Чего можно ждать от SD Express и чего пока не стоит: первый опыт с картой Smart Gear 256 ГБ и ноутбуком

Формат MultiMediaCard разрабатывался в свое время (как и следует из названия) в первую очередь для нужд бытовой электроники – откуда компактность и ограниченный, но простой интерфейс. На тот момент в компьютерном мире в основном господствовали параллельные шины – способные передавать за такт синхронизации как минимум один полный байт. Тут же ограничились чисто последовательным, но при частоте 20 МГц это способно было «прокачивать» порядка 2 МБ/с. Однако позднее разработчики поняли, что пересолили – потребности в скорости и емкости карт памяти в этом мире росли очень быстро. Цена флэш-памяти не менее быстро снижалась, что провоцировало эту самую емкость быстро наращивать. А это давало возможность решать все более сложные задачи – что сильнее подстегивало требования к емкости и скорости. В общем, следующим шагом был уже последовательно-пакетный интерфейс карт Secure Digital – до четырех бит за такт при частоте 25 МГц, т.е. в пять раз больше, чем у MMC. Позднее некоторые компании пытались вдохнуть в последний новую жизнь, внедрив аж восемь линий и частоту до 52 МГц – но было уже поздновато. SD постепенно становился основным стандартом на рынке, чему также поспособствовало удвоение скорости в версии 1.1 и фактическая отмена ограничений на емкость в SD 2.0. Первые версии позволяли адресовать каждый байт данных – при разработке казалось, что это может пригодиться если не для памяти, то для более сложных устройств, использующих SD-шину. Но при 32-разрядной адресации это обеспечивало лишь максимум 4 ГБ емкости – что стало недостаточным уже во время жизни стандарта. Поэтому в версии 2.0 перешли к секторам по 512 байт – как и в большинстве компьютерных носителей информации, типа жестких дисков, SSD и т.п. Это позволило повысить теоретическую емкость уже до 2 ТБ – что до сих превышает самые ходовые номиналы. Рано или поздно мы до этого потолка дорастем. Но проблем он не составит – начиная с версии 7.0 отодвинут до 128 ТБ.

Еще одной важной вехой в развитии стандарта была версия SD 3.0 – начиная с которой «классический» интерфейс был фактически заменен на шину UHS (оставшись лишь для совместимости). С этого момента и физических линий данных стало четыре, эффективная тактовая частота увеличилась до 208 МГц, а напряжение на сигнальных линиях снизилось с 3,3 В до 1,8 В. В принципе, большинство современных SD-карт и хостов – именно SD 3.0 / UHS-I, поскольку в быту обеспечиваемых 104 МБ/с (в теории – на практике порядка 90 МБ/с) и 2 ТБ емкости достаточно. В смартфонах и планшетах, например, старшие режимы вообще редко используются – достаточно SDR25 (практически с той же скоростью, что была еще в SD 1.1). Да и емкость самых продаваемых карт microSD вообще до сих пор составляет лишь десятки гигабайт. Полноразмерные карты чаще используются в фото- и видеокамерах, однако и в последних больше требований к емкости – но не к скорости. Просто потому, что бытовые модели обычно снимают видео с битрейтом 100-150 Мбит/с, что позволяет ограничиваться картами класса V30 (с устоявшейся скоростью записи 30 МБ/с), и лишь для камер с разрешением 8К (коих большинство пока и в руках-то не держало) рекомендован V90 – что тоже, в принципе, укладывается в ограничения UHS-I.

Вот для фотографий большая емкость не нужна – а скорость иногда да. Дело в том, что там нет сплошного небыстрого потока – зато каждый кадр может быть и относительно большим. А иногда нужно сделать серию из нескольких кадров, после чего и успокоиться. Эту проблему решали и в незапамятные времена (несмотря на тогдашние скорости носителей) – при помощи большого DRAM-буфера. Правда емкость его ограничена, так что быстрая запись важна. В идеале – со скоростью съемки: тогда можно реализовать и «бесконечную серию». И даже отказаться от больших буферов – которые не бесплатны, да еще и энергию жрут.

Изначально казалось, что магистральной линией развития будет ускорение UHS-интерфейса. На деле все оказалось не так просто – уже в SD 4.0 потенциальная скорость была повышена до 312 МБ/с (UHS-II), а в SD 6.0 – и до 624 МБ/с (UHS-III), но для этого потребовались, соответственно, второй и третий ряды контактов. В общем, дорого и ограничено – да и массовому потребителю не требуется. В итоге карты и устройства UHS-II встречаются, а вот UHS-III я лично вживую даже и не видел.

Тем более, буквально сразу после появления спецификаций SD 4.0 компьютерные накопители начали переходить со старой связки SATA/AHCI на протокол NVMe поверх интерфейса PCIe. Нашлись светлые головы, которые решили проверить – а не подойдет ли новый стандарт для карт памяти Secure Digital? Оказалось, что второго ряда контактов, предложенного в рамках SD 4.0 UHS-II вполне достаточно для одной линии PCIe, а трех (SD 6.0 UHS-III) – для двух линий. Но даже одна линия PCIe Gen3 это уже порядка 1 ГБ/с в теории (и не меньше 850 МБ/с на практике) – т.е. скорости сразу выше, чем у UHS-III, контактов меньше, контроллеры разрабатывать проще (берем сделанный для SSD и отбрасываем лишнее), полная унификация. Именно этот режим работы был заложен в SD 7.0 – вместе с, напомню, емкостью до 128 ТБ. А спецификация SD 8.0 была принята в прошлом году уже после появления PCIe Gen4 – так что ничего удивительного в том, что стандартизует она этот самый Gen4 x2 с его безумными 4 ГБ/с в теории. В общем, учитывая, что Gen4 x2 = Gen3 x4, получаем мы сменный носитель данных с потенциальными скоростными возможностями недавно топового SSD. Причем в габаритах стандартной SD-карты – т.е. лишь немногим больше M.2 2230, а не как у «полного» 2280. Такой накопитель может быть интересен уже не только в фото / видео / мобильниках.

Еще одна приятная особенность новых стандартов – совместимость с «классическими» картами на уровне UHS-I, т.е. самого массового на сегодня. А это значит, что некоторые его плюсы можно получить и вместе со старой техникой. Например, отснимаем карты уже имеющимся фотоаппаратом – а потом сбрасываем фотки на ноутбук со скоростью 800 МБ/с. Достаточно правильного картовода в последнем. С чем до последнего времени были проблемы, что естественно – от момента принятия стандарта до появления реализующих его устройств всегда проходит какое-то время.

Кстати, и карт это тоже коснулось: спецификации SD 7.0 опубликованы в 2018 году, а Phison карты SD Express анонсировал только в феврале этого года. Недавно как раз и ноутбуки подъехали, причем буквально одновременно Acer, Asus и MSI. MSI GE76 Raider 11UH-440RU до нас добрался первым. Обзор будет, а вкратце – это мощная машинка на восьмиядерных Tiger Lake-H и с GeForce RTX 3070 или 3080. Дисплей во всех моделях – 4К 17,3” с частотами обновления от 120 Гц. Стоит, естественно, как не сильно убитый автомобиль среднего класса :) Но это общая беда современных технологий и не только их – со временем поддержка карт SD Express доберется и до устройств массового назначения.

Во всяком случае картовод здесь от Realtek – а этот производитель предпочитает демократические ценники. Судя по ID – RTS5261 двухлетней давности. Но свежее пока ничего нет, да и это-то хорошо – RTS5260 (который UHS-III) помнится по выставкам повозили, всем показали, на чем дело и закончилось. Этот в серию пошел хотя бы.

Карточка от Smart Gear. На самом деле, особого выбора нет – внутри Phison PS5017, все такие карты делаются под непосредственным контролем Phison в двух вариантах – 256 и 512 ГБ. Какая память – пока любые утилиты пасуют.

Контроллер-то определяется легко – например, можно также по VID и PID (хотя есть уже и другие варианты). Для системы карта в соответствующем слоте – просто NVMe SSD с совершенно стандартным системным драйвером. Но внешне карту «выдает» только маркировка и указанные скорости записи и чтения – обратная сторона такая же, как у любых SD UHS-II, кои так и не стали основным стандартом, но встречаются достаточно часто. Но скорость намного выше – что и сделало UHS-III совсем мертворожденным.

Хотя какая скорость на самом деле – надо проверить. Понятно, что карты на 256 и 512 ГБ все-таки не для потокового видео: емкости не те. И, что характерно, никаких упоминаний ни о V90, ни о, хотя бы, V30 на этикетке нет. При этом получить стабильные 500 МБ/с от SSD на 256 ГБ практически невозможно – я такое из более-менее актуальных продуктов только у Samsung 860 Pro видел, который на MLC. Уже для TLC такой емкости в любом случае без SLC-кэширования не обойтись – но для фотоаппарата подобный режим работы подходит как нельзя лучше: данные пишутся не потоком, а относительно небольшими порциями с паузами.

Посмотрим – что нам покажет AIDA64. Кэш видим – размером 30 ГБ, т.е. чуть больше 10% емкости. В его пределах обещанные 500 МБ/с выполнены и перевыполнены. Дальше скорость валится примерно до 45 МБ/с, что тактично намекает на QLC – уже пара кристаллов TLC максимальной терабитной емкости на одном канале дала бы порядка 60 МБ/с, а тут и канала два. Кстати, на сайте Phison для PS5017 упоминается только 3D QLC, но никакой TLC (хотя в ранних рекламных материалах было 3D TLC/QLC). Все сходится. 

Ну а потом контроллеру разгребать данные становится совсем тяжело, так что скорость начинает плавать и вовсе в диапазоне 10-20 МБ/с. Что, впрочем, может быть и следствием тротлинга – все-таки охлаждать слоты SD специальным образом пока не принято. С этим попробую поэкспериментировать еще по возможности. Но процесс записи я все-таки до половины емкости карты довел – это нужно будет на следующем шаге.

Чтение. Вторая половина – «непрописанные» блоки, которые реально не читаются. В итоге измеряем скорость интерфейса – 780 МБ/с. На карте пишут про 870 МБ/с, но это явно идеальный случай. Как раз столько должна выдавать одна линия PCIe Gen3 – но у нас между картой и контроллером еще посредник в виде картовода, который, похоже, скорость немного режет. Впрочем, некритично – на фоне массового UHS-I и даже редкого UHS-II все равно превосходно. Тем более, что аналогичная скорость получается и в первой половине графика – где данные «честно» читаются. Т.е. переписать на компьютер файлы на подобных скоростях – вполне реально. А буфер фотоаппарата на карту будет сбрасываться со скоростью 500 МБ/с, причем десятки гигабайт DRAM в ЦФК (по крайней мере, сколь-нибудь распространенные) насколько знаю никто и не ставит. В общем, схема с недорогой памятью и SLC-кэшем подходит идеально. Для видео нужно ориентироваться хотя бы на карты по 512 ГБ (что и логично – учитывая его объемы), но и это даст в лучшем случае V30, а не V60/V90. Впрочем, со съемкой 4К-видео при битрейте до 100 Мбит/с и младшая карта очень может быть, что и справится. А высокая скорость чтения при этом тоже пригодится для сброса данных на компьютер.

Для наглядности – вот так вот любые карты UHS-I ведут себя в любом соответствующем картоводе в лучшем случае. Теоретически-то до 104 МБ/с – практически ровно 90 МБ/с. Меньше при неудачном стечении обстоятельств получиться может, больше – нет. UHS-II скорость может утроить – SD Express повышает ее почти на порядок. Уже сейчас – дальше можно ожидать внедрения PCIe Gen4 в количестве одной (с теми же двумя рядами контактов) или даже двух (максимальная «трехрядная» конфигурация в рамках SD 8.0) линий, так что счет можно будет уже и в гигабайтах в секунду вести. И совместимость есть — как и обещали.

Но не стоит, конечно, рассчитывать, что SD-карты смогут полностью или частично заменить внутренние SSD – слишком уж разное изначально назначение, да и емкости тоже. Нынешние продукты лучше всего подходят фотографам. Причем пригодиться могут уже сейчас – даже если сам фотоаппарат поддерживает только UHS-I, потом скопировать фотографии можно быстрее. А то и вовсе просто поработать с ними без копирования на внутренний диск – скорости это уже вполне позволяют. Но под видео их пока особо никто не рассчитывал. Понятно – почему: на данный момент видеографу лучше, все же, инвестировать в объем, а не в скорость. Приличная карта UHS-I V30 на 512 ГБ нынче стоит дешевле, чем UHS-II 256 ГБ – а SD Express уж точно не с чего быть дешевле второй. Особенно первое время. А дальше – посмотрим. Но то, что положение дел вообще сдвинулось с мертвой точки – не может не радовать, конечно.