة في شريحة الذاكرة الفلاشية (تحويل البتات المبرمجة "0" إلى بتات "1" ممسوحة). لا تتأثر البتات الممسوحة ("بتات "1") بالأشعة السينية. ^{[ 109 ] [ 110 ]}

يقوم بعض المصنعين الآن بتصنيع أجهزة ذاكرة SD ^{[ 111 ]} و USB ^{[ 112 ]} المقاومة للأشعة السينية .

تُشبه عملية القراءة من ذاكرة NOR flash عملية القراءة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، شريطة أن يتم ربط عنوان الذاكرة وناقل البيانات بشكل صحيح. ولهذا السبب، تستطيع معظم المعالجات الدقيقة استخدام  ذاكرة NOR flash كذاكرة تنفيذ مباشرة (XIP)، ^{[ 113 ]} مما يعني  إمكانية تنفيذ البرامج المخزنة في ذاكرة NOR flash مباشرةً منها  دون الحاجة إلى نسخها إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) أولاً.  يمكن برمجة ذاكرة NOR flash بطريقة الوصول العشوائي المشابهة للقراءة. تُغير البرمجة البتات من القيمة المنطقية 1 إلى القيمة المنطقية 0، بينما تبقى البتات التي قيمتها 0 دون تغيير. يجب أن تتم عملية المسح على مستوى الكتلة في كل مرة، حيث تُعاد جميع البتات في الكتلة الممسوحة إلى القيمة 1. تتراوح أحجام الكتل النموذجية بين 64 و128 و256 كيلوبايت . 

تُعدّ إدارة القطاعات التالفة ميزة حديثة نسبياً في  رقاقات NOR. في أجهزة NOR القديمة التي لا تدعم إدارة القطاعات التالفة، يجب على البرنامج أو برنامج تشغيل الجهاز الذي يتحكم في رقاقة الذاكرة تصحيح القطاعات التي تتلف، وإلا سيتوقف الجهاز عن العمل بشكل موثوق.

تختلف الأوامر المحددة المستخدمة لقفل ذاكرة NOR أو فتحها أو برمجتها أو مسحها باختلاف الشركات المصنعة. ولتجنب الحاجة إلى برامج تشغيل خاصة لكل جهاز، تسمح أوامر واجهة ذاكرة الفلاش المشتركة (CFI) للجهاز بتحديد نفسه ومعايير التشغيل الأساسية الخاصة به.

إلى جانب استخدامها كذاكرة قراءة فقط (ROM) ذات وصول عشوائي،  يمكن استخدام ذاكرة NOR الفلاشية كجهاز تخزين، وذلك بالاستفادة من برمجة الوصول العشوائي. توفر بعض الأجهزة خاصية القراءة أثناء الكتابة، بحيث يستمر تنفيذ التعليمات البرمجية حتى أثناء إجراء عملية برمجة أو مسح في الخلفية. أما بالنسبة لكتابة البيانات المتسلسلة،  فعادةً ما تكون سرعات الكتابة في رقائق ذاكرة NOR الفلاشية أبطأ مقارنةً بذاكرة NAND الفلاشية  .

لا تحتاج ذاكرة الفلاش NOR النموذجية إلى رمز تصحيح الأخطاء . ^{[ 114 ]}

طُرحت بنية ذاكرة NAND flash من قِبل شركة توشيبا عام 1989. ^{[ 115 ]} ويتم الوصول إلى هذه الذاكرة بطريقة مشابهة لأجهزة التخزين الكتلية ، مثل الأقراص الصلبة. تتكون كل كتلة من عدد من الصفحات، ويبلغ حجم كل صفحة عادةً 512 أو ^{[ 116 ]} أو 2048 أو 4096 بايت. ويرتبط بكل صفحة بضعة بايتات (عادةً ما تكون 1/32 من حجم البيانات) يمكن استخدامها لتخزين رمز تصحيح الأخطاء (ECC) .

تشمل أحجام الكتل النموذجية ما يلي:

• 32 صفحة، كل صفحة بحجم 512+16 بايت، ليصبح حجم الكتلة (الفعلي) 16 كيلوبايت . 
• 64 صفحة بحجم 2048+64 بايت لكل منها لحجم كتلة يبلغ 128  كيلوبايت ^{[ 117 ]}
• 64 صفحة بحجم 4096+128 بايت لكل منها لحجم كتلة يبلغ 256  كيلوبايت ^{[ 118 ]}
• 128 صفحة، كل صفحة بحجم 4096 + 128 بايت، أي ما يعادل حجم كتلة يبلغ 512  كيلوبايت.
• 2048 صفحة بحجم 16386+128 بايت لكل منها لحجم كتلة يبلغ 32768  كيلوبايت ^{[ 119 ]}

قد يتراوح حجم كتلة المسح في ذاكرة NAND الحديثة بين 1 ميجابايت و128 ميجابايت. ^{[ 120 ]} بينما تتم عمليات القراءة والبرمجة على مستوى الصفحات، لا يمكن إجراء المسح إلا على مستوى الكتل. ^{[ 121 ]} ولأن تغيير قيمة خلية من 0 إلى 1 يتطلب مسح كتلة كاملة بدلاً من تعديل بعض الصفحات فقط، فإن إجراء تغييرات على بيانات كتلة ما قد يكون في الواقع عملية قراءة-مسح-كتابة (REW) أو قراءة-تعديل-مسح-كتابة (RMEW)، حيث تُنقل البيانات الجديدة فعليًا إلى كتلة أخرى.

تتطلب أجهزة NAND أيضًا إدارة القطاعات التالفة بواسطة برنامج تشغيل الجهاز أو شريحة التحكم في ذاكرة الفلاش .  على سبيل المثال، تتضمن بعض بطاقات SD دوائر تحكم لإدارة القطاعات التالفة وموازنة التآكل . عند الوصول إلى قطاع منطقي بواسطة برنامج عالي المستوى، يقوم برنامج تشغيل الجهاز أو وحدة التحكم بربطه بقطاع فعلي. قد يتم تخصيص عدد من القطاعات على شريحة الفلاش لتخزين جداول الربط للتعامل مع القطاعات التالفة، أو قد يقوم النظام ببساطة بفحص كل قطاع عند بدء التشغيل لإنشاء خريطة للقطاعات التالفة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). تتقلص سعة الذاكرة الإجمالية تدريجيًا مع ازدياد عدد القطاعات التي يتم تصنيفها على أنها تالفة.

تعتمد ذاكرة NAND على تصحيح الأخطاء (ECC) لتعويض البتات التي قد تتعطل تلقائيًا أثناء التشغيل العادي للجهاز. يقوم تصحيح الأخطاء النموذجي بتصحيح خطأ بت واحد في كل 2048  بت (256  بايت) باستخدام 22  بت، أو خطأ بت واحد في كل 4096  بت (512  بايت) باستخدام 24  بت. ^{[ 122 ]} إذا لم يتمكن تصحيح الأخطاء من تصحيح الخطأ أثناء القراءة، فقد يظل قادرًا على اكتشافه. عند إجراء عمليات المسح أو البرمجة، يمكن للجهاز اكتشاف الكتل التي فشلت برمجتها أو مسحها ووضع علامة عليها بأنها تالفة. ثم تُكتب البيانات إلى كتلة سليمة أخرى، ويتم تحديث خريطة الكتل التالفة.

تُعدّ رموز هامينغ أكثر أنواع تصحيح الأخطاء شيوعًا في  ذاكرة فلاش NAND من نوع SLC. أما رموز ريد-سولومون ورموز BCH (رموز بوز-تشودري-هوكينغهام) فهي شائعة الاستخدام في ذاكرة  فلاش NAND من نوع MLC. وتقوم بعض  رقائق ذاكرة فلاش NAND من نوع MLC بتوليد رموز تصحيح الأخطاء BCH المناسبة داخليًا. ^{[ 114 ]}

تُشحن معظم أجهزة ذاكرة NAND من المصنع مزودةً ببعض القطاعات التالفة. ويتم عادةً تمييز هذه القطاعات وفقًا لاستراتيجية محددة لتمييز القطاعات التالفة. وبإتاحة وجود بعض القطاعات التالفة، يحقق المصنّعون إنتاجية أعلى بكثير مما لو كان لا بد من التحقق من سلامة جميع القطاعات. وهذا يقلل بشكل كبير من  تكاليف ذاكرة NAND الفلاشية، ولا يُقلل إلا قليلاً من سعة التخزين.

عند تشغيل البرامج من ذاكرة NAND، تُستخدم غالبًا استراتيجيات الذاكرة الافتراضية : حيث يجب أولًا تقسيم محتويات الذاكرة أو نسخها إلى ذاكرة RAM مُخصصة لها، ثم تشغيلها هناك (مما يؤدي إلى الجمع الشائع بين ذاكرة NAND وذاكرة RAM). تُعد وحدة إدارة الذاكرة (MMU) في النظام مفيدة، ولكن يمكن أيضًا تحقيق ذلك باستخدام طبقات إضافية . لهذا السبب، تستخدم بعض الأنظمة مزيجًا من ذاكرتي NOR وNAND، حيث تُستخدم ذاكرة NOR أصغر حجمًا كذاكرة ROM للبرامج، بينما تُقسّم ذاكرة NAND الأكبر حجمًا بنظام ملفات لاستخدامها كمساحة تخزين بيانات غير متطايرة.

تتخلى ذاكرة NAND عن مزايا الوصول العشوائي والتنفيذ الموضعي التي تتميز بها ذاكرة NOR. تُعد ذاكرة NAND الخيار الأمثل للأنظمة التي تتطلب سعة تخزين بيانات عالية. فهي توفر كثافة تخزين أعلى، وسعات أكبر، وتكلفة أقل. كما تتميز بسرعة مسح البيانات، وكتابتها وقراءتها بشكل متسلسل.

طوّرت مجموعة تُدعى " مجموعة عمل واجهة ذاكرة الفلاش NAND المفتوحة" (ONFI) واجهةً قياسيةً منخفضة المستوى لرقائق ذاكرة الفلاش NAND . يتيح ذلك التوافق بين أجهزة NAND المتوافقة من مختلف الموردين. صدرت  مواصفات ONFI الإصدار 1.0 ^{[ 123 ] في 28 ديسمبر 2006، وهي تُحدد ما يلي:}

• واجهة مادية قياسية ( مخطط توصيل ) لذاكرة فلاش NAND في حزم TSOP -48 وWSOP-48 و LGA -52 و BGA -63
• مجموعة أوامر قياسية لقراءة وكتابة ومسح رقائق ذاكرة الفلاش NAND
• آلية للتعرف الذاتي (مماثلة لميزة الكشف عن الوجود التسلسلي لوحدات ذاكرة SDRAM)

تحظى مجموعة ONFI بدعم كبرى الشركات المصنعة لذاكرة NAND flash، بما في ذلك Hynix و Intel و Micron Technology و Numonyx ، بالإضافة إلى كبرى الشركات المصنعة للأجهزة التي تتضمن  رقائق ذاكرة NAND flash. ^{[ 124 ]}

اختارت شركتا توشيبا وسامسونج ، وهما من كبرى الشركات المصنعة لأجهزة ذاكرة الفلاش ، استخدام واجهة ذاكرة فلاش NAND من تصميمهما الخاص، والمعروفة باسم وضع التبديل (Toggle Mode) (والتي تُعرف الآن باسم التبديل Toggle). لا تتوافق هذه الواجهة تمامًا مع مواصفات ONFI. ونتيجةً لذلك، قد لا يكون المنتج المصمم لأجهزة إحدى الشركتين متوافقًا مع أجهزة شركة أخرى. ^{[ 125 ]}

شكلت مجموعة من الموردين، بما في ذلك إنتل وديل ومايكروسوفت ، فريق عمل واجهة وحدة تحكم مضيف الذاكرة غير المتطايرة (NVMHCI). ^{[ 126 ]} يهدف هذا الفريق إلى توفير واجهات برمجة قياسية للبرامج والأجهزة لأنظمة الذاكرة غير المتطايرة الفرعية، بما في ذلك جهاز "ذاكرة التخزين المؤقت الفلاشية" المتصل بناقل PCI Express .

عادةً ما تكون قدرة تحمل الكتابة لذاكرة فلاش NOR ذات البوابة العائمة من نوع SLC مساوية أو أكبر من قدرة  تحمل ذاكرة فلاش NAND، بينما تتمتع ذاكرة فلاش  NOR من نوع MLC وذاكرة فلاش NAND  بقدرات تحمل متقاربة. وتُقدَّم أمثلة على معدلات دورات التحمل المذكورة في جداول بيانات ذاكرة فلاش NAND وNOR  ، وكذلك في أجهزة التخزين التي تستخدم ذاكرة الفلاش. ^{[ 142 ]}

مع ذلك، من خلال تطبيق خوارزميات ونماذج تصميم معينة، مثل موازنة التآكل ، وتوفير مساحة تخزين إضافية في ذاكرة الفلاش ، واستخدام ذاكرة فلاش عالية الجودة (مثل pSLC وeTLC)، يمكن ضبط قدرة تحمل نظام التخزين لتلبية متطلبات محددة. ^{[ 172 ]}

لحساب عمر ذاكرة NAND  ، يجب مراعاة حجم شريحة الذاكرة ونوعها (مثل SLC/MLC/TLC) ونمط الاستخدام. وتحظى ذاكرة NAND الصناعية وذاكرة NAND الخاصة بالخوادم بطلب متزايد نظرًا لسعتها الكبيرة، وعمرها الطويل، وموثوقيتها في البيئات الحساسة.

مع ازدياد عدد البتات لكل خلية، قد يتدهور أداء وعمر ذاكرة NAND الفلاشية، مما يزيد من أوقات القراءة العشوائية إلى 100 ميكروثانية لذاكرة TLC NAND، أي أربعة أضعاف الوقت المطلوب في ذاكرة SLC NAND، وضعف الوقت المطلوب في ذاكرة MLC NAND، للقراءة العشوائية. ^{[ 71 ]}

ذاكرة الفلاش التسلسلية هي ذاكرة فلاش صغيرة الحجم ومنخفضة الطاقة، توفر وصولاً تسلسلياً فقط للبيانات؛ فبدلاً من معالجة البايتات بشكل فردي، يقرأ المستخدم أو يكتب مجموعات كبيرة متجاورة من البايتات في مساحة العناوين بشكل تسلسلي. يُعدّ بروتوكول SPI (واجهة الأجهزة الطرفية التسلسلية ) بروتوكولاً شائعاً للوصول إلى هذه الذاكرة. عند دمجها في نظام مُدمج ، تتطلب ذاكرة الفلاش التسلسلية أسلاكاً أقل على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مقارنةً بذاكرة الفلاش المتوازية، لأنها تنقل وتستقبل البيانات بت واحد في كل مرة. وهذا قد يُتيح تقليل مساحة اللوحة، واستهلاك الطاقة، والتكلفة الإجمالية للنظام.

هناك عدة أسباب تجعل الجهاز التسلسلي، الذي يحتوي على عدد أقل من الدبابيس الخارجية مقارنة بالجهاز المتوازي، قادراً على تقليل التكلفة الإجمالية بشكل كبير:

• تُعاني العديد من الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) من محدودية عدد نقاط التوصيل، ما يعني أن حجم الشريحة مُقيد بعدد نقاط التوصيل السلكية ، وليس بتعقيد وعدد البوابات المستخدمة في منطق الجهاز. وبالتالي، يُتيح الاستغناء عن نقاط التوصيل تصميم دائرة متكاملة أكثر إحكامًا على شريحة أصغر؛ وهذا بدوره يزيد من عدد الشرائح التي يُمكن تصنيعها على رقاقة السيليكون ، وبالتالي يُقلل من تكلفة الشريحة الواحدة.
• يؤدي تقليل عدد المنافذ الخارجية إلى خفض تكاليف التجميع والتغليف . ويمكن تغليف جهاز تسلسلي في عبوة أصغر وأبسط من جهاز متوازي.
• تشغل العبوات الأصغر حجماً والأقل عدداً من الدبابيس مساحة أقل على لوحة الدوائر المطبوعة.
• الأجهزة ذات عدد الدبابيس المنخفض تبسط عملية توجيه لوحة الدوائر المطبوعة .

يوجد نوعان رئيسيان من ذاكرة الفلاش SPI. يتميز النوع الأول بكتل صغيرة ومخزن مؤقت داخلي واحد من نوع SRAM، مما يسمح بقراءة كتلة كاملة إلى المخزن، وتعديلها جزئيًا، ثم كتابتها مرة أخرى (على سبيل المثال، ذاكرة Atmel AT45 DataFlash أو ذاكرة Micron Technology Page Erase NOR  Flash). أما النوع الثاني، فيحتوي على قطاعات أكبر، حيث يبلغ حجم أصغر قطاع فيه عادةً 4  كيلوبايت، ولكنه قد يصل إلى 64  كيلوبايت. ولأن هذا النوع من ذاكرة الفلاش SPI يفتقر إلى مخزن مؤقت داخلي من نوع SRAM، يجب قراءة الكتلة كاملة وتعديلها قبل كتابتها مرة أخرى، مما يجعل إدارته بطيئة. ومع ذلك، فإن النوع الثاني أرخص من الأول، ولذلك يُعد خيارًا جيدًا عند استخدام تقنية نسخ التعليمات البرمجية.

لا يمكن استبدال النوعين بسهولة، لأنهما لا يملكان نفس ترتيب الدبابيس، ومجموعات الأوامر غير متوافقة.

تعتمد معظم وحدات FPGA على خلايا تكوين SRAM وتتطلب جهاز تكوين خارجي، غالبًا ما يكون شريحة ذاكرة فلاش تسلسلية، لإعادة تحميل تدفق بتات التكوين في كل دورة طاقة. ^{[ 185 ]}

من التطبيقات الحديثة الأخرى لذاكرة الفلاش استخدامها كبديل للأقراص الصلبة . فذاكرة الفلاش لا تعاني من القيود الميكانيكية وزمن الاستجابة الذي تعاني منه الأقراص الصلبة، مما يجعل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) خيارًا جذابًا من حيث السرعة والضوضاء واستهلاك الطاقة والموثوقية. وتكتسب محركات أقراص الفلاش رواجًا متزايدًا كوحدات تخزين ثانوية للأجهزة المحمولة، كما تُستخدم كبديل للأقراص الصلبة في أجهزة الكمبيوتر المكتبية عالية الأداء وبعض الخوادم المزودة بتقنيات RAID و SAN .

لا تزال هناك بعض الجوانب التي تجعل محركات الأقراص الصلبة SSD القائمة على ذاكرة الفلاش غير جذابة. فتكلفة الجيجابايت الواحد من ذاكرة الفلاش أعلى بكثير من تكلفة الأقراص الصلبة التقليدية. ^{[ 187 ]} كما أن لذاكرة الفلاش عددًا محدودًا من دورات البرمجة/المسح ، ولكن يبدو أن هذا الأمر تحت السيطرة حاليًا نظرًا لأن ضمانات محركات الأقراص الصلبة SSD القائمة على ذاكرة الفلاش تقترب من ضمانات محركات الأقراص الصلبة الحالية. ^{[ 188 ]} إضافةً إلى ذلك، يمكن أن تبقى الملفات المحذوفة على محركات الأقراص الصلبة SSD لفترة غير محددة قبل أن تُستبدل ببيانات جديدة؛ فتقنيات أو برامج المسح أو التقطيع التي تعمل بكفاءة على محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية لا تؤثر على محركات الأقراص الصلبة SSD، مما يُعرّض الأمان والفحص الجنائي للخطر. ومع ذلك، ونظرًا لما يُسمى بأمر TRIM المستخدم في معظم محركات الأقراص الصلبة، والذي يُعلّم عناوين الكتل المنطقية التي يشغلها الملف المحذوف على أنها غير مستخدمة لتمكين جمع البيانات المهملة ، فإن برامج استعادة البيانات لا تستطيع استعادة الملفات المحذوفة من هذه المحركات.

بالنسبة لقواعد البيانات العلائقية أو الأنظمة الأخرى التي تتطلب معاملات ACID ، حتى كمية متواضعة من تخزين الفلاش يمكن أن توفر تسارعًا هائلاً مقارنة بمصفوفات محركات الأقراص. ^{[ 189 ]}

في مايو 2006، أعلنت شركة سامسونج للإلكترونيات عن جهازي كمبيوتر يعتمدان على ذاكرة فلاش، وهما Q1-SSD وQ30-SSD، وكان من المتوقع طرحهما في يونيو 2006، وكلاهما مزود  بذاكرة SSD سعة 32 جيجابايت، وكانا متوفرين في البداية فقط في كوريا الجنوبية . ^{[ 190 ]} تأخر إطلاق Q1-SSD وQ30-SSD، وتم شحنهما أخيرًا في أواخر أغسطس 2006. ^{[ 191 ]}

كان جهاز سوني فايو UX90 أول جهاز كمبيوتر شخصي مزود بذاكرة فلاش يُطرح في الأسواق، وقد أُعلن عنه للطلب المسبق في 27 يونيو 2006، وبدأ شحنه إلى اليابان في 3 يوليو 2006 مزودًا  بقرص صلب بذاكرة فلاش سعة 16 جيجابايت. ^{[ 192 ]} وفي أواخر سبتمبر 2006، قامت سوني بترقية ذاكرة الفلاش في جهاز فايو UX90 إلى 32  جيجابايت. ^{[ 193 ]}

تم توفير محرك أقراص الحالة الصلبة كخيار إضافي مع أول جهاز MacBook Air تم طرحه عام 2008، ومنذ عام 2010 فصاعدًا، تم شحن جميع الطرازات مزودة بمحرك أقراص الحالة الصلبة. وابتداءً من أواخر عام 2011، وكجزء من مبادرة Ultrabook من Intel ، يتم شحن عدد متزايد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة فائقة النحافة مزودة بمحركات أقراص الحالة الصلبة بشكل قياسي.

هناك أيضًا تقنيات هجينة مثل محرك الأقراص الهجين و ReadyBoost التي تحاول الجمع بين مزايا كلتا التقنيتين، باستخدام الفلاش كذاكرة تخزين مؤقتة غير متطايرة عالية السرعة للملفات الموجودة على القرص والتي يتم الرجوع إليها غالبًا، ولكن نادرًا ما يتم تعديلها، مثل ملفات التطبيقات وملفات نظام التشغيل القابلة للتنفيذ .

في الهواتف الذكية ، تُستخدم منتجات ذاكرة الفلاش NAND كجهاز تخزين ملفات، على سبيل المثال eMMC و eUFS .

اعتبارًا من عام 2012،هناك محاولات لاستخدام ذاكرة الفلاش كذاكرة رئيسية للحاسوب، DRAM . ^{[ 194 ]}

تحتفظ ترانزستورات البوابة العائمة في جهاز تخزين الفلاش بشحنة تمثل البيانات. تتسرب هذه الشحنة تدريجياً بمرور الوقت، مما يؤدي إلى تراكم الأخطاء المنطقية ، والمعروفة أيضاً باسم " تلف البتات " أو "تلاشي البتات". ^{[ 195 ]}

تعتمد بعض الدوائر المنطقية القابلة للبرمجة (FPGAs) على خلايا تكوين ذاكرة الفلاش التي تُستخدم مباشرةً كمفاتيح (قابلة للبرمجة) لتوصيل العناصر الداخلية معًا، باستخدام نفس نوع ترانزستور البوابة العائمة المستخدم في خلايا تخزين بيانات الفلاش في أجهزة تخزين البيانات. ^{[ 185 ]}

فيما يلي أكبر مصنعي ذاكرة الفلاش NAND، اعتبارًا من الربع الثالث من عام 2025. ^{[ 204 ]}

1. سامسونج للإلكترونيات – 30%
2. إس كيه هاينكس – 20%
3. كيوكسيا – 14%
4. شركة مايكرون للتكنولوجيا – 13%
5. YMTC – 13%
6. شركة ويسترن ديجيتال – 11%

ملاحظات: لا تزال سامسونج أكبر شركة مصنعة لذاكرة فلاش NAND حتى الربع الثالث من عام 2025.

انفصلت شركة Kioxia عن شركة Toshiba وتم تغيير اسمها في عامي 2018/2019. ^{[ 205 ]}

استحوذت شركة SK Hynix على أعمال NAND التابعة لشركة Intel في نهاية عام 2021. ^{[ 206 ]}

إضافةً إلى رقائق ذاكرة الفلاش الفردية، تُدمج ذاكرة الفلاش أيضًا في رقائق المتحكمات الدقيقة (MCU) وأجهزة النظام على رقاقة (SoC). ^{[ 223 ]} تُدمج ذاكرة الفلاش في رقائق ARM ، ^{[ 223 ]} التي بيع منها 150  مليار وحدة حول العالم حتى عام 2019.[ ^{224 ]} وفي أجهزة النظام على رقاقة القابلة للبرمجة (PSoC)، والتي بيع منها 1.1 ^مليار  وحدة اعتبارًا من عام 2012[ ^{225 ]} وهذا يضيف ما لا يقل عن 151.1 مليار شريحة MCU وSoC مزودة بذاكرة فلاش مدمجة، بالإضافة إلى 45.4 مليار عملية بيع معروفة لشرائح الفلاش الفردية اعتبارًا من عام 2015 ^.  ، بإجمالي لا يقل عن 196.5  مليار شريحة تحتوي على ذاكرة فلاش.