Есть положим STM32F103, у него максимальная тактовая 72 МГц. Будет ли процессор реально работать на этой частоте если программа выполняется из внутренней флеш памяти? Или там будут какие то задержки при выборке команд? Ведь флеш считается медленной памятью.

Как у STM32 не знаю, а если интересно по Renesas, то они говорят что в rx600 флеш работает на частоте процессора.

Тут над архитектурой постарались не только ST, но и ARM.
Буфер предвыборки и отдельная ICode-шина делают все возможное, чтобы медленная Flash не влияла на производительность.
В случае линейно исполниемого кода работа идет на частоте ядра. Простые условные операции хорошо выполняются IT-блоками.
Нужно еще постараться, чтобы код из ОЗУ выполнялся быстрее, чем из Flash.

Но зачем тогда на частоту 72 МГц настраиваются задержки в регистре FLASH_ACR? В документе pm0042 расписано что до 24 МГц поле LATENCY записывается без тактов ожидания, до 56 МГц - 1 такт ожидания, а выше 2 такта.

Flash память медленная и выборки с частотой 24Мгц для нее потолок.
При работе на частоте 72МГц при включенном буфере предвыборки из Flash читается не одно слово, а сразу четыре (128 бит).
Следующие четыре слова читаются с двумя тактами ожидания. Но пока Flash ожидает, ядро выбирает инструкции из тех четырех слов,
которые были перед этим считаны и находятся в буфере предвыборки.

Я так понимаю что все производители используют такую схему, только могут читать из флеша еще больше слов?