Выбор SD флэш карт памяти — не самое тривиальное занятие, хотя казалось бы, характеристик, на которые можно описаться не так много.

В первую очередь, SD карты выбирают по скоростным характеристикам и по бренду. Сложность заключается в том, что производитель указывает максимальные показатели линейной скорости чтения и записи, которые на практике редко достижимы. Помимо этого, на результаты тестирования влияет, в каких условиях проводился тест: была ли флэшка вставлена в картридер (на шине PCIe), если да, то встроенный или внешний, подключаемый через USB, если USB, то какой версии. Отдельно нужно проводить тестирование карточек в мобильных устройствах, они всегда выдают там другие показатели. Влияет и ПО (и даже версия), которым выполняется тест.

В связи с этими сложностями, даже результаты тестов не могу дать однозначный ответ о скорости карты, если ее не сравнивать с другой картой, протестированной в абсолютно таких же условиях. Здесь для оценки порядка производительности может помочь знание маркировки SD-карт, которые отражают базовые характеристики, на которые можно ориентироваться.

Маркировка класса скорости

Ассоциацией SD (образована в 2000 г.) определены 4 типа классов скоростей (по возрастанию производительности):

Speed Class (обозначается буквой C и цифрой), UHS Speed Class (обозначается буквой U и цифрой в ней), Video Speed Class (обозначается буквой V и цифрой) and SD Express Speed Class (буква E и цифра) с цифрой обозначают минимальную скорость записи в Мбайтах в секунду.

Цифра в рамках каждого из 4 типов классов отражает конкретный скоростной диапазон в данном классе, например в типе класса SD определены следующие категории:

  • C2 (класс 2): минимальная скорость записи 2 МБ/с
  • C4 (класс 4): минимальная скорость записи 4 МБ/с
  • C6 (класс 6): минимальная скорость записи 6 МБ/с
  • C10 (класс 10): минимальная скорость записи 10 МБ/с

В основном это полезно для устройств, работающих с потоковым видео — каждый из стандартов определяет определенное качество и разрешение видео потока, которое можно передать через задержек и потерь. Поэтому отдельно для карт, способных писать видео поток, были выделены такие скоростные режимы:

V6, V10, V30, V60, V90 — со скоростью записи от 6 до 90 МБ/с соответственно.

В таблице ниже мы видим, что в классе UHS совмещаются несколько режимов скоростей C и V — связано это с тем, что одна карта может соответствовать нескольким режимам скорости. Все это приводит к большой сумятице, которую разрешает таблица соответствия различных режимов и типов классов:

Из таблицы становится понятно, что сейчас ни одна SD карточка не достигает даже половины теоретического максимума режима UHS-II. Максимальная скорость большинства современных карт ограничивается комбинацией скоростей C10/U1/V10. Такие карты не оптимизированы для передачи потокового видео.
Отдельные более скоростные карты U3/V30 — самые доступные для записи Full HD Video. А лидером в широком сегменте сейчас являются карты V90, позволяющие записывать видео со скоростью до 90 МБ/с, что не уступает HDD дискам. Такие карты предназначены для записи 4K8K видео.

Качество видео зависит не только от его разрешения, но и от частоты кадров. На популярных картах V30/V60 можно обеспечить не более 60 кадров в секунду:

Режим шины (bus speed)

Помимо скоростей самих карт памяти в стандарте определены также режимы шины, то есть интерфейса, который связывает карту памяти с хостом. Общее правило заключается в том, что необходимо использовать достаточно быстрый режим, который не влияет на скорость записи на карту памяти, то есть превышает скорость чтения/записи самой памяти.

В таблице мы видим соответствие между типами карт, режимами скоростей шины и классами скоростей, представленных в них карт.

Типы карт SD Standard SDHC Standard SDXC Standard SDUC Standard
Емкость до 2GB больше 2GB до 32GB больше 32GB до 2TB больше  2TB до 128TB
Файловая система FAT 12, 16 FAT 32 exFAT exFAT
Логотип SD SDHC SDXC SDUC
Форм-фактор SD 32 x 24 x 2.1 mm
microSD 11 x 15 x 1.0 mm

Режимы скоростей шины и классы скоростей карт
NS C2, C4, C6
HS C2, C4, C6, C10, V6, V10
UHS-I C2, C4, C6, C10, U1, U3, V6, V10, V30
UHS-II и III C4, C6, C10, U1, U3, V6, V10, V30, V60, V90
SD Express E150, E300, E450, E600

Забавно, что самые простые режимы шины называются NS (Normal Speed) и High Speed (HS). Затем идут несовместимые между собой шины UHS-I, II и III (Ultra High Speed), а после SD Express.

Начальная скорость шины SD 12,5 МБ/с (SDR12) является режимом по умолчанию и определена в версии стандарта SD1.0. Затем в SD1.1 был определен высокоскоростной режим 25 МБ/с (SDR25) для поддержки цифровых камер.

UHS-I обеспечивает более высокую скорость шины, используя всего один ряд контактов. А UHS-II, UHS-III и SD Express способны обеспечивать еще более высокие скорости, чем UHS-I, за счет использования двух линий для передачи данных через два ряда контактов. Второй ряд контактов интерфейса поддерживает технологию дифференциальной сигнализации низкого напряжения (LVDS).

Карты памяти с максимальной скоростью U1 и U3 могут использовать интерфейс шины UHS-I, но несовместимы с интерфейсом шины UHS-II, который использует другую схемотехнику.
Именно поэтому на картах, поддерживающих UHS, помимо буквы U1 или U3 стоит еще и римская буква I или II, которые обозначают режим шины UHS, а вовсе не режим скорости карты.

Используя две полосы для передачи данных, карты с UHS-II или UHS-III достигают полнодуплексного режима (режим по умолчанию), назначая одну полосу для нисходящего направления (передача данных с хоста на карту), а вторая полоса используется для восходящего направления (передача данных с карты на хост). Пакеты могут передаваться в обоих направлениях одновременно. Полудуплекс переключает обе полосы в одном направлении во время передачи данных, чтобы ускорить передачу данных. Например, скорость 156 МБ/с в полнодуплексном режиме можно переключить на 312 МБ/с в полудуплексном режиме для UHS-II.

Интерфейсы также имеют свой предел теоретической пропускной способности:

  • UHS-I: максимальная скорость передачи до 104 МБ/с (также режим называется SDR104)
  • UHS-II: максимальная скорость передачи до 312 МБ/с (в полудуплексном режиме)
  • UHS-III: до 624 МБ/с в полнодуплексном режиме (не поддерживает полудуплекс)
Интерфейсы шины UHS обратно совместимы, поэтому вы можете использовать карту UHS-II в устройстве, которое поддерживает UHS-I, но вы не увидите преимущества скорости UHS-II

Все эти более быстрые интерфейсы доступны только для карт памяти SDHC, SDXC и SDUC.

Сводная таблица режимов интерфейсов:

Интерфейс Тип карт Обозначение на картах Скорость шины Версия спецификации
Default Speed SD, SDHC, SDXC and SDUC 12.5 MB/s 1.01
High Speed SD, SDHC, SDXC and SDUC 25 MB/s 1.10
UHS-I
SDHC, SDXC and SDUC
50MB/s (SDR50, DDR50)
104MB/s (SDR104)
3.01
UHS-II
SDHC, SDXC and SDUC
156MB/s Full Duplex
312MB/s Half Duplex
4.00
UHS-III

SDHC, SDXC and SDUC
312MB/s Full Duplex
624MB/s Full Duplex
6.00
SD Express SDHC, SDXC and SDUC
985MB/s
PCIe Gen.3 × 1Lane
7.00
7.10
(microSD)
1970MB/s
PCIe Gen.4 × 1 Lane
PCIe Gen.3 × 2 Lane
8.00
3940MB/sPCIe Gen.4 × 2 Lane
1970MB/s PCIe Gen.4x1Lane 9.10
(microSD)

Шины и карты SD Express

Карты памяти SD Express служат съемными твердотельными накопителями (SSD) со скоростью до 3940 МБ/с с использованием шины PCIe и протоколом NVMe с поддержкой интерфейса UHS-I, обеспечивая скорость, необходимую для приложений с контентом высокого разрешения, таких как сверхзамедленное видео, RAW режим непрерывной серийной съемки, захват и воспроизведение видео 8K, видео на 360 градусов, мобильные вычислительные устройства, игровые системы, многоканальные устройства IoT, автомобильные системы хранения данных, и это лишь некоторые из них.

Классы SD Express созданы для удовлетворения спроса на высокое разрешение и высококачественную запись видео 4K8K, а также имеют важную функцию поддержки флэш-памяти нового поколения, такой как 3D NAND и многопоточного доступа.

Основная причина, по которой используются многие типы скоростных классов, — это эволюция технологии памяти NAND памяти. В то время как ранние типы классов скорости — класс скорости SD и UHS — были оптимизированы для старых технологий памяти, новейшие типы классов скорости видео и класса скорости SD Express оптимизированы для новейших технологий флэш-памяти NAND, что позволяет ее максимально эффективно использовать с точки зрения многопоточных операций чтения/записи, кэширования и вывода на шину PCIe.

Application Performance Class

Сравнительно недавно появилась дополнительная характеристика карт — по производительности карт в приложениях. Для приложений, с учетом фрагментации данных важны множественные небольшие операции ввода-вывода, где существенную роль играет скорость случайного, а не последовательного доступа.

На данный момент определены 2 класса производительности приложений: A1 и A2. F2 принципиально отличается поддержкой функций очереди команд и кэширования. Класс производительности приложений можно применить к семейству карт памяти UHS SDHC/SDXC.

Эти классы описывают не только минимальную последовательную скорость в МБ/с, но и количество операций ввода-вывода в секунду. В данном случае IOPS означает, какое количество команд чтения/записи размером 4 КБ может быть выполнено в секунду.

Хост-устройство может определить доступную производительность приложения карты по полю в регистре состояния SD. Пользователь может определить доступную производительность по комбинации иконок класса производительности приложения хоста и карты. Производительность A2 достигается, только когда и хоста и карта поддерживают класс A2. Производительность не ниже А1 достигается при сочетании иконок А1 и А2.

Из таблицы становится понятно, что класс А2 может быть примерно 2-2,5 раза быстрее при множественных операциях ввода-вывода. Например, он позволяет прочитать не менее 4000 блоков по 4 Кбайт за секунду, что в сумме дает более 15 МБ/с при случайном чтении.

Таким образом, для современных смартфонов Android для надежного хранения и доступа к разрозненным данным (фото, видео и пр. файлы) на SD картах рекомендуется использование карт скоростного класса не менее UHS-I U3/V30 и поддержкой класса приложений не менее А1.

Для видеокамер, записывающих потоковое видео в высоком разрешении, же требуются карты UHS-II с скоростью V60/V90.

Всегда рекомендуется использовать карты с запасом, чтобы избегать перегрева контроллера (т.к. кэширование в базовых режимах не предусмотрено).

[Посещений: 296, из них сегодня: 1]

Добавить комментарий