Flash paměť (též flash memory) je typ elektronické nevolatilní (stálé) počítačové paměti, kterou lze elektricky programovat a mazat. Nevolatilní znamená, že paměť nepotřebuje k uchování uložených dat neustálý přísun elektrické energie, na rozdíl od klasických operačních pamětí RAM.

Dnes je flash paměť absolutním standardem pro ukládání dat v moderní elektronice. Pohání vše od USB disků, paměťových karet (SD, microSD) a chytrých telefonů až po špičkové SSD disky v osobních počítačích a obřích datových centrech.

Tuto technologii vynalezl v roce 1980 inženýr Fudžio Masuoka, který pracoval pro japonskou společnost Toshiba. Vycházel ze starší technologie EEPROM, u které se ale data musela mazat a zapisovat velmi pomalu, po jednotlivých bajtech.

Masuoka vyvinul architekturu, která umožňovala mazat data ve velkých blocích najednou. Jeho kolega Šódži Ariizumi následně navrhl název „Flash“, protože rychlost, s jakou se data v celé paměti plošně smazala, mu připomínala blesk fotoaparátu (anglicky camera flash). Toshiba uvedla první komerční flash paměť na trh v roce 1987.

Flash paměti se historicky dělí na dvě základní architektury, pojmenované podle logických hradel (NAND a NOR), které využívají na úrovni tranzistorů.

NAND Flash: Toto je dnes zdaleka nejpoužívanější typ. Zapisuje a čte data v blocích (stránkách), nikoliv po jednotlivých bajtech. Výhodou je obrovská hustota dat na malé ploše a velmi nízká výrobní cena za jeden gigabajt. Nevýhodou je pomalejší náhodné čtení. Využívá se všude, kde je potřeba ukládat velká kvanta dat – SSD disky, paměti chytrých telefonů a USB flash disky.

NOR Flash: Tento typ je starší a funguje podobně jako operační paměť (RAM), tedy umožňuje číst a zapisovat data po jednotlivých bajtech. Je extrémně rychlý při čtení, ale pomalý při zápisu a výrobně je velmi drahý. Dnes se používá primárně k ukládání malého množství kritických dat, která se musí okamžitě spustit bez předchozího kopírování do RAM – například BIOS/UEFI na základních deskách nebo firmware v routerech a IoT zařízeních.

Základním stavebním kamenem NAND flash paměti je paměťová buňka (tranzistor s plovoucím hradlem). Vývojáři neustále hledají způsoby, jak do jedné mikroskopické buňky nacpat více dat, což definuje takzvané typy NAND buněk podle počtu uložených bitů.

SLC (Single-Level Cell): Do jedné buňky se ukládá přesně jeden bit dat (0 nebo 1). Tyto paměti jsou extrémně rychlé, spolehlivé a vydrží desítky tisíc přepisů, ale jsou velmi drahé a mají malou kapacitu. Používají se v průmyslových a kritických serverových aplikacích.

MLC (Multi-Level Cell): Buňka dokáže rozpoznat více úrovní elektrického napětí, a tím do sebe uloží dva bity dat (00, 01, 10, 11). Jde o historický kompromis mezi cenou a výdrží pro dřívější spotřebitelská SSD.

TLC (Triple-Level Cell): Do jedné buňky se ukládají tři bity (8 úrovní napětí). Toto je současný absolutní mainstream. SSD disky s TLC čipy najdeme ve většině dnešních notebooků a telefonů. Nabízejí výborný poměr ceny a kapacity.

QLC (Quad-Level Cell) a PLC (Penta-Level Cell): Uložení čtyř (QLC) nebo dokonce pěti (PLC) bitů do jedné buňky. Tyto disky jsou velmi levné a nabízejí obrovské kapacity (běžně jednotky až desítky Terabajtů). Daní za to je ale drasticky nižší životnost (často jen několik stovek přepisů buňky, než fyzicky degraduje) a velmi pomalé rychlosti zápisu u velkých souborů.

Zhruba kolem roku 2013 narazil polovodičový průmysl na fyzikální limity. Paměťové buňky už nešlo zmenšovat v ploše (tzv. rovinný neboli Planar 2D NAND), protože tranzistory byly tak blízko sebe, že docházelo k prolínání elektronů a ztrátě dat.

Řešením se stala technologie 3D NAND (společnost Samsung ji nazývá V-NAND). Místo zmenšování buněk je inženýři začali skládat na sebe do vrstev, podobně jako patra v mrakodrapu. Dnešní špičkové čipy se skládají běžně ze 176, 232 nebo i více vrstev. Tato technologie vrátila flash pamětem spolehlivost, zvýšila rychlost a umožnila další obrovský nárůst kapacit na miniaturním prostoru.

Achillovou patou flash pamětí je omezený počet mazacích a zapisovacích cyklů (P/E cycles - Program/Erase cycles). Pokaždé, když se buňka vymaže a přepíše, silné elektrické napětí mírně poškodí izolant tranzistoru. Po určitém počtu přepisů buňka ztratí schopnost spolehlivě udržet náboj a je vyřazena.

Aby flash disk nebo SSD neumřel předčasně, využívá zabudovaný hardwarový řadič techniku zvanou Wear Leveling (rovnoměrné rozkládání zátěže). Řadič inteligentně přesouvá zapisovaná data po celém disku tak, aby se všechny buňky opotřebovávaly rovnoměrně, a zabránil tak zničení jedné konkrétní oblíbené části paměti, zatímco zbytek buněk by zůstal nedotčen.

Související pojmy: SSD, HDD, EEPROM, Tranzistor, Polovodič, Wear Leveling, SLC, TLC, 3D NAND, Počítačová paměť, RAM.