В ожидании Secure Digital 3.0


Штурмуем границу в 20 МБ/с при помощи картоводов от Pretec

Внедрение в карты памяти последовательных интерфейсов (что впервые произошло при создании MMC и Memory Stick) многими было встречено настороженно — теоретически это позволяло уменьшить стоимость продуктов ввиду их упрощения и достигнуть со временем высоких скоростей за счет простого увеличения частоты синхронизации, а на практике рост последней оказался не таким и простым делом. В ММС пришлось ограничиться всего лишь 20 МГц, в Memory Stick — 40 МГц, что обеспечило при одной линии данных лишь 20 или 40 Мбит/с последовательного обмена соответственно. В то же время «чисто параллельный» интерфейс карт CompactFlash, являющийся ничем иным, как Parallel ATA (впрочем, Serial ATA еще не было в те времена), таких ограничений не накладывал, даже в незапамятные времена позволяя достигать хотя бы в теории скорости в 11,1 МБ/с (в режиме PIO3, поддерживаемом самыми древними картами), что вдвое превышает возможности Memory Stick. Теоретические — на практике своих возможных 5 МБ/с он не достигает никогда, ну а ММС так и вообще всегда вдвое медленнее.

Именно поэтому при доработке данных форматов от чисто последовательной организации шины решено было отказаться, в пользу нескольких каналов данных — до четырех в общем случае. В Memory Stick Pro было сделано так, в Secure Digital (пришедшем на смену MMC) заодно и повысили частоту синхронизации до 25 МГц. Таким образом, максимальная пропускная способность MS Pro и SD 1.0 составила 160 и 100 Мбит/с соответственно, что уже вышло за рамки ATA PIO3. При этом реализация обоих интерфейсов все равно осталась простой и дешевой — четыре линии данных это совсем не полноценный 16-и разрядный АТА-интерфейс. Плюс компактный разъем, что стало очень важным из-за тенденции к уменьшению размеров мобильных устройств. Дополнительный плюс последовательно-параллельной организации в том, что максимальное количество линий данных реализовывать необязательно: недорогое низкоскоростное устройство (которому быстрый обмен информацией с картой памяти не может потребоваться в принципе) могло обойтись и поддержкой одной-двух линий. С соответствующей потерей в скорости, но выигрышем в простоте. При этом оно оставалось совместимым с любыми стандартными картами. В противовес этому сделавшие ставку на CompactFlash вынуждены были в любом случае в полном виде реализовывать весь дорогой (и избыточный для портативной электроники) интерфейс, что им, разумеется, не нравилось.

Стоит заметить, что долгое время вопрос максимальной скорости интерфейса для флэш-продуктов оставался теоретическим, а не практическим — первое время скорости и емкости карт были такими, что и 10-то мегабайт в секунду казалось чем-то очень отдаленно-перспективным. Однако со временем ситуация начала меняться, причем все быстрее и быстрее. И в самом лучшем положении тут оказался как раз CompactFlash: ATA развивался очень быстро, так что со временем теоретический потолок производительности был поднят до 133 МБ/с, что и сейчас является даже некоторым запасом на будущее, а не ограничением. Кончится запас — не беда: непосредственная поддержка Serial ATA уже задекларирована в качестве магистрального пути развития CF-карт, а это в перспективе 600 МБ/с. И тут уже последовательно-параллельные интерфейсы опять начали выглядеть как «бутылочное горлышко», что заставило их разработчиков искать пути выхода из тупика.

Именно поэтому в самом конце 2006 года (а именно 11 декабря) компаниями Sony SanDisk совместно были анонсированы карты MS Pro-HG Duo. От предшественников они отличаются поддержкой уже и восьми линий данных, причем на повышенной тактовой частоте — 60 МГц вместо 40, как ранее. В совокупности эти меры увеличивают теоретическую пропускную способность шины втрое — до 480 Мбит/с. Разумеется, это медленнее, чем в теории позволяет получить CompactFlash, однако для массовых продуктов достаточно.

Вот с Secure Digital ситуация сложнее. Последнее увеличение скорости интерфейса в данном стандарте произошло при внедрении спецификаций SD 1.1. Тогда тактовую частоту синхронизации увеличили до 50 МГц, что позволяет достигать последовательной скорости обмена данными в 200 Мбит/с — на момент разработки выглядело неплохо, однако сейчас уже не кажется достаточным. Причем SD 2.0 дал нам (пользователям) лишь емкости до 32 ГБ, однако, вопреки некоторым ожиданиям, скорость осталась той же: почти в 2,5 раза меньше, чем у Memory Stick и на порядок медленнее CompactFlash.

Когда данная проблема будет решена? Скоро — на CES 2009 SD Association представила новый стандарт SD 3.0. Частями его являются спецификация SDXC (eXtended Capacity), поддерживающая карты объёмом до 2 ТБ и новый протокол обмена данными UHS104 со скоростью до 104 МБ/с, а в перспективе — до 300 МБ/с. При этом, что приятно, физически и электрически карты и оборудование SD 3.0 полностью совместимы с SD 2.0, так что в новых устройствах гарантированно продолжат работать и старые карты, да и вероятность совместимости старых фотоаппаратов, видеокамер и прочего с новыми картами весьма велика. Дело в том, что ограничение в 32 ГБ в SD 2.0 было продиктовано совсем не низкоуровневыми проблемами — их секторная организация теоретически позволяла получить объем как раз в те самые 2 ТБ. А 32 ГБ — граница емкости тома в файловой системе FAT32, которую не рекомендуется превышать разработчиком. Но именно она и была стандартной для SD 2.0. В SD 3.0 же для карт на 64 ГБ и более стандартной будет система exFAT, вышеуказанного ограничения не имеющая. На более низком же уровне организация карт 2.0 и 3.0 одинаковая (в отличие от случая с 1.х и 2.0), что и позволяет надеяться на обратную совместимость. В общем-то, производители уже анонсировали не только карты SDXC, но и не уступающие им по скорости SDHC, соответствующие версии стандарта SD 3.0, а уж эти-то точно можно будет применять в любой технике с логотипом «SDHC» на корпусе.

Как было получено такое радикальное увеличение скорости с учетом того, что количество линий данных не изменилось? Простым увеличением частоты синхронизации — как и в предыдущий раз. Впрочем, не таким и простым — в новом режиме UHS104 она составляет 208 МГц, т.е. выросла более чем в четыре раза. А это для, по сути своей, внешнего интерфейса (причем допускающего соединение при помощи обычного плоского разъема) очень серьезное значение! Впрочем, на общем фоне увеличения скорости последовательных шин, где частота синхронизации уже достигла тысяч мегагерц (USB 3.0, SATA/eSATA) вполне нормальное :) Причем уже сейчас (даже без учета перспективы) обеспечивающее неплохой запас — например, редкая карта CompactFlash способна на такие скорости, несмотря на то, что используются они ныне только на тех сегментах рынка, где нужно максимальное быстродействие. Ну а для первых карт SDXC и SDHC с поддержкой UHS104, которые уже анонсированы и должны поступить в продажу в первом квартале наступающего года, так и вовсе — обещаны куда более скромные показатели: 60/35 МБ/с при чтении/записи данных соответственно. Скромные, конечно же, только с точки зрения теоретических максимумов — достаточно вспомнить, что и это куда больше, чем может обеспечить самая массовая на сегодня шина USB 2.0, т.е. даже для скоростного обмена данных с компьютером придется осваивать новые интерфейсы подключения картоводов, ну а производители мобильных устройств в этой гонке вообще всегда отстают несколько.

А что остается делать производителям сейчас, дабы хоть немного, но увеличить скорость новых продуктов? Как показывает практика, иногда можно не делать вообще ничего радикального — скорость записи в большинстве массовых продуктов лимитируется совсем не интерфейсом: до теоретических 20 МБ/с, достижимых при чтении, еще далеко. Да и рамки стандарта тоже можно немного раздвинуть неофициально. Раз уж официально частоту синхронизации удалось повысить в четыре раза, следовательно, запас у стандарта большой. Карты с частотой 50 МГц выпускаются уже достаточно много лет, так что и у их контроллеров он, наверняка, тоже уже есть. Во всяком случае, увеличение частоты синхронизации на 10-20% наверняка пройдет совершенно безболезненно, зато обеспечит соответствующий прирост скорости — практически линейный. Разумеется, на этом пути есть и подводные камни — некоторые карты (особенно старые модели SD 1.1) могут отреагировать на «лобовое» увеличение тактовой частоты неадекватно, что приведет к проблемам совместимости, поэтому пользоваться этим способом нужно аккуратно. Например, проверять карту на способность работать в подобном режиме, тем более что такие продукты уже есть — компании Pretec и SanDisk их производят. Первая ограничилась скоростью 25 МБ/с, вторая же уже предлагает карты с заявленной скоростью 30 МБ/с (причем соответствующие Class 10, впервые появившемуся в спецификациях SD 3.0 как раз). Что логично, в спецификациях и тех, и других карт SDHC четко сказано, что эти скорости могут быть достигнуты только при использовании соответствующих картоводов ;)

Ну и более сложный, но зато и более выигрышный путь — поскольку все новые спецификации членам Ассоциации уже доступны, можно начинать реализацию поддержки протокола UHS104. Сертификация продуктов под полное соответствие SD 3.0 занимает достаточно большое время (именно поэтому массовый выход соответствующих карт на рынок запланирован на первый квартал следующего года, хотя их отгрузка «тестовыми» партиями началась уже сейчас), однако на практике она не требуется. Просто потому, что делать «сверхскоростные» карты SD 2.0 никто не запрещал. В оборудовании с поддержкой только этой версии стандарта будут они работать как обычно, зато в более новом получат способность развернуться в полную силу.

Впрочем, все вышесказанное было лишь теорией — на практике более интересна практика (такой вот невольный каламбур получился :)). Ей мы сегодня и займемся. Дело в том, что к нам в руки попали три (формально — два) новых продукта компании Pretec, официально способные шагнуть за уже надоевшую границу 20 МБ/с. Давайте познакомимся с ними подробнее.

Pretec SDHC Class 6 166X 8 ГБ

О выпуске компанией серии носителей со скоростью 166Х мы уже сообщали в новостях в конце зимы этого года, теперь вот продукт удалось пощупать собственными руками. Отмечу, что формально эти карты не являются самыми-самыми быстрыми, поскольку SanDisk, как уже было сказано, предлагает продукты этого семейства со скоростью 30 МБ/с, однако на общем фоне эта модель тоже выделяется — остальные производители предлагают лишь 133Х-150Х, а то и вовсе ограничиваются указанием скоростного класса, что буквально сразу стало чистой абстракцией. Формально 166Х (т.е. 25 МБ/с) можно «пропихнуть» через шину и в рамках стандарта SD 2.0 (как раз 200 Мбит/с), однако получается это лишь если допустить возможность 100% утилизации ее пропускной способности, причем именно для полезных данных (т.е. при полном отсутствии служебной информации), чего в реальности, конечно же, не бывает и быть не может. Именно поэтому компания сразу предупреждает, что получить от этих карт максимум их возможностей можно только при использовании соответствующего оборудования. Такого, как прилагаемый к карте картовод, например.

Pretec i-Disk Reader II 166X

История выпуска компанией компактных картоводов с непосредственной (без переходников) поддержкой MMC, MMCmobile, и SD и началась очень давно — в частности, четыре года назад мы тестировали такую модель (называлась она e-Disk II), а пол-года спустя знакомились с ее улучшенной версией, снабженной «до кучи» 512 МБ встроенной флэш-памяти (e-Disk II Plus). После начала выпуска карт, отвечающих спецификациям SD 2.0, компания осовременила аппаратную базу этих картоводов, присвоив новинкам названия i-Disk Reader II и i-Disk Reader II Plus. По внешнему виду и поддерживаемым типам карт (за исключением SDHC) они были идентичны предшественникам, а слово «Reader» в названии появилось в явной форме лишь потому, что флэшдрайвы компании также относятся к линейке i-Disk. Унификация торговых марок, судя по всему, призвана показать, что компактный картовод может считаться и конкурентом USB-накопителю, что, на самом деле, верно.

И вот новая итерация — к названию картовода добавился суффикс «166Х», а сам он обрел корпус белого цвета (все предшественники были черными). Отдельно устройство не поставляется — только вместе с картами скоростной линейки. С другой стороны, из этого совсем не следует, что с другими носителями он работает плохо. Даже наоборот — возникла крамольная мысль: а вдруг своими скоростными показателями карты обязаны именно этому компоненту комплекта, а совсем не собственным силам? :) Безусловно, мы это проверим. Более того — очень может быть, что и другие накопители на той же элементной базе способны на такие «подвиги». Жаль только, что точно определить модель контроллера нам не удалось — по сочетанию VID 1307 PID 0310 ничего полезного поиск в интернете не выдал.

Pretec i-Disk Reader II SDXC

Несмотря на то, что, как мы уже говорили, массовый выход карт SDXC на рынок запланирован только на начало следующего года, готовиться к этому процессу надо. Вот в Pretec и подготовились — компания уже поставляет специальный картовод, рассчитанный на поддержку нового формата. От предыдущей модели отличается только суффиксом в названии и тем, что продается, как раз, отдельно, а не вместе с картами :) Пожалуй, именно это устройство из всех было нам интересно в наибольшей степени: хитрые оптимизации для небольшого улучшения стандарта текущего это одно, а полная имплементация будущего стандарта — другое. Тем более,  когда к будущему предлагают приобщиться по столь соблазнительной цене: она одинаковая у этой модели и у «обычного» i-Disk Reader II и не превышает 10 североамериканских долларов :) Правда изначально казалось, что полноценного тестирования все равно не получится — карт SDXC у нас в лаборатории пока нет и не было, а больше, вроде бы, проверять возможности устройства нечем. Действительность же оказалась куда более интересной.

Замечу, что в этом случае нам удалось в точности установить, что же за контроллер скрывается внутри — SkyMedi SK7831. Его возможности несколько шире, нежели требуется для серии i-Disk Reader, поскольку чип поддерживает также карты MS Pro-HG. C учетом того, что CompactFlash стал уже окончательно нишевым форматом, можно предположить, что в ближайшее время нас вполне может накрыть вал устройств на данном контроллере. Компактных, но поддерживающих оба нынешних массовых стандарта флэш-карт, причем в наиболее современном их состоянии.

Методика тестирования

Подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться и с конфигурацией испытательного стенда, и с используемым программным обеспечением, а также и с некоторыми обычно используемыми картами памяти.

Скоростные показатели

Первое, что привлекает внимание — показатели карты MMCplus. Не в том смысле, что мы не ожидали получить столько от самой карты — заявленная скорость чтения для Apacer 290X составляет вообще 42 МБ/с, а в том, что надежды «выжать» из USB 2.0 более 35 МБ/с давно растаяли. Оказалось, что зря — в определенных условиях эта шина способна и на 40 МБ/с. С одной стороны, неплохо, с другой — очевидно, что этого уже недостаточно: достаточно вспомнить, что уже анонсированные карты SD 3.0 имеют заявленную скорость чтения 60 МБ/с, а ведь есть еще и внешние жесткие диски, и прочие скоростные накопители. Таким образом, необходимость внедрения USB 3.0 очевидна.

Переходим к Secure Digital и видим, что оба картовода с картой, формально рассчитанной на 20 МБ/с, работают со скоростями, приближающимися к 25 МБ/с. Как раз то, о чем мы выше говорили — SD-шину вполне допустимо немного разогнать неофициально. Примечательно, что подобную же прибавку скорости получает и SDHC-карта A-data на i-Disk Reader II 166X, а вот i-Disk Reader II SDXC ее «разгонять» не пытается. Зато он демонстрирует превосходный результат совместно со скоростной картой от Pretec — более 33 МБ/с или почти двукратный прирост сравнительно с нашим «эталонным» картоводом. Что ж, можно утверждать, что, заявляя для карты 25 МБ/с «в идеальных условиях» компания даже перестраховалась — на самом деле на оборудовании с поддержкой SDXC эти карты работают еще быстрее.

При записи данных карта MMC рекордов уже не ставит — ее собственная скорость куда ниже ограничений стандартов (как MMC 4.0, так и USB 2.0). Тоже самое можно сказать и про SDHC A-data: некоторые картоводы способны «выжать» из нее 13 МБ/с, однако основная масса устройств способна лишь на 10 МБ/с — и то, и другое далеко «не достает» до теоретических потолков стандартов. А вот SD-карта Kingston и SDHC Pretec носители действительно скоростные (даже на не самых быстрых картоводах это хорошо заметно), поэтому им применение нового оборудования способно принести определенные дивиденды. Особенно первой, благо она объективно быстрее — пусть и 133Х против 166Х, однако, как мы уже не раз говорили, скорость «в иксах» величина достаточно абстрактная. Зато и емкость ее не превышает 2 ГБ, а вот из всех карт высокой емкости, протестированных нами к данному моменту, носитель от Pretec самый быстрый. Поэтому в следующий раз мы его протестируем «полноценно», причем на двух картоводах — это имеет смысл.

Итого

Итак, как мы видим, применение нового оборудования (в особенности, соответствующего новым стандартам) действительно способно позволить выйти за уже надоевшую границу 20 МБ/с. Причем карты, которым это может пригодиться, уже есть и продаются, равно как и некоторые высокоскоростные модели картоводов. В общем, SD-ассоциация достаточно медленно запрягала (по теоретической пропускной способности стандарт начал отставать уже не только от CompactFlash, но и от Memory Stick), однако ныне полностью готова к тому, чтобы быстро ехать.





Оборудование предоставлено на тестирование
компанией «Норма»



Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.