SD卡大百科:SD卡标准错综复杂,到底该认哪一个?

2019-11-14 14:41:42 25点赞 123收藏 7评论

本文经超能网授权转载,原标题《超能课堂(207)SD卡标准错综复杂,到底该认哪一个?》,作者:倪嘉声,未经允许请勿转载。

SD卡从十多年前进入市场以来,慢慢的已经成为人们数码生活中不可或缺的一份子了。你可以在手机、相机、行车记录仪游戏机、笔记本等等等等设备上面见到这种卡的插槽,形状或大或小,容量或高越低,总而言之,即便是你现在用不着一张SD卡,可能明天你就会为了自己的新设备而购买一张SD卡。

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而当你打开京东或者淘宝,搜索SD卡后,会发现搜索结果中充斥着你不认识的参数,什么V60 U3 A1,而产品图中那张小小的卡片上面印满了各式各样的标签,什么SDHC、SDXC,什么一个圈里面套个数字的,什么一个U型里面写个数字的……面对如此繁多的认证标签,你完全不知道该买哪一种卡为好。

是的,现在的SD卡标签纸上面印的认证记号和标签可能比十年前的SD卡要多出一倍,那么本文就为你梳理SD卡标签纸上面那些难懂的记号,方便各位读者找到一张适合自己的SD卡。

注:MicroSD卡,或者说TF卡,与SD卡适用的标准完全一致,所以本文内容对于MicroSD卡完全适用。


SD容量等级

注:SD协会在标准中使用的容量单位实为1024进制的IEC标准,不过他们在文件中仍然使用非标准写法,其实也就是跟Windows相一致。本文遵照SD协会写法,文章中的容量单位、速度单位均与标准文档相一致。但是实际厂商使用的单位仍为1000进制的SI标准,所以造成SD卡在Windows上存在容量差。

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SD标准(SDSC)

最早的SD卡标准中,单卡最大容量仅为2GB,随着时代的发展,2GB的容量上限逐渐不够用了,于是在2006年1月份,SD协会制定了新的SDHC标准,容量为2GB~32GB的SD卡都遵从SDHC标准。

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SDHC

原本SD卡使用的是FAT 12和FAT 16这两种古老的文件系统,因为容量不超过2GB的原因,FAT 16也将将够用,但是随着单卡容量超过2GB,SD协会引入了FAT 32作为SDHC卡的文件系统。

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SDXC

随后又过了三年,到2009年1月份的时候,SD协会又推出了新的SDXC标准,容量在32GB~2TB之间的SD卡遵从SDXC标准。SDXC另一个比较重大的改变就是将文件系统改成了exFAT,所以只要是支持SDXC卡的设备都会支持exFAT文件系统——这个原本是微软专有的文件系统(最近宣布公开技术细节),不过32GB的卡一般都仍然使用FAT 32。

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SDUC

NAND的发展速度非常快,一转眼到了今年二月份的时候已经有厂商推出单卡容量为1TB的microSD卡了,不过这次SD协会提前了一步,在2018年7月份就宣布了新的SD卡容量标准——SDUC。这种标准的容量范围是2TB~128TB,如果没有突然的技术大进步的话,这个标准在未来十年内应该是够用了。

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所以,SDHC、SDXC这些标准仅代表着这张卡的容量分级,在速度上面并没有一个明确的规定。

小结

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总线版本

一般而言,CPU等控制芯片要从外部存储设备中存取数据都需要经过一个I/O总线(Bus),对于SD卡,这条与它一起诞生的总线就叫做SD Bus,但是随着SD卡的发展,总线速度逐渐不够用了,于是SD协会又提出了新的UHS总线和SD Express总线,目前SD卡已经有了3种总线,一共6种版本,它们具有不同的速度。

默认总线与高速总线

最早的SD Bus速度为12.5MB/s,而后在SD标准1.1版中,SD协会为这条总线加入了高速模式,总线速度提高一倍达到25MB/s。

目前所有的SD卡均支持SD Bus的两种模式。

UHS总线

SD Bus不够用了怎么办,那就再造一个轮子啊,于是SD协会在SD 3.0规范中为SDHC和SDXC卡添加了UHS(超高速 Ultra High Speed)总线,提高了数据传输通道的速度上限。目前,UHS总线一共分为三个版本。

UHS-I

UHS-I总线规范定义了两种速度,分别是UHS-50和UHS-104,前者具有50MB/s的数据传输速率,后者则为104MB/s,在SD卡上面的标记如下:

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UHS-II

要想继续提高速度,原本的一排接口已经不够用了,因为总线的频率并不能无限制的提升,所以SD协会在SD卡原本的金手指下面加入了第二排金手指,用于拓宽数据传输的通道。而在拓宽之后,UHS-II的最高速度可以达到312MB/s。另外,由于引入了新的一排金手指,也就是一个新的数据传输通道,使得支持UHS-II总线的SD卡可以在全双工或者半双工之间切换。打个比方,原本的SD卡只有一条车道,而UHS-II总线为SD卡新建了一条车道,这两条车道可以同向行驶(半双工),也可以逆向行驶(全双工),在两条车道同向的状态下,同样时间从A地(主机)到B地(SD卡)的总车流量就自然增加了一倍。

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SD卡大百科:SD卡标准错综复杂,到底该认哪一个?uhs-ii总线需要使用新增的一对金手指,图片来自于ElectronicDesign

UHS-III

UHS-III与UHS-II一样,使用两排金手指进行数据交换,不过它取消了半双工模式,只保留了全双工的工作模式,但是最高传输速率仍旧比UHS-II高了一倍,有624MB/s。

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SD Express

SD协会当然不会止步不前,在2018年6月份,他们为SD卡标准直接引入了PCIe总线,虽然只有单通道,但是速率也轻松超越UHS-III规格,全双工的工作状态下可以达到985MB/s,另外,由于采用了PCIe总线进行数据传输,使得SD卡可以支持NVMe协议。

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而支持SD Express规范的SD卡只保留了对UHS-I和SD总线的兼容性,不再兼容UHS-II和UHS-III。

小结

简单的说,总线速度就是规定了这张卡能够达到的速度上限,但是基本上我们还用不到能够跑到总线速度上限的卡,目前市场上面算是顶级的高速卡仍然还停留在UHS-II总线上,中端的高速卡用的还是UHS-I总线,而UHS-III和SD Express的卡更是难找。

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但是文章写到这里,介绍到的标准与SD的实际速度其实并没有什么关系,不要急,下面介绍的就是一系列速度认证的标准了。


速度认证标准

除了容量标准和总线速度标准外,SD协会当然也为SD卡的速度制定了一系列的认证标准,从早期的Class标准到后来与UHS总线相联动的UHS速度分级,再到描述视频性能与实际应用性能的V标和A标,这些认证之间是完全的平行关系,我们一个一个来看。

Class(圆圈中带数字)

对于比较早接触SD卡的用户来说,Class这种标识可以说是最熟悉的了,它指出了SD卡的最低写入速度,一共制定了4档,分别为Class 2、Class 4、Class 6和Class 10,代表SD卡的最低持续写入速度为2MB/s、4MB/s、6MB/s和10MB/s。

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在几年前SD卡性能普遍还很羸弱的时候,Class标识可以让用户非常简便的认出SD卡的持续写入性能,我曾经有一张Class 10的卡,它的持续写入速度就一直是10MB/s。不过随着SD卡性能的提高,现在的SD卡最低写入速度随随便便就上个几十MB/s的,几乎市场上所有SD卡都带着Class 10标识,它早已不能描述SD卡的最低写入性能了,但是它的存在指出这张SD卡是兼容SD总线的高速模式的。

UHS速度分级(U标)

UHS速度标识是与UHS-I总线一起加入到SD卡的标签纸上的,它就简单很多,只有两档,U1代表这张卡的最小写入速度为10MB/s,与Class 10基本上就是一个意思,而U3则代表这张卡的最低写入速度为30MB/s,是U1的三倍。

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而UHS速度标识一般是和上文提到的UHS-I总线标识一起出现的,下面这张就是比较常见的、支持UHS-I总线规范,最低写入速度大于30MB/s的SD卡。

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视频速度等级(V标)

UHS-II总线带来更高传输速率的同时,引入了新的速度认证标识——视频速度等级(Video Speed Class),与上面两种速度标识一样,它也代表着SD卡的最低持续写入速度,有V6、V10、V30、V60和V90共5个等级。

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SD协会也将V标与各种视频规格相匹配起来,V6、V10标准只能够勉强应付4K视频,而使用V30以上的SD卡才能在录制4K视频时获得一个比较好的体验。而对于要求更高的8K视频,只有V60和V90才能够满足。

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应用性能分级(A标)

最后一个应用性能分级,也就是A标就有一些不一样了,它标识的是SD卡的随机性能,单位是IOPS。因为如果是插在手机、电脑上面使用,更多的时候设备对SD卡进行的就是随机性的读写,所以有必要在这种场景下对SD卡进行分级。

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目前的A标仅有A1和A2两种等级,但是这两种等级间的性能差距非常明显,A1标识的最小随机读写性能为1500/500 IOPS,而A2就已经上升到4000/2000 IOPS。同时,A标对于SD卡的最小顺序写入速度也有要求,目前A1和A2均为10MB/s(这有什么意义吗……)。


小结

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总结与购买建议

最后我们以两张实际的SD卡标签纸为例进行解读,简单梳理一下上文的各种标准。

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首先还是这张东芝64GB的SDXC卡。左上的95MB/s是厂商自己写的,一般这种数字都代表着这张SD卡的最高读取速度,在95MB/s的右边则是容量标准,这张卡是64GB的,所以是SDXC标准卡,然后在SDXC的右边有一个罗马数字I,它代表这张卡支持UHS-I标准。继续往下面一行看,在容量数字64GB的右边有一个U3标识,它代表这张卡在UHS-I总线下的最低持续写入速度超过30MB/s,在它的右边有一个Class 10标识,它的意思是在SD总线的高速模式下,卡片的最低持续写入速度超过10MB/s。

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第二张卡我们换上目前市场上较高规格的UHS-II卡来解读,这张卡标签纸的最下面就把这些认证标识排列的很整齐,首先是SDXC标准,支持UHS-II总线,然后是V90标识,代表卡片的最低持续写入速度大于90MB/s,其实有了这个标识,随后的U3、Class 10都可以不用看了。当然,如果厂商直接标出了这张卡的速度——比如在这里就是270MB/s的读取和260MB/s的写入——那么还是相信一下厂商的良心,不用再过多在意除了UHS总线版本以外的标识了。

那么,说了这么多,我们该如何选购SD卡呢?主要是看设备和用途。

比如说你拥有一台Sony A7M3,而你对于SD卡的写入性能有比较高的要求,那么认准下面这个标准买肯定没错。

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而如果只是普通的相机用户,我推荐认准U3标识,现在这种卡已经很便宜了,没有必要买性能更差的卡。

如果你买卡是用于4K摄像的,那么请认准V30以上的等级就行。

如果你想买一张MicroSD放手机或者给电脑当扩容用的存储设备,那么请认准A2标识以获得更好的使用体验,A1标准太低了。

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