Немного об истории и стандартизации карт SD

Если вы хотите выбрать наилучшую карту памяти для камеры или смартфона, но затрудняетесь с выбором, то вы пришли по правильному адресу. В этом материале мы рассказываем о том, чем отличаются друг от друга присутствующие на рынке карты памяти, и даём практический ответ на вопрос, какая конкретно карта памяти может лучше проявить себя в тех или иных сценариях работы.

----------------------<cut>----------------------

В 2018 году карты памяти распространены повсеместно. Они применяются во многих типах потребительской электроники, начиная с телефонов и фотокамер и заканчивая ноутбуками, дронами и видеорегистраторами. Качественная работа всех подобных гаджетов прямо зависит от того, насколько соответствующая для них подобрана карта памяти. И дело не только в ёмкости: производительность карт памяти, как и их цена, может различаться в разы, а различные гаджеты предъявляют совершенно разные требования к скорости используемых в них носителей информации. Если карта памяти будет подобрана неправильно, это может прямо сказаться на работе гаджета — вплоть до того, что он вообще откажется исполнять свои функции. Стало быть, изучение практических характеристик карт памяти при нагрузке разных типов – очень важное исследование, которое позволяет найти наиболее подходящий для каждого случая вариант, не переплачивая при этом за избыточные характеристики.
Стандарт карт памяти Secure Digital (или кратко SD) приобрёл распространение в начале 2000-х, после того как в 1999-м три компании – SanDisk, Panasonic и Toshiba – решили объединиться и разработать единую спецификацию компактных сменных носителей информации на базе флеш-памяти. Сейчас, по прошествии почти двух десятков лет с того момента, можно уже с полной уверенностью говорить о том, что поставленная цель была достигнута. Инициатива прижилась, и SD-карты фактически стали единым отраслевым стандартом, несмотря на то, что производят эти карты памяти десятки компаний. Отличной иллюстрацией успеха стандарта SD-карт может служить тот факт, что сейчас в разработке и внедрении этого стандарта так или иначе участвует более восьми сотен различных фирм. Это хорошая новость.
Плохая же новость заключается в том, что, несмотря на существование единого стандартизирующего органа – специальной организации SD Association, без зоопарка различных разновидностей карт памяти дело всё равно не обошлось. Представленные на рынке карты различаются форм-факторами, ёмкостями и классами производительности. Причём, хотя в целом представленные устройства выполнены в соответствии с одним общим стандартом и по большей части совместимы между собой, они далеко не взаимозаменяемы. Часть представленных на рынке карт лучше подходят для загрузки приложений и работы внутри Android-смартфонов, потому что обладают лучшими показателями производительности при операциях случайного чтения, другие лучше справляются с последовательными операциями, что критично для записи видео высокого разрешения, фотографий и прочего.

Немного об истории и стандартизации карт SD

SD Association провела гигантскую инженерную работу по созданию технического стандарта компактных носителей информации, но просветительская и маркетинговая деятельность этой ассоциации вызывает массу вопросов. Чего, например, стоит тот факт, что каждая новая версия спецификации SD вводила в обращение новую классификацию скоростных параметров и добавляла к уже имеющимся новые варианты маркировки. Кроме того, в сами названия видов карт памяти стали добавляться различные модификаторы, и к сегодняшнему дню ситуация пришла к тому состоянию, когда по многочисленным логотипам на упаковке флеш-карты даже специалист не сможет определить, чего от неё следует ожидать в практическом использовании.

Форм-факторы SD-карт
Самое простое и понятное различие между SD-картами заключается в их физическом размере. Несмотря на то, что на логическом уровне никаких различий между разными форм-факторами нет, существует три размера карт памяти: стандартный, мини и микро.

Немного об истории и стандартизации карт SD

Совершенно очевидно, что карты разного размера применяются в разных типах устройств, и более компактные карты обычно используются в более портативных гаджетах. При этом, поскольку SD, MiniSD и MicroSD выполнены в соответствии с единым стандартом, они могут быть взаимозаменяемыми с использованием простых переходников. Так, наиболее компактные карты MicroSD зачастую поставляются вместе с адаптером, который позволяет использовать их в полноразмерных слотах SD, и такая совместимость не наносит никакого ущерба. Использование переходников не сказывается ни на скорости, ни на чём-то еще. Поэтому карты microSD оказываются наиболее универсальным вариантом: их можно установить в устройства и со слотом microSD, и с обычным слотом SD.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Карта microSD с адаптером для стандартного слота


Что же касается форм-фактора MiniSD, то он в современных устройствах практически не применяется. Более того, не будет большим преувеличением сказать, что на сегодняшний день он мёртв.

Ёмкости и разновидности стандарта
Ёмкость карты памяти – это, пожалуй, ещё одна очевидная её характеристика. Хотя SD-карты могут иметь размер от 1 Мбайт до 2 Тбайт (а в перспективе – и ещё больший), запутаться здесь крайне тяжело, тем более что на любой карте памяти её вместимость в гигабайтах указана таким крупным шрифтом, что не найти или неправильно прочитать эту величину попросту невозможно.
Впрочем, SD Association потрудилась над тем, чтобы обычный человек получил некоторую порцию головной боли даже здесь. Дело в том, что в зависимости от вместимости SD-карты относят к разным типам: SDSC, SDHC и SDXC. Такая классификация обусловлена применением различных файловых систем, и в результате каждый тип имеет собственные рамки по ёмкости устройств.

Немного об истории и стандартизации карт SD

Стандартные SD-карты SDSC (Standard Capacity), первыми появившиеся на рынке, могли иметь размер не более 2 Гбайт, но они по понятным причинам устарели и уже практически не встречаются. Более вместительные карты с ёмкостью от 2 до 32 Гбайт относятся к типу SDHC (High Capacity), а самые вместительные на сегодня карты имеют тип SDXC (eXtended Capacity), и их размер может достигать теоретического предела в 2 Тбайт.
Каждый из этих типов характеризуется собственной файловой системой. Старые SDSC использовали FAT12 или FAT16, SDHC перешли на файловую систему FAT32, а в наиболее современных SDXC применяется exFAT. Здесь стоит подчеркнуть, что переход на использование exFAT вызвал в своё время немало споров. Дело в том, что это закрытая файловая система, имеющая ограниченную поддержку в операционных системах. Вследствие этого SDXC-карты могут не работать в некоторых свободных дистрибутивах Linux и требуют сравнительно свежих вариантов Windows (как минимум XP SP2 или Vista SP1) и Mac OS X (версии 10.6.5 и выше). Переформатирование же SDXC-карты в отличную от exFAT файловую систему возможно, но способно привести к потере совместимости с гаджетом, для которого она изначально предназначалась.
В 2018 году к списку типов SD-карт добавился ещё один – SDUC (Ultra Capacity). Он определяет устройства с максимальной ёмкостью от 2 до 128 Тбайт и продолжает использовать файловую систему exFAT. В продаже таких карт пока нет, но совершенно очевидно, что в скором времени нам придётся столкнуться и с четвёртым типом SD-карт.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Хотя между ёмкостью SD-карт и их типом существует взаимно-однозначное соответствие, задумываться о разновидности приобретаемой карты всё равно необходимо. Дело в том, что совместимость между устройствами и разными SD-картами лишь односторонняя. Так, если гаджет совместим с SDXC, то он будет поддерживать не только SDXC, но и SDHC-карты. Но устройство без поддержки SDXC с такими картами работать не будет.

Скоростные характеристики карт памяти
Устройства разного типа используют карты памяти с разной интенсивностью и накладывают разные требования на их скоростные характеристики. Для того чтобы пользователи могли легко выбирать карты памяти в соответствии со своими потребностями, SD Association ввела дополнительную классификацию SD-карт по уровням производительности. В теории это должно было помогать правильному подбору карт, однако с каждой новой версией стандарта вводилась новая схема ранжирования по классам быстродействия, и к сегодняшнему дню определено уже пять разных параметров, которые иллюстрируют скоростные возможности SD-карты: класс скорости, класс UHS, скорость шины UHS, класс скорости для видео и класс производительности для приложений.
Производители карт памяти могут использовать как часть, так и все эти параметры для маркировки своей продукции, что может вызывать определённую путаницу. Однако всё не так сложно, как кажется на первый взгляд.
Класс скорости (обычный). Обозначение обычного класса скорости (Speed Class) в виде числа в окружности с разрывом можно найти практически на любой карте памяти или на её упаковке. Спецификация задаёт четыре различных класса – C2, C4, C6 и C10. Данный количественный параметр определяет минимальную гарантированную скорость линейной записи в мегабайтах в секунду. Например, соответствие классу скорости 10 означает, что при записи карта обеспечит быстродействие не ниже чем 10 Мбайт/с.

Немного об истории и стандартизации карт SD

Хотя в продаже всё ещё продолжают встречаться карты памяти низших классов скорости, почти все актуальные предложения соответствуют скоростному классу C10. Считается, что такой производительности достаточно для записи как минимум стандартного видеопотока с Full HD-разрешением с типовым сжатием.
Поскольку карты памяти низших скоростных классов C1, С4 или С6 — это явно устаревшие продукты, при выборе мы советуем сразу отмести предложения такого рода. К счастью, на рынке их осталось совсем немного.
Класс скорости UHS (Ultra High Speed). Здесь SD Association определяет два скоростных класса — UHS Speed Class 1 и UHS Speed Class 3. Обозначаются они логотипами с литерой U, внутрь которой вписана цифра 1 или 3. UHS-класс 1 соответствует минимальной скорости линейной записи 10 Мбайт/с, а UHS-класс 3 гарантирует скорость записи в 30 Мбайт/с.
Немного об истории и стандартизации карт SD

В то время как UHS-класс 1 фактически эквивалентен обычному десятому классу скорости, UHS-класс 3 является гарантией того, что на карту можно будет записывать видео в формате Full HD с частотой кадров до 120 FPS или стандартное видео в формате 4K.
Скорость шины UHS. Хотя этот скоростной параметр перекликается по названию с предыдущим, на самом деле никакого отношения к нему не имеет. Здесь речь идёт не о возможности массива флеш-памяти, работающего внутри карты, а о шине, по которой карта памяти общается с устройством-хостом. Актуальные карты памяти используют две версии внешней шины – UHS-I или UHS-II. Версия UHS-I позволяет передавать данные с максимальной теоретической скоростью до 104 Мбайт/с в одну сторону, а UHS-II имеет максимальную пропускную способность 312 Мбайт/с в одну сторону или 156 Мбайт/с в полнодуплексном режиме. На картах памяти и упаковках версия шины обозначается обычной римской цифрой I или II.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Большинство карт памяти, которые представлены на прилавках магазинов, используют шину UHS-I. Однако постепенно начинают встречаться и более скоростные UHS-II-устройства. Их нетрудно отличить не только по соответствующей маркировке, но и благодаря тому, что на таких картах памяти имеется второй ряд контактов, за счёт использования которого как раз и достигается увеличение скорости. Однако это также означает, что, хотя карты с поддержкой UHS-II и способны работать с устройствами с шиной UHS-I, использовать их в таких гаджетах смысла нет – максимальную скорость они не разовьют. Впрочем, обратная совместимость стандартов в данном случае полностью гладкая, поэтому, если требуемые скорости вписываются в рамки полосы пропускания первой версии UHS, вполне допускается устанавливать UHS-I-карты в устройства с поддержкой UHS-II.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Слева – UHS-I microSD-карта; справа – UHS-II microSD-карта


Также стоит упомянуть, что в 2017 году SD Association выпустила спецификацию шины UHS-III, пропускная способность которой достигает 624 Мбайт/с. На данный момент о существовании в природе карт памяти или гаджетов с поддержкой UHS-III нам ничего не известно, но наверняка со временем на рынок придут и такие решения.
Нужно понимать, что скорость шины UHS – параметр, который не оказывает явного влияния на быстродействие карты памяти. Реализованная версия шины определяет лишь максимальную скорость интерфейса. Поэтому целенаправленно гоняться за UHS-II-устройствами имеет смысл лишь в том случае, если вам действительно нужны скорости свыше 90-100 Мбайт/с. При этом обеспечить такое быстродействие при записи смогут лишь единичные SD-карты последнего поколения, стоимость которых превышает цену любых UHS-I-карт памяти в несколько раз.
Класс скорости для видео. Ещё один дополнительный признак, по которому SD Association предлагает классифицировать карты памяти, точечно направлен на аудиторию пользователей, занимающихся съёмкой видео в высоких и сверхвысоких разрешениях 4K и 8K. Класс скорости для видео (Video Speed Class) обозначается буквой V и идущим следом числом, которое является минимальной гарантированной скоростью записи на карту. Спецификация вводит следующие классы: V6, V10, V30, V60 и V90, и к ним принадлежат SD-карты со скоростью последовательной записи выше 6, 10, 30, 60 или 90 Мбайт/с соответственно.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Очевидно, что различные виды классификации имеют пересечения. Так, V6 соответствует ординарному скоростному классу 6; V10 – это то же самое, что класс скорости 10 или UHS Speed Class 1, а класс UHS-скорости 3 пересекается с требованиями V30. Однако такая множественность сущностей совсем не смущает SD Association, которая напирает на то, что дополнительные классы скорости для видео позволяют подбирать карты памяти для видеосъёмки по более универсальному единому правилу. Считается, что, в то время как V30-карт должно хватать для 4K-съёмки, карты, соответствующие классам V60 и V90, должны заинтересовать видеографов, работающих с форматами изображения 8K при частоте кадров 60 или даже 120 FPS.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Если сопоставить все классы, которые характеризуют скорость последовательной записи, то получится следующая таблица, из которой должно быть понятно, как пересекаются между собой скоростные классы, введённые разными изданиями спецификации SD-карт.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Класс производительности для приложений. По мере того, как карты памяти стали активно использоваться не только в фото- и видеокамерах, но и в смартфонах или планшетах, SD Association задумалась о необходимости классификации с точки зрения их применимости и в таких устройствах. Дело в том, что при использовании в Android-устройствах критически важной характеристикой оказывается не только скорость последовательной записи, но и скорость произвольного мелкоблочного чтения и записи. Операции данного типа возникают при запуске с SD-карт приложений и при хранении на них рабочих файлов, и это – совершенно иная нагрузка, не имеющая ничего общего с привычной последовательной записью.
Для ранжирования карт по степени их пригодности для установки, хранения и запуска программ были введены два дополнительных класса Application Performance Class A1 и A2. Соответствующие логотипы можно тоже иногда обнаружить на SD-картах или их упаковках.
Немного об истории и стандартизации карт SD

Количественно описать класс производительности для приложений не так просто: в рамках этих классов устанавливаются требования к минимальной скорости одновременно при нескольких сценариях нагрузки.
Кроме того, карты памяти, соответствующие классу A2, должны поддерживать целый ряд дополнительных функций, более характерных для SSD. Среди них – кеширование данных во внутренней DRAM, работа с очередью запросов, а также набор средств для обслуживания массива флеш-памяти (автономная сборка мусора).
Впрочем, класс A2 был определён всего год назад, и соответствующие ему SD-карты практически не встречаются на рынке. А жаль, ведь за счёт реализации дополнительной функциональности они должны стать устройствами принципиально иного уровня, более близкими по своим свойствам к современным высокотехнологичным твердотельным носителям информации.

Рабочее напряжение
Ещё одна характеристика, по которой различаются SD-карты, — это используемое сигнальное напряжение. До недавних пор все они использовали единый уровень напряжения 3,3 В, но в прошлом году SD Association ввела в обращение LVS-карты (Low Voltage Signaling), ориентированные на напряжение 1,8 В и предназначенные для использования в экономичных устройствах. Такие энергоэффективные карты должны помечаться специальным логотипом с символами LV.

Немного об истории и стандартизации карт SD

Необходимость в переходе на пониженные напряжения связана ещё и с тем, что скоростные карты памяти, работающие с наиболее быстрыми вариантами шины UHS-II и UHS-III, стали демонстрировать чрезмерно высокий уровень тепловыделения. В то время как для обычных карт характерно рассеивание 0,5-1 Вт тепла при максимальной нагрузке, тепловыделение высокопроизводительных карт памяти может доходить до нескольких ватт, что вызывает трудности с охлаждением и совершенно неприемлемо для большинства мобильных гаджетов.
Стандарт предусматривает, что LVS-карты не должны стать совершенно отдельным классом носителей информации. Спецификация предполагает их совместимость с любыми устройствами, использующими как пониженный, так и привычный уровень сигнальных напряжений. Таким образом, проблем у владельцев LVS-карт не будет – они подойдут везде. Однако для гаджетов, требующих применения исключительно экономичных SD-карт, подойдут только карты LVS-разновидности.
Немного об истории и стандартизации карт SD

На данный момент подавляющее большинство продающихся в магазинах карт памяти не поддерживает пониженное сигнальное напряжение. Но постепенно они будут находить всё более широкое распространение, и об их существовании обязательно нужно помнить при подборе подходящего мобильного носителя информации.

Маркировка
В теории понять, какими свойствами обладает та или иная карта памяти, можно по нанесённым на её лицевой поверхности символам. Обычный на данный момент набор маркировок включает ёмкость и тип карты памяти, а также класс скорости (обычный). Нередко в дополнение к этому можно встретить эмблемы версии шины UHS и UHS-класса скорости. Класс скорости для видео и приложений указывается редко, но такие карты тоже встречаются. Общий принцип такой: чем более весомую роль играет производитель в SD Association, тем больше различных логотипов он поместит на карту. Поэтому не стоит удивляться тому, что особенно пестрят различными маркировками карты памяти SanDisk.

Немного об истории и стандартизации карт SD

Однако нужно понимать, что ориентироваться на логотипы – не самое мудрое решение. Во-первых, соответствие заявленным классам – это лишь мнение производителя о своём продукте, не подтверждённое никакими независимыми испытаниями. Во-вторых, скоростные классы определяют главным образом лишь только один параметр – скорость линейной записи, а в реальности карты памяти различаются и по остальным вариантам производительности. Наконец, в-третьих, ранжирование по принятым SD Association классам позволяет получить информацию о картах лишь в очень грубом приближении.
Всё это понимают и сами производители. Поэтому некоторые из них выносят в маркировку или указывают в спецификациях не только классы, но и прямые скоростные характеристики своих продуктов. Однако чаще всего делается это лишь в том случае, когда производитель хочет похвастаться быстродействием, а значит, какие-то дополнительные подробности о скорости таким путём можно узнать лишь для карт памяти с высокой стоимостью.
Производители крайне неаккуратно относятся к вопросу маркировки, и по большому счёту декларация о принадлежности карты к тому или иному классу скорости ровным счётом ничего не значит. В большинстве случаев быстродействие актуальных моделей microSD-карт значительно превосходит заявленные изготовителем уровни. Ещё большие трудности возникают в том случае, если карта подбирается для Android-устройства. Важные в этом случае скорости при мелкоблочной нагрузке производители в большинстве случаев никак не описывают вообще, и в этой сфере существует полный информационный вакуум.

Илья Гавриченков, 3dnews.ru