SSD固態(tài)硬盤的發(fā)展歷程 UHS-II Micro SD卡和標(biāo)準(zhǔn)Micro SD卡對(duì)比

存儲(chǔ)卡是一種通用型的存儲(chǔ)外設(shè)，它適用于手機(jī)、平板、相機(jī)、無人機(jī)、行車記錄儀、監(jiān)控?cái)z像頭等數(shù)碼設(shè)備。然而，存儲(chǔ)卡的讀寫速度始終是它的最大瓶頸，也是高端智能手機(jī)們?nèi)∠麑?duì)其支持的最大借口。那么，存儲(chǔ)卡都有哪些標(biāo)準(zhǔn)，它有沒有機(jī)會(huì)獲得媲美SSD的性能，并重新被高端手機(jī)接納呢？

不斷擴(kuò)容的存儲(chǔ)卡

存儲(chǔ)卡曾經(jīng)包括Secure Digital Memory Card（SD）、Micro SD Card（又稱TF）、Compact Flash（CF）、Memory Stick（MS）等形態(tài)，但如今依舊流行的則只剩下了SD和MicroSD。

其中，隨著SD卡容量的不斷提升，這兩種形態(tài)的存儲(chǔ)卡還進(jìn)一步衍生出了SDHC（SD High Capacity）、SDXC（SD eXtended Capacity）和SDUC（SD Ultra Capacity）標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)它們的差別請(qǐng)參照下表（表1）。

從容量上來看，SD卡很好地完成了外置存儲(chǔ)設(shè)備的本職工作，它所提供的容量恰好可以滿足同期數(shù)碼產(chǎn)品的擴(kuò)容需要。

然而，容量是夠用了，但速度呢？

不斷提速的存儲(chǔ)卡

在討論存儲(chǔ)卡的速度之前，我們不妨先來回顧一下SSD固態(tài)硬盤的發(fā)展歷程。

SSD和存儲(chǔ)卡一樣，都使用NAND閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)，在使用SATA3.0總線接口時(shí)可以取得550MB/s左右的讀取和520MB/s左右的寫入速度（順序速度，下同），將HDD機(jī)械硬盤遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。

然而，作為SSD的消費(fèi)主力，PC對(duì)存儲(chǔ)性能的需求是無止境的，SATA總線很快就成為了制約整機(jī)性能發(fā)揮的瓶頸。

筆記本身上支持SATA/PCIe和僅支持PCIe總線的M.2插槽

因此，SSD開始改換門庭，嘗試使用PCI-E總線（包括PCI-E2.0和PCI-E3.0，以及雙通道和四通道，比如PCI Express Gen3.0×4就是四通道的PCI-E3.0總線）的M.2接口，再加上NVMe協(xié)議的加持（AHCI協(xié)議的進(jìn)階版本），讓NVMe SSD實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3500MB/s的讀取和3000MB/s左右的寫入速度，是SATA總線時(shí)的6倍~7倍！

可見，總線接口的進(jìn)化，是SSD能不斷提速的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

翻回頭再來看看存儲(chǔ)卡，這種最小只有指甲蓋一般大小的NAND衍生外設(shè)，其速度的快慢同樣取決于總線接口，而相關(guān)的規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則由SD協(xié)會(huì)（SD Association，簡(jiǎn)稱SDA）制定，時(shí)至今日存儲(chǔ)卡規(guī)范已經(jīng)從SD1.0、SD2.0……一路升級(jí)到了SD7.1標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

在存儲(chǔ)卡剛誕生時(shí)，對(duì)應(yīng)的SD1.0規(guī)范很有意思，它是按照CD-ROM的速度作為1X倍速來定義存儲(chǔ)卡的性能，此時(shí)存儲(chǔ)卡最高讀取速度只有12.5MB/s，隨后在SD 1.1的規(guī)范中引入了HS高速模式，將速度進(jìn)一步提升到了25MB/s。

在數(shù)碼相機(jī)和智能手機(jī)先后普及的年代，用戶需要存儲(chǔ)卡具備穩(wěn)定的寫入速度來滿足連續(xù)拍攝功能的需要，因此在SD2.x規(guī)范時(shí)期SD協(xié)會(huì)引入了Class x的定義方式，最高等級(jí)的Class 10要求存儲(chǔ)卡具備最低10MB/s的寫入速度，錄制標(biāo)清視頻毫無壓力。

自SD3.0開始，存儲(chǔ)卡支持全新的UHS-I超高速總線接口，它可以與DS和HS模式共存，在不改變存儲(chǔ)卡針腳的前提下就能實(shí)現(xiàn)50MB/s或104MB/s的理論讀取速度。

同時(shí)，SD3.0規(guī)范還加入了U1和U3的定義方式，將存儲(chǔ)卡的寫入速度進(jìn)一步提升到了30MB/s，滿足了錄制FHD全高清視頻的基本要求。

隨著4K視頻錄制需求的興起，存儲(chǔ)卡需要更高的速率才能滿足發(fā)燒用戶的需求，于是，SD協(xié)會(huì)在SD4.0和SD6.0規(guī)范中先后引入了UHS-II和UHS-III總線接口，它們和UHS-I最大的差異就是啟用了一排額外的針腳，上方的傳統(tǒng)針腳兼容DS、HS和UHS-I總線，而下方的新增針腳則用于識(shí)別UHS-II新增的FD156和HD312工作模式。

標(biāo)準(zhǔn)UHS-II SD卡

UHS-II Micro SD卡和標(biāo)準(zhǔn)Micro SD卡對(duì)比

兩排針腳，讓UHS-II從此就有了兩條數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路，一條線路可分配給主機(jī)到存儲(chǔ)卡，另一條線路則可用于存儲(chǔ)卡到主機(jī)，并獲得了雙通道半雙工的工作方式。

在“全雙工模式”（FD）時(shí)，兩條線路分別用于傳輸數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，此時(shí)其理論傳輸速率為156MB/s，即FD156。在雙通道的“半雙工模式”（HD）下，數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上同時(shí)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，從而獲得帶寬翻番、總線性能加倍的增益效果，讓理論傳輸速率提升到312MB/s，也就是HD312。

SD6.0規(guī)范中新增的UHS-III總線接口更厲害，雖然它僅支持以全雙工的方式運(yùn)行，但卻將速度提升到了FD312（312MB/s）和 FD624（624MB/s），同時(shí)該總線還減少了存儲(chǔ)卡從省電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)所需的時(shí)間。

沒錯(cuò)，UHS-III總線接口其實(shí)更像是專門針對(duì)專業(yè)攝像機(jī)和智能設(shè)備定制的新方案，安裝在里面的APP不僅運(yùn)行飛快/連拍和4K視頻錄制無延遲，從待機(jī)到喚醒的延遲更低，還不耽誤存儲(chǔ)卡長(zhǎng)時(shí)間處于省電狀態(tài)。

可以說，從UHS-II總線接口開始，存儲(chǔ)卡就具備了挑戰(zhàn)手機(jī)專用的eMMC5.1閃存的實(shí)力，而UHS-III總線接口則可媲美UFS2.0閃存和SATA總線接口SSD固態(tài)硬盤的速度。

可惜，雖然SD6.0規(guī)范和UHS-III總線技術(shù)2017年就已經(jīng)制定發(fā)布，但至今市面上最高檔的存儲(chǔ)卡卻依舊停留在UHS-II總線接口層面。

隨著2018年SD7.0規(guī)范的推出，存儲(chǔ)卡很有可能跳過UHS-III總線，直接擁抱最新的PCI-E總線接口和NVMe協(xié)議。

擴(kuò)展閱讀：三星UFS存儲(chǔ)卡

除了SD協(xié)會(huì)規(guī)范的UHS-III總線接口可提供媲美SSD的性能以外，由JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）主導(dǎo)的UFS標(biāo)準(zhǔn)也是給存儲(chǔ)卡提速的不二法門，2018年推出UFS v1.1標(biāo)準(zhǔn)的最高存儲(chǔ)速度可達(dá)1.5GB/s（UFS1.0標(biāo)準(zhǔn)順序讀寫速度分別為530MB/s和170MB/s）。UFS存儲(chǔ)卡的大小和Micro SD相似，只是外觀更像“鯊魚鰭”，金手指也經(jīng)過了重新設(shè)計(jì)。

SD7.x向SSD宣戰(zhàn)

2018年6月，SD協(xié)會(huì)正式公布了SD7.0規(guī)范，它主要包括兩個(gè)全新的特性：第一是讓存儲(chǔ)卡能通過用PCIe Gen3.0×1總線接口和NVMe協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，將理論傳輸（讀?。┧俣葟腢HS-III總線最高的624MB/s提升到了985MB/s；第二則是定義了全新的“SDUC”標(biāo)準(zhǔn)，將存儲(chǔ)卡容量從2TB擴(kuò)容到最高128TB。

符合SD7.0規(guī)范的存儲(chǔ)卡將被稱為“SD Express”（存儲(chǔ)卡表面會(huì)增加Express或EX的標(biāo)識(shí)），它的外觀樣式和現(xiàn)有的SD卡相同，只是和UHS-II/III一樣，在原有的金屬接點(diǎn)下方增加了10個(gè)新針腳。

2019年初，SD協(xié)會(huì)更新了SD7.1規(guī)范，加入Micro SD Express來滿足手機(jī)等小尺寸設(shè)備在未來的應(yīng)用需求，通過PCI-E總線接口提供985MB/s理論頻寬，同時(shí)運(yùn)用NVMe v1.3通訊協(xié)定來提升數(shù)據(jù)吞吐量。

小提示：SDUC只是容量標(biāo)準(zhǔn)，采用UHS總線接口的存儲(chǔ)卡要是容量超過你2TB也能被稱為SDUC存儲(chǔ)卡。現(xiàn)階段SD Express存儲(chǔ)卡的容量還停留在GB級(jí)別，所以未來很長(zhǎng)一段時(shí)間里，SD Express還都屬于SDXC存儲(chǔ)卡的范疇。

和過去一樣，SD Express存儲(chǔ)卡同樣向下兼容所有的SD讀卡器（或手機(jī)、無人機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等終端設(shè)備，下同），但要想獲得985MB/s的理論值需要搭配SD Express專用的讀卡器，在支持UHS-II/III總線接口的讀卡器（或設(shè)備）上則僅能取得104MB/s的傳輸速度。同理，UHS-II/III存儲(chǔ)卡碰到SD Express專用的讀卡器（或設(shè)備）時(shí)也會(huì)被限速到104MB/s。

目前，瑞昱和群聯(lián)都已發(fā)布支持SD7.x的主控，為這種超高速存儲(chǔ)卡的普及奠定了基礎(chǔ)。 其中，瑞昱符合SD 7.0規(guī)范的主控制器型號(hào)為“RTS5261”，其讀取速度最高為985MB/s。群聯(lián)的SD 7.1規(guī)范主控型號(hào)為“PS5017”，完全支持SD 7.0和SD 7.1，也是當(dāng)前第一款同時(shí)實(shí)現(xiàn)了SD Expess、Micro SD Express的方案。PS5017支持3D TLC/QLC閃存，支持ONFI、Toggle 2.0接口，讀/寫速度最高分別為900MB/s和500MB/s，同樣堪比PC領(lǐng)域入門級(jí)的PCIe NVMe SSD。

前不久西部數(shù)據(jù)也曾在ComputeX2019上展示了Micro SD Express標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)卡，在現(xiàn)場(chǎng) DEMO測(cè)試中，其連續(xù)讀取速度為888.9MB/s，寫入速度也達(dá)到了428.2MB/s，傳輸一份12GB容量的文件不足30秒。同時(shí)，JMicro（智微科技）也表示將和西部數(shù)據(jù)同步推出相應(yīng)的SD7.x讀卡器，讓這種新一代高速存儲(chǔ)卡能有用武之地。

實(shí)際應(yīng)用路漫漫

當(dāng)PC都用上SSD，手機(jī)集成UFS閃存之后，再使用傳統(tǒng)存儲(chǔ)卡作為數(shù)據(jù)的周轉(zhuǎn)無疑就是一種體驗(yàn)上的倒退。當(dāng)SD7.1規(guī)范和Micro SD Express存儲(chǔ)卡誕生后，則為整個(gè)移動(dòng)行業(yè)提供了一個(gè)引人注目的新選擇——手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備終于可以用上能隨時(shí)安裝或取出的“移動(dòng)SSD”了，接近1000MB/s的傳輸速度，足以滿足手機(jī)上具有高速要求的應(yīng)用程序、不斷發(fā)展的游戲系統(tǒng)、多信道物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、眾多汽車應(yīng)用、更高分辨率的移動(dòng)視頻、動(dòng)作相機(jī)、360度視頻和VR等應(yīng)用場(chǎng)景的交互需求。

小提示：最新的SD7.1規(guī)范還有一個(gè)隱藏賣點(diǎn)，那就是使用的PCI-E 3.1總線包含低功耗子狀態(tài)（L1.1， L1.2），可進(jìn)一步降低存儲(chǔ)卡待機(jī)時(shí)的耗電。

但是，就好像UHS-II存儲(chǔ)卡至今也沒能在手機(jī)和PC圈普及一樣，（Micro）SD Express存儲(chǔ)卡雖然擁有更極致的速度表現(xiàn)，但周邊生態(tài)并不完善，生產(chǎn)成本也相對(duì)高昂，短時(shí)間內(nèi)它主要的應(yīng)用領(lǐng)域還是4K/8K視頻攝像機(jī)、無人機(jī)等高端領(lǐng)域，什么時(shí)候我們新買的筆記本和手機(jī)都標(biāo)配支持SD Express的讀卡器，它才具備真正的普及機(jī)會(huì)。

此外，存儲(chǔ)設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)都會(huì)遭遇一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，那就是發(fā)熱。PC上的PCIe NVMe SSD往往需要搭配金屬散熱片（或借助筆記本底蓋散熱）才能保證不掉速，超過200MB/s速度的閃存盤在全速運(yùn)行時(shí)表面也非常燙手。

作為速度接近1000MB/s、尺寸只有指甲蓋大小、使用塑料材質(zhì)基板且無任何散熱措施的SD Express存儲(chǔ)卡，你能想象它的“熱情”嗎？