SD-Karte

Speichermedium
SD-Karte
SD-Logo.svg
Logo der SD-Karte
Allgemeines
TypHalbleiterspeicher
KapazitätSD:HC 08 MB[1] bis 002 GB[1]
SDHC: 04 GB[1] bis 032 GB[1]
SDXC: 32 GB[1] bis 002 TB[1]
SDUC: 02 TB[1] bis 128 TB[1]
GrößeSD:minio 24 mm × 32,0 mm × 2,1 mm
miniSD:o 20 mm × 21,5 mm × 1,4 mm
microSD: 11 mm × 15,0 mm × 1,0 mm
Lese-
geschwindigkeit
bis 300 MB/s[2]
Schreib-
geschwindigkeit
bis 260 MB/s[2]
Gebrauchmobile Geräte: Digitalkameras, Mobiltelefone, MP3-Player, Camcorder, Einplatinencomputer
Ursprung
EntwicklerSanDisk
Vorstellung2001
VorgängerMultimedia Card
SD-Karte in einer Spiegelreflexkamera

Eine SD-Karte (von englisch Secure Digital Memory Card ‚sichere digitale Speicherkarte) ist ein digitales Speichermedium, das nach dem Prinzip der Flash-Speicherung arbeitet.

Die SD-Karte wurde im Jahr 2001 von SanDisk, Toshiba und Panasonic auf Basis des MMC-Standards v2.11 entwickelt.[3] Der Name leitet sich von Hardware-Funktionen für die Digitale Rechteverwaltung (DRM) ab. Mittels eines im geschützten Speicherbereich abgelegten Schlüssels soll die Karte das unrechtmäßige Abspielen geschützter Mediendateien verhindern. Die Verschlüsselung erfolgt nach dem CPRM-Verfahren des 4C Entity Konsortiums,[4][5] das in ähnlicher Weise (CPPM) auch bei DVD-Audio benutzt wird.

Die industrielle Spezifikation steht unter Verschluss und kann nur von den zahlenden Lizenznehmern der SD-Karten-Vereinigung[6] eingesehen werden. Diese Vereinigung hat nach eigenen Angaben weltweit etwa 900 Mitglieder (Stand 2020)[7] mit 460 Handels- bzw. Firmenmarken. Unabhängig davon ist jedoch ein Teil der Zugriffsprotokolle, ohne Zugang zum geschützten Speicherbereich, offengelegt. Eine internationale Norm durch Gremien der IEC oder der ISO existiert nicht.

Vom Host (Kartenlesegerät, PDA, Handy usw.) kann entweder mit dem Serial Peripheral Interface (SPI) oder dem proprietären SD-Bus-Protokoll auf die SD-Karte zugegriffen werden (siehe dazu mehr unter Schnittstelle). Das SPI unterstützt im Gegensatz zum SD-Bus-Modus jedoch weder neuere Funktionen noch eine Übertragungs­geschwindigkeit entsprechend der Geschwindigkeits­klasse der benutzten SD-Karte.[8]

Abmessungen

SD-Speicherkarten: von oben: SD Card, miniSD, microSD (bis 2005: TransFlash)

SD-Karte

Die Speicherkarte besitzt einen integrierten Controller, ist 24 mm × 32 mm × 2,1 mm groß und hatte ursprünglich eine Kapazität von 8 Megabyte. Nachfolgende Modelle verdoppelten den Speicherplatz jeweils (16, 32, … MB), so dass Kapazitäten von bis zu 1 Terabyte verfügbar sind. Ausnahmen von diesem Schema existieren allerdings ebenso.

An der Seite einer SD-Karte befindet sich ein kleiner Schieber für den Schreibschutz. Die Stellung dieses Schiebers kann durch einen Schaltkontakt im Kartenhalter erfasst und per Geräte-Software ausgewertet werden. Wenn der Schieber in Richtung Kartenkontakte steht, signalisiert das die Freigabe für Schreibzugriffe. Die Stellung des Schiebers wird nicht von der Karte selbst erkannt, die Karte kann also nicht selbst Schreibzugriffe verweigern, wenn der Nutzer diesen Wunsch mittels Schieber ausdrückt, sondern es liegt stets in der Gewalt des Schreib-Lese-Gerätes, diesen Nutzerwunsch zu realisieren.

miniSD-Karte

Logo der miniSD-Karte

Für kleine Geräte wurde die miniSD entwickelt. Sie ist mit 20 mm × 21,5 mm × 1,4 mm etwa halb so groß wie die SD-Card. Diese kleinen Karten werden mit einer Speicherkapazität bis 16 GB (miniSDHC) angeboten. Insgesamt waren Geräte, die mit miniSD-Karten betrieben werden, nicht sehr verbreitet.

Mit Hilfe eines häufig beim Kauf mitgelieferten Adapters können sie auch in normalen SD-Einschüben benutzt werden.

Da die Produktion seit September 2009 eingestellt ist, ist die Karte aus dem Verkauf verschwunden. Geräte, die miniSD benötigen, können stattdessen microSD-Speicherkarten über einen Adapter benutzen.

microSD-Karte

Logo der microSD-Karte

Die microSD-Karte (ehemals unter dem Namen TransFlash bekannt) ist nochmals kleiner als die miniSD. Mit 11 mm × 15 mm × 1,0 mm[9] hat sie gerade die Größe eines Fingernagels und war 2011 die kleinste Flash-ROM-Speicherkarte der Welt. Die erste für den Massenmarkt produzierte microSD-Karte mit einer Speicherkapazität von 1 TB erschien im April 2019 und war für ca. 500 € erhältlich. Die Leserate wurde vom Hersteller mit 160 MB/s angegeben, die Schreibrate mit 90 MB/s.[10][11]

microSD-Karten nach dem UHS-II-Standard verfügen über eine Reihe zusätzlicher Kontakte.

Adapter

microSD-Karten lassen sich auf das miniSD- oder SD-Kartenformat adaptieren. Der Adapter ermöglicht die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten und enthält keine elektronischen Bauteile.

Schnittstelle

Befehlsschnittstelle

Die Befehlsschnittstelle ist eine Erweiterung der MMC-Schnittstelle v2.11. SD-Karten fehlt die Unterstützung für einige Befehle im MMC-Protokoll. Wenn vom Host nur Befehle verwendet werden, die von beiden Standards unterstützt werden, kann ein Hostgerät sowohl SD- als auch MMC-Karten verarbeiten.

SD-Karten und Host-Geräte kommunizieren zunächst über eine 1-Bit-Schnittstelle, bei der das Hostgerät ein Taktsignal bereitstellt, das einzelne Bits in und aus der SD-Karte schiebt. Das Hostgerät sendet dabei 48-Bit-Befehle und empfängt Antworten. Die Karte kann signalisieren, dass eine Antwort verzögert wird, aber das Hostgerät kann den Dialog abbrechen.[12]

Durch verschiedene Befehle kann das Hostgerät[12]

  • den Typ, die Speicherkapazität und die unterstützten Funktionen der SD-Karte auslesen;
  • der Karte befehlen, eine andere Spannung, eine andere Taktfrequenz oder eine erweiterte elektrische Schnittstelle zu verwenden;
  • Einen Block für einen Schreibbefehl reservieren, Daten für eine Schreiboperation auf diesen Block senden.
  • Den Inhalt eines Blocks anfordern und auslesen.

Alle SD-Kartenfamilien verwenden zunächst eine elektrische 3,3-Volt-Schnittstelle. Auf Befehl können SDHC- und SDXC-Karten auf 1,8-V-Betrieb umschalten, sofern sie dafür ausgestattet sind.[12]

Beim ersten Einschalten oder Einlegen der Karte wählt das Hostgerät entweder den SPI-Bus- oder den synchronen 1-Bit-SD-Bus-Modus mit dem Spannungspegel an Pin 1 aus. Danach kann das Hostgerät, sofern die SD-Karte dies unterstützt, den Befehl zum Wechseln in den 4-Bit-SD-Bus-Modus ausgeben. Je nach Kartentyp ist die Unterstützung des 4-Bit-SD-Bus-Modus optional oder obligatorisch.[12]

Nachdem das Hostgerät festgestellt hat, dass die SD-Karte dies unterstützt, kann es der SD-Karte auch befehlen, auf eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit umzuschalten. Bis zur Bestimmung der Funktionen der Karte sollte das Hostgerät keine Taktfrequenz von mehr als 400 kHz verwenden. Andere SD-Karten als SDIO haben eine Default-Speed-Taktrate von 25 MHz. Das Hostgerät muss nicht die maximale Taktrate verwenden, die die Karte unterstützt. Es kann mit weniger als der maximalen Taktrate arbeiten, um Strom zu sparen.[12] Zwischen Befehlen kann das Hostgerät den Takt vollständig anhalten.

Übertragungsmodi

Die SD-Spezifikation definiert im SD-Bus die 4-Bit-Übertragungen, durch das Übertragen mehrerer Bits auf jeden Taktimpuls erhöht sich die Übertragungsrate. Erweiterte SD-Familien haben auch die Geschwindigkeit erhöht, indem sie höhere Taktfrequenzen, Double Data Rate und Low Voltage Differential Signaling anbieten.

Karten können verschiedene Kombinationen der folgenden Bustypen und Übertragungsmodi unterstützen. Der SPI-Busmodus und der 1-Bit-SD-Busmodus sind für alle SD-Familien obligatorisch. Sobald das Host-Gerät und die SD-Karte einen Busschnittstellenmodus ausgehandelt haben, ist die Verwendung der Pins der ersten Reihe für alle Kartengrößen gleich.

SPI-Bus-Modus
Der Serial Peripheral Interface Bus wird hauptsächlich von eingebetteten Mikrocontrollern verwendet. Dieser Bustyp unterstützt nur eine 3,3-Volt-Schnittstelle. Dies ist der einzige Bustyp, für den keine Host-Lizenz erforderlich ist. Hosts (Lesegeräte) mit SPI-Modus unterstützen i. d. R. die anderen Modi nicht.
1-Bit-SD-Bus-Modus
Separater Befehls- und Datenkanal und ein proprietäres Übertragungsformat. Hosts mit diesem Modus unterstützen aufgrund der höheren Datenrate i. d. R. den SPI-Modus nicht.
4-Bit-SD-Bus-Modus
Verwendet zwei zusätzliche Pins sowie einen neu zugewiesenen Pin. Es ist das gleiche Protokoll wie beim 1-Bit-SD-Bus-Modus, jedoch werden statt nur einer nun vier Datenleitungen verwendet, wodurch die Datenübertragungsrate erhöht wird. Alle SD-Karten unterstützen diesen Modus. Er wird entsprechend der Datenübertragungsrate, welche i. d. R. durch höhere Taktfrequenz erreicht wird, auch in DS (englisch Default Speed ‚Standardgeschwindigkeit‘) mit 25 MHz, HS (englisch High Speed ‚Hohe Geschwindigkeit‘) mit 50 MHz und UHS-I (englisch Ultra High Speed I ‚extrem hohe Geschwindigkeit 1‘) mit bis zu 208 MHz unterteilt. UHS-I verwendet einem Fall DDR zur Erhöhung der Datenrate.[13] Auch UHS-II und UHS-III erfordern diesen Bustyp.
UHS-II-Bus-Modus
benutzt eine zusätzliche elektrische Schnittstelle (siehe UHS-II-Bus-Interface). Sie besteht aus drei Leitungspaaren (englisch three Lanes): RCLK, D0 und D1[14] und verwendet zwei LVDS-Schnittstellen (Bitraten-Segmente) zum Übertragen von Befehlen und Daten.
UHS-III-Bus-Modus
Die UHS-III-Schnittstelle ist mit UHS-II kompatibel. Sie besteht ebenfalls aus drei differenziellen Signalleitungspaaren (englisch differential signaling lanes): RCLK, D0 und D1. Befehls-, Daten- und andere Pakete oder Symbole werden von den Leitungen D0 (im Wesentlichen vom Host zur SD-Speicherkarte) und D1 (im Wesentlichen von der SD-Speicherkarte zum Host) übertragen. In UHS-III stehen vier Bitraten-Segmente zur Verfügung, die als Bereiche bezeichnet werden. Die Bereiche A und B wurden bereits in UHS-II eingeführt.[15]
Gen.3×1-Lane-PCIe-Bus-Modus
Gen.3×2-Lane-PCIe-Bus-Modus
Gen.4×1-Lane-PCIe-Bus-Modus
Gen.4×2-Lane-PCIe-Bus-Modus

Anschlüsse

SD-Bus-Interface

Die physische Schnittstelle bis einschließlich UHS-I (SD Bus I/F)[13] besteht aus neun Pins; von den elf Pins bei der miniSD-Karte sind zwei nicht verbunden und bei der microSD-Karte entfällt einer der beiden Masse-Pins.[16] Die Kontakte (SD-Karten 9 Pins, miniSD-Karten 11 Pins und microSD-Karten 8 Pins) sind in einer Reihe an der Unterseite der Karte.

Pin-Belegung[17]
PinSD-Bus-ModusSPI-Modus


Pins von SD, miniSD und microSD
SDminiSDmicroSDNameTypBeschreibungNameTypBeschreibung
12CD / DAT3I/O/PPKartenerkennung / Datenleitung [Bit 3]CSIChip Select (active low)
23CMDPPBefehl und AntwortDI/MOSIIData In / Master Out Slave In
3GND1/VSS1SMasseGND/VSSSMasse
4VDDSStromversorgung (DC 2,7…3,6 V)VDDSStromversorgung (DC 2,7…3,6 V)
5CLKITaktSCLKITakt
6GND2/VSS2SMasseGND2/VSS2SMasse
7DAT0I/O/PPDatenleitung [Bit 0]DO/MISOO/PPData Out / Master In Slave Out
8DAT1I/O/PPDatenleitung [Bit 1]RSVreserviert
91DAT2I/O/PPDatenleitung [Bit 2]
10NCreserviert
11NC

UHS-II-Bus-Interface

UHS-II- und UHS-III-Speicherkarten haben zusätzlich zum SD-Bus-Interface das UHS-II-Bus-Interface. Die erste Kontaktreihe beinhaltet wie bisher das SD-Bus-Interface und unterstützt alle Modi bis einschließlich UHS-I. SD-Karten des Standards UHS-II und UHS-III haben in einer darunterliegenden Reihe weitere acht Pins (Bus UHS-II I/F[13]) Bei Full-Size-Karten ist dies Pin 10–17.[18][19] Sie beinhalten die LVDS-Schnittstelle. Statt der bisherigen 1,8 bzw. 3,3 V Signalgebung wird mit 26 bis 52 MHz Referenztakt und Multiplikatoren mit 0,4 V Signalspannung gearbeitet, wodurch die Leistungsaufnahme der Karten enorm gesenkt wurde. Nach Umschaltung in den UHS-II- bzw. UHS-III-Modus werden von der ersten Kontaktreihe nur noch die Kontakte 4, 7 und 8 zur Stromübertragung bzw. Signalgebung benutzt.[13]

PCIe-Bus-Interface

SD-Express-Speicherkarten haben zusätzlich zum SD-Bus-Interface das PCIe-Bus-Interface. Die erste Kontaktreihe beinhaltet wie bisher das SD-Bus-Interface und unterstützt alle Modi bis einschließlich UHS-I. Die zweite und ggf. die dritte Kontaktreihe beinhaltet physikalisch das PCIe-Bus-Interface. Die zweite Kontaktreihe ist äußerlich identisch mit den Pins des UHS-II-Bus-Interface, haben jedoch keine elektrischen Verbindungen zu diesem, so dass die Modi UHS-II und UHS-III von diesen Karten nicht unterstützt werden.[19][20]

Ausstattungsextras

USB-Anschluss

Seit 2005 gibt es auch SD-Karten, die über einen USB-Anschluss verfügen und ohne Adapter oder Speicherkartenlesegerät an eine USB-Buchse des Typs A angeschlossen werden. Der USB-Anschluss ist meist durch eine Abdeckung geschützt, die weggeklappt oder abgezogen werden kann.

WLAN und GPS

Eye-Fi Mobi 16 GB Wifi SD-Card

Seit Mitte 2008 gibt es SD-Karten mit interner WLAN-Funktion, unter anderem vermarktet unter Wi-Fi SD-Card von Transcend, FlashAir von Toshiba und Eye-Fi Card. Je nach Kartentyp werden PC-Synchronisation, Internet-Upload über Hotspots oder Wireless Access Points ermöglicht wie auch das Speichern der geografischen Daten des Aufnahmeortes. Dank der Abmessung von SD-Karten passen sie in übliche Kamera-Modelle. Soweit Geokoordinaten verwendet werden, entstammen sie einer Datenbank örtlicher WLAN-Stationen (Skyhook) und werden beim Durchleiten der Bilder ins Internet den Exif-Daten hinzugefügt. Diese Karten sind nicht mit jedem Gerät funktionsfähig. Karten mit diesen Funktionen haben sich am Markt nicht durchgesetzt, entsprechende Funktionen werden nun über USB realisiert.

Speicherkapazität

SD (SD 1.0 und SD 1.1)

Das Konsortium für SD-Karten definiert eine Kartenkapazität bis maximal 1 GB (SD 1.0) und 2 GB (SD 1.1) mit dem Filesystem FAT (FAT 12/16).

Karten mit einer Kapazität von 4 GB, die als SD-Karten – also nicht als SDHC-Karten – verkauft werden, entsprechen nicht den Spezifikationen.

SDHC (SD 2.0)

Logo der SDHC-Karte
Pretec SDHC-Speicherkarte 32 GB

Diese Spezifikation macht Speicherkapazitäten bis zu 32 GB unter der Bezeichnung SDHC (von englisch Secure Digital High Capacity ‚Sichere digitale hohe Kapazität‘) möglich. SDHC-Karten funktionieren nicht in Geräten, die lediglich mit SD-Karten nach SD 1.0 oder SD 1.1 arbeiten können; die Kompatibilität muss nicht zwangsläufig deklariert sein. Die Abmessungen und die Kontakte sind denen von SD-Karten gleich.

SDHC-Geschwindigkeits­klassen-Logos

Darüber hinaus legt die SDHC-Spezifikation Leistungsklassen fest, die gesicherte Mindestübertragungsraten für die Aufzeichnung von MPEG-Datenströmen festschreiben: Bei Karten der Klasse 2 sind es 2 MB/s, bei Klasse 4 sind es 4 MB/s, bei Klasse 6 sind es 6 MB/s, und bei Klasse 10 sind es mindestens 10 MB/s. AVCHD-Kameras benötigen meist mindestens 1 MB/s, die Panasonic HDC-SD1 benötigt 13 MBit/s, also 1,6 MB/s, womit Klasse 2 ausreichend wäre. Höhere Datenraten sind vorteilhaft für die Serienbildaufnahme von Digitalkameras, sofern die Kamera höhere Datenraten schreiben kann und für die Übertragung zum PC. Nach diesem Schema sind die Klassen auf den SDHC-Speicherkarten mindestens mit einer der Zahlen 2, 4, 6 oder 10 innerhalb eines nach rechts offenen Kreises bedruckt (siehe Fotos). Die bisherigen SD-Spezifikationen sahen einen solchen für alle Hersteller allgemein verbindlichen Standard für Transferraten nicht vor.

Im August 2006 kam die erste 4-GB-SDHC-Speicherkarte auf den Markt, Anfang 2008 folgte die weltweit erste Klasse-6-Karte mit 32 GB, im Dezember 2009 die Klasse-10-Karten.[21]

Da primär für den Gebrauch in Digitalkameras bestimmt, sind SDHC-Karten in der Regel mit dem Dateisystem FAT32 formatiert. Deshalb sind sie mit älteren Kameras, die lediglich das (bei SD-1.x-Karten übliche) FAT16-Format verstehen, nicht kompatibel. Für die Nutzung in älteren Kameras können SDHC-Karten mit FAT16 formatiert werden, was allerdings die nutzbare Kapazität auf 2 GB und 4 GB beschränkt. Prinzipiell sind SD-Karten (und somit auch SDHC-Karten) nicht auf das FAT-Dateisystem beschränkt. Es ist kein Problem, sie mit anderen Dateisystemen (wie etwa UFS, ZFS, ext3, NTFS oder HFS) zu verwenden, was diese Medien wegen ihrer Größe als Ersatz für USB-Sticks sowie für die Nutzung in digitalen Camcordern interessant macht. Zu beachten ist dabei jedoch, dass sie wegen mangelnder Unterstützung dieser Dateisysteme in Digitalkameras von diesen nicht angesprochen werden können und ein Kartenfehler gemeldet wird.

SDXC (SD 3.0)

SanDisk Ultra microSDXC 64 GB, UHS-I-Bus
Logo der SDXC-Karte

Auf der Consumer Electronics Show 2009 kündigte die SD Card Association den Nachfolger von SDHC an.[22] Die Spezifikation der SDXC (von englisch Secure Digital eXtended Capacity ‚Sichere digitale erweiterte Kapazität‘) genannten Karten erlaubt eine Bruttogröße bis 2 TB (2048 GB). Die Einteilung in Leistungsklassen wird beibehalten und reicht nun bis 104 MB/s, geplant sind 300 MB/s. Es können technisch grundsätzlich alle Dateisysteme verwendet werden, erstmals schreibt die Spezifikation jedoch ein konkretes Dateisystem, Microsoft exFAT, vor.

Insgesamt hat exFAT eine gewisse Verbreitung erlangt. Treiber für exFAT gibt es unter Windows 7, in Windows Vista ab Service-Pack 1 und Mac OS X (ab 10.6.5). Für Windows XP ist ab Service-Pack 2 ein separates Update erhältlich. Mittels eines Patentaustauschabkommens mit Microsoft ist Tuxera nach eigenen Angaben daran, einen exFAT-Treiber für Embedded-Linux zu entwickeln.[23] Ob dieser Treiber jedoch wie Tuxeras NTFS-3G nach dem „Dual-Licensing“-Prinzip sowohl unter einer kommerziellen Lizenz als auch unter einer Open-Source-Lizenz veröffentlicht wird, ist unbekannt.

Aufgrund der technischen und juristischen Probleme des exFAT kommt bei Android- und GNU/Linux-Systemen zumeist der ext4-Treiber zum Einsatz. Die SD-Karte wird dazu, je nach Anwendungsfall, mit ext2 oder ext4 formatiert. Insbesondere zur Kompatibilität zu älteren Geräten findet auch das überholte FAT32 weiterhin Anwendung. SDXC-Karten sind zu SD- oder SDHC-Lesern jedoch nur eingeschränkt abwärtskompatibel.

SDUC (SD 7.0 und SD 7.1)

Logo der SDUC-Karte

Speicherkarten nach dem Standard SDUC (von englisch Secure Digital Ultra Capacity ‚Sichere digitale ultra Kapazität‘) können eine Speicherkapazität zwischen 2 und 128 Terabyte haben.[1] Der SDUC Standard wurde 2018 definiert und 2019 für Micro-SD-Karten erweitert. Mit dem neuen Standard sind auch neue Datenübertragungsgeschwindigkeiten für SD Express und Micro-SD Express von bis zu 985 MB/s definiert worden. SDUC-Geräte sind abwärtskompatibel mit Karten nach den vorhergehenden Standards.

Übertragungsgeschwindigkeit

Während anfangs die Übertragungsgeschwindigkeit bei ca. 3,6 MB/s (lesen) und 0,8 MB/s (schreiben) lag, erreichten 2019 selbst preiswerte Karten eine Lesegeschwindigkeit von über 90 MB/s. Besonders schnelle SD-Karten mit UHS-II-Schnittstelle erreichten 2019 Schreib- und Lesegeschwindigkeiten von je etwa 300 MB/s. Die Werte schwanken jedoch stark und sind vom Hersteller und den zur Nutzung verwendeten Geräten abhängig.

Eine zu geringe Schreibgeschwindigkeit von Speicherkarten kann die Leistungsfähigkeit bei Geräten mit einem schnell zu bearbeitenden, hohen Datenvolumen störend begrenzen. So wird unter Umständen die für eine digitale Fotokamera spezifizierte maximale Serienbildgeschwindigkeit nicht erreicht oder beim Aufnehmen von Videos kann unter Umständen die mögliche Auflösung beschränkt sein, es zu Aussetzern kommen oder die Aufnahme abgebrochen werden. Manche Kameras erlauben während des Schreibvorgangs keine neuen Aufnahmen oder Eingaben vom Bediener.

Die maximal mögliche Übertragungsgeschwindigkeit wird häufig direkt in MB/s angegeben.

Vereinzelt, insbesondere bei SD-Speicherkarten der Marke Lexar, werden jedoch auch die bei CD-Brennern üblichen Faktoren verwendet. Sie beziehen sich dann auf die einfache (single speed) Lesegeschwindigkeit von CDs; diese beträgt 150 KiB/s. Somit hat zum Beispiel eine „2000x“ Speicherkarte eine Schreibgeschwindigkeit von 300 MiB/s.

Geschwindigkeitsklassen

In der SD-5.1-Spezifikation sind folgende Geschwindigkeitsklassen (speed classes) als minimale Schreibgeschwindigkeiten[24][8] definiert:

sequentielle Mindest­schreib­ge­schwindig­keitGeschwindigkeitsklasseAnwendung
UHSVideo
0002 MB/sSDHC Speed Class 2.svg Class 2 (C2)SD-Video­aufnahmen (bis 576)
0004 MB/sSDHC Speed Class 4.svg Class 4 (C4)-HD-ready- und Full-HD-Video­aufnahmen (von 720p bis 1080p/1080i)
0006 MB/sSDHC Speed Class 6.svg Class 6 (C6)Video Speed Class 6.png Class 6 (V6)
0010 MB/sSDHC Speed Class 10.svg Class 10 (C10)UHS Speed Class 1.svg Class 1 (U1)Video Speed Class 10.png Class 10 (V10)Full-HD-Video­aufnahmen (1080p) und aufeinander folgende HD-Einzelbilder (High Speed Bus), Echtzeit­übertragungen und große HD-Video­dateien (UHS Bus)
0030 MB/sUHS Class 3.png Class 3 (U3)Video Speed Class 30.png Class 30 (V30)4K-Videodateien mit 60/120 fps (UHS Bus)
0060 MB/sVideo Speed Class 60.png Class 60 (V60)8K-Videodateien mit 60/120 fps (UHS Bus)
0090 MB/sVideo Speed Class 90.png Class 90 (V90)

Busgeschwindigkeiten

Vergleich der Busgeschwindigkeiten von SD-Karten[25]
Bus-Schnitt­stelleKarten­typenBus-LogoBus­geschwindig­keitSpec.-Version
Default SpeedSD, SDHC, SDXC, SDUC0012,5 MB/s (SDR12)1.01
High Speed0025 MB/s (SDR25)1.10
UHS-ISDHC, SDXC, SDUCSDHCI SDXCI SDXCI0050 MB/s (SDR50, DDR50)
0104 MB/s (SDR104)
3.01
UHS-IISDHCII SDHCII SDHCII0156 MB/s (Full Duplex)
0312 MB/s (Half Duplex)
4.00
UHS-IIISDHCIII SDHCIII SDHCIII0312 MB/s (Full Duplex)
0624 MB/s (Full Duplex)
6.00
SD Express0985 MB/s (PCIe Gen.3 × 1 Lane)7.00
1970 MB/s (PCIe Gen.3 × 2 Lane, PCIe Gen.4 × 1 Lane)
3940 MB/s (PCIe Gen.4 × 2 Lane)
8.00

UHS-I (SD 4.00)

Am 23. Juni 2010 wurde die Klassifizierung für das Bus-Interface „UHS“ (englisch Ultra High Speed) vorgestellt.[26] Der UHS-I mode ist im SD Bus I/F[13] der Nachfolger des bisherigen Normal Speed mode (Speed Classes 2, 4 und 6) sowie High Speed mode (Speed Class 10).[24][27] Auf der IFA 2010 wurden erste UHS-I-SD-Speicherkarten vorgestellt sowie von der SD Association die Entwicklung von SD 4.00 bekanntgegeben.[28][29]

UHS-II (SD 4.10)

Am 16. Juli 2013 kündigte Toshiba als erstes Unternehmen SDHC- und SDXC-Speicherkarten mit UHS-II-Schnittstelle und der aktualisierten Spezifikation 4.10 an. Diese bietet bis zu 312 MB/s Übertragungsgeschwindigkeit, das neue Bussystem heißt UHS-II I/F und macht neue Kontakte auf der SD-Speicherkarte notwendig. Trotzdem ist der neue Standard sowohl aufwärts- als auch abwärtskompatibel.[13] Karten mit den zusätzlichen Kontakten können von älteren Geräten gelesen und beschrieben werden, jedoch erreichen sie in diesem Fall nicht die maximal möglichen Geschwindigkeiten. Beim Stand Februar 2019 waren 27 Kameras und über 50 SD-Speicherkarten mit UHS-II-Schnittstelle verfügbar.[30]

UHS-III (SD 6.00)

Seit der Ankündigung des Standards ist noch keine UHS-III-SD-Karte auf dem Markt erschienen oder angekündigt worden. Es existieren auch keine Geräte, die entsprechend diesem Standard ausgerüstet sind.

SD Express Memory Card (SD 7.0 und SD 7.1)

Im Juni 2018 wurde SD Express mit einer Geschwindigkeit von bis zu 985 Megabyte pro Sekunde spezifiziert. Für diese hohen Datenraten ist zusätzlich eine PCI-Express-Schnittstelle der dritten Generation in die Speicherkarten integriert, die mittels des Software-Standards NVM Express über die Kontakte der UHS-II-Spezifikation angesteuert werden kann.[20] Die Ansteuerung über die UHS-I-Schnittstelle ist nach wie vor möglich, so dass die Abwärtskompatibilität gewahrt ist.

Das microSD-Express-Format für Smartphones und andere Geräte überträgt Daten mit bis zu 985 MB/s durch die Schnittstellen NVMe 1.3 und PCIe 3.1. Mit dem Low-Power-Modus von PCIe 3.1 können die Karten mit 1,8 statt 3,3 Volt Spannung betrieben werden. Solche Karten werden mit Lv (für low voltage) gekennzeichnet. Im Lv-Modus verbrauchen sie in entsprechenden Geräten weniger Strom als bisherige microSD-Karten.

Anwendungsleistungsklassen

Die Spezifikationen für A1 und A2 sind in SD 5.1/SD 6.0 festgelegt. Die Anwendungsleistungsklasse bestimmt die Leistung der Karte, wenn viele Prozesse gleichzeitig oder innerhalb kurzer Zeit auf die Karte zugreifen wollen. Dieses kann z. B. für Smartphones oder Embedded-Systeme eine Rolle spielen. Die Anwendungsleistungsklasse wird durch mehrere Faktoren beeinflusst: die Lese- und Schreibgeschwindigkeit, die Zugriffszeit für zufällige Speicherblöcke und die Fähigkeiten des Kartencontrollers. Karten der Anwendungsleistungsklasse A1 oder A2 erlauben bei entsprechendem Betriebssystem den Betrieb von Apps direkt auf Kartenspeicher. Karten mit A2 müssen nicht nur die höheren Werte erreichen, sondern zusätzlich die Funktionen Command Queuing, Cache und Self-Maintenance ausführen können.

Command Queuing erlaubt dem Host bis zu 32 Befehle an den Controller zu senden, noch bevor der erste Befehl abgearbeitet worden ist. Der Host Controller kann mittels eigener Logik beispielsweise mehrere Befehle zusammenfassen oder die Reihenfolge ändern und damit die Ausführung optimieren.

Mit Self Maintenance kann z. B. die Karte selbstständig ihre Speicherblöcke neu organisieren, solange vom Gerät keine Lese- oder Schreiboperationen ausgeführt werden.

Für die Funktion Cache braucht die Karte einen separaten Speicherblock aus DRAM, der einen schnelleren Datenzugriff als der Flash-Speicher erlaubt. Wenn der Host abgeschaltet wird, kann er mit der Cache-Funktion ein Signal zum Leeren des Cache an die Karte senden, dann werden alle noch nicht gesicherten Daten innerhalb von maximal einer Sekunde auf den Flash-Speicher geschrieben und damit ein Datenverlust verhindert.

Anwendungs­leistungs­klassesequentielle Mindest­schreib­geschwindig­keitMinimale Geschwindig­keit bei zufälligem
LesenSchreiben
Application Performance Class 1.png Class 110 MB/s1500 IOPS0500 IOPS
Application Performance Class 2.png Class 24000 IOPS2000 IOPS

Mittlere Zugriffszeit

Die mittlere Zugriffszeit gibt die Zeit an, die von der SD-Karte benötigt wird, um einen bestimmten Speicherbereich zum Lesen oder zum Schreiben zu finden. Für moderne Systeme wird ein Wert von unter 12 ms empfohlen. Für den Lesezugriff ist das bei fast allen SD-Karten gegeben.

Haltbarkeit

Aufgrund der verwendeten Speichertechnik ist Flash-Speicher grundsätzlich nicht unbegrenzt oft beschreibbar. Allerdings besitzen alle Karten einen Algorithmus, durch den eine wesentlich längere Nutzungszeit erreicht werden kann. Dabei werden Schreibzugriffe auf einen logischen Block des Mediums auf wechselnde physische Speicherbereiche umgelenkt (englisch wear leveling ‚Verschleißnivellierung‘), so dass beispielsweise das häufige Schreiben von Dateisystemtabellen nicht immer auf denselben Speicherzellen stattfindet und diese frühzeitig unbrauchbar machen kann. Allerdings sind die verwendeten Verfahren in der Regel nicht offengelegt und auch selten auf den Produkten vermerkt. Die geschätzte Lebensdauer wird bei SLC-NAND-Chips mit 1.000.000, beim Einsatz von MLC-NAND-Chips mit 100.000 Schreibvorgängen angegeben. Lesezugriffe auf Flash-Speicher sind unbegrenzt möglich. Überwachungskameras schreiben ununterbrochen Videodaten auf die Karte, die somit einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist. Für diesen Einsatz gibt es spezielle Modelle mit einer höheren Zahl von Schreibzyklen.

Neben der Begrenzung durch Schreibvorgänge kann eine SD-Karte auch andere Defekte aufweisen. Dazu zählen neben Ausfällen durch Alterung genauso elektrische Schäden (durch Elektrostatische Entladung fällt häufig der Kartencontroller und nicht der Flashspeicher aus, eindringende Feuchtigkeit) und mechanische Schäden (durch Steckvorgänge, Abnutzung der Kontakte, Verbiegungen bzw. Auseinanderbrechen der Karte). Einige Hersteller bewerben Karten, die besonders gegen Umwelteinflüsse resistent sind oder eine höhere mechanische Stabilität aufweisen.

Nutzung

Wasserdichte Aufbewah­rungs­box für SD-Karten

SD-Karten werden in vielen verschiedenen Geräten eingesetzt. Häufig kommen sie zur Aufnahme von Fotos in Digitalkameras, in MP3-Playern zur Wiedergabe von MP3-Dateien und in PDAs und Mobiltelefonen für unterschiedliche Anwendungsbereiche zum Einsatz. Mobile Navigationssysteme verwenden SD-Karten zum Abspeichern des Landkartenmaterials, ferner verwenden einige Handheld-Konsolen und E-Book-Reader SD-Karten, auch manche elektronischen Musikinstrumente benutzen SD-Karten als Speicher.

Abgesehen von der Digitalfotografie mit hohen Auflösungen und schneller Bildfolge oder der Aufnahme von Videos, ist für die meisten Geräte und Anwendungszwecke die Verwendung von SD-Karten mit hoher Schreibgeschwindigkeit („high speed“) nicht erforderlich. SDIO-kompatible Steckplätze (SDIO steht für „SD Input/Output“) ermöglichen auch den Anschluss anderer Geräte (Radio, Kamera, WLAN).

Kompatibilität

MMC und SD

USB-Kartenleser für SD- und MMC-Karten

Geräte mit SD-Steckplatz sind meist abwärtskompatibel zu MMC-Karten. So lassen sich MMCs meist auch in Geräten betreiben, die für die SD-Memory-Card ausgelegt sind. Allerdings können schnelle MMC-Karten in reinen SD-Karten-Lesern nicht mit voller Geschwindigkeit angesprochen werden; dafür ist eine vollwertige MMC-Unterstützung nötig. (siehe dazu auch Befehlsschnittstelle und Kompatibilität im MMC-Artikel).

Das Betreiben von SD-Karten in Geräten, die nur für MMC ausgelegt sind, ist hingegen nicht möglich. Um Fehlbenutzungen zu vermeiden, haben SD-Karten ein dickeres Gehäuse als MMC-Karten. Daher passen SD-Karten wegen ihrer Dicke normalerweise nicht in reine MMC-Steckplätze.

SD, SDHC, SDXC und SDUC

In verschiedenen (Host-)Geräten des Standards SD 1.0 werden SD-Karten mit 2 GB oder größer nur mit der Kapazität von 1 GB angezeigt und partitioniert. Geräte, die nur SD-1.0-Industriestandard unterstützen (vor allem ältere Kartenleser), lesen 2-GB-Karten manchmal, verursachen aber Fehler im Speicherbereich über 1 GB. Nicht nach SD-1.0- oder SD-1.1-Industriestandard ausgelegte SD-Karten (4 GB) sind mit SD-1.0-Geräten nicht kompatibel, außerdem funktionieren sie auch in einigen SDHC-Geräten nicht.

SDHC-Karten funktionieren nicht in Geräten, die lediglich mit SD-Karten arbeiten können. Da dies nicht immer auf den Geräten vermerkt ist, sollte man das Zusammenspiel von Karte und Lesegerät vor dem Kauf testen.

SDHC-kompatible Host-Hardware (z. B. Kartenleser) ist zu SD-Karten abwärtskompatibel und in der Regel auch uneingeschränkt aufwärtskompatibel zum SDXC-Standard, sofern das Betriebssystem des Computers exFAT unterstützt.[31] Die Computerbetriebssysteme aus der Zeit vor SDXC sind nach Installation eines Patches exFAT-fähig, entsprechende Firmware-Updates für damalige eingebettete Systeme sind jedoch seltener.

SDUC-Karten werden von Geräten der älteren Standards nicht akzeptiert und können nur in SDUC-Geräten benutzt werden.

Fälschungen

Es werden Karten verkauft, die

  • nicht die angegebene Kapazität aufweisen
    Damit dies nicht (sofort) auffällt, weist der Deskriptor meist nicht die tatsächliche, sondern die angebliche Speicherkapazität auf. Wird beim Speichern die tatsächliche Speicherkapazität überschritten, ist dies mit dem Verlust sämtlicher bisher gespeicherten Daten verbunden. Inzwischen sind Karten aufgetaucht, die über gar keinen Speicher verfügen.
  • nicht die angegebene Geschwindigkeit erreichen
    Meist werden langsamere Karten des Herstellers oder langsame Karten von Noname-Herstellern umgelabelt. Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit des vermeintlichen Modells werden meist nicht erreicht.
  • nicht vom angegebenen Hersteller stammen
    Dies tritt meist in Verbindung mit den ersten beiden Punkten auf.

Da die Gewinnspanne bei Fälschungen teurer Karten am größten ausfällt, werden vorzugsweise die aktuell schnellsten und/oder mit größter Kapazität ausgestatteten Speicherkarten namhafter Markenhersteller gefälscht. Angebote deutlich unter dem Marktpreis von etablierten Händlern können ein Hinweis auf gefälschte Produkte sein.

Soll-Kapazität und tatsächliche Kapazität

Fälschungen von Speicherkarten zeigen dem Betriebssystem die angegebene (angebliche) Kapazität an und lassen sich mit der angeblichen Kapazität formatieren, ohne dass eine entsprechende Fehlermeldung erscheint. Das wird dadurch ermöglicht, dass in Speicherkarten und anderen Flash-Speichern die verfügbare Gesamt-Speichermenge (Kapazität) in einem auslesbaren Bereich einprogrammiert ist. Diese Speicherung des Wertes der Kapazität wurde aus dem Grund geschaffen, da das Überprüfen der Kapazität bei jedem Einlegen des Datenträgers zu lange dauern würde.

Bei dem Versuch, größere Datenmengen auf eine derart manipulierte Karte zu speichern, werden dann, sobald die tatsächliche Kapazität ausgeschöpft ist, sämtliche weitere noch zu speichernde Dateien nicht mehr auf der SD-Karte gespeichert oder überschreiben einen Teil der bereits gespeicherten Daten. In beiden Fällen erhält der Anwender normalerweise keine Fehlermeldung, aber ein Teil der Daten ist verloren. Speichertests, wie das Windows-Freeware-Programm zum Verifizieren von SD-Cards und anderen R/W-Speichermedien "H2testw"[32] oder der Linux-Befehl "Badblocks"[33] oder das Tool für Linux „f3 – Fight Flash Fraud“[34], zeigen an bei welchen Adressen das passiert und ermöglichen so die Berechnung der tatsächlich vorhandenen Speichergröße. Weil einige Fälschungen falsch adressieren, muss das Testen mit einem ständig wechselnden Bit-Muster (Zufallsmuster) erfolgen.

Schreib-/Lesegeschwindigkeit

Als weiteres Merkmal einer Fälschung liegt die tatsächliche Übertragungsrate (Schreib-/Lesegeschwindigkeit) gefälschter Speicherkarten erkennbar weit unter dem beworbenen und auf der Verpackung oder Karte aufgedruckten Wert. Die Klasseneinteilungen der Karten (Class, UHS Class) entsprechen Mindestwerten der sequentiellen Schreibgeschwindigkeit, wobei eine deutlich niedrigere Schreibgeschwindigkeit ein Indiz für eine Fälschung sein kann. Jedoch kann die tatsächliche Übertragungsgeschwindigkeit auch von anderen Faktoren, wie der verwendeten Schnittstelle (z. B. USB), dem Kabel oder dem Kartenleser begrenzt sein.

Weblinks

Commons: SD-Karte – Sammlung von Bildern
  • Homepage SD Card Association (englisch, japanisch, chinesisch)
  • SD Association (Hrsg.): SD Standard, Universal High Performance Mobile Storage. Februar 2020 (englisch, sdcard.org [PDF; abgerufen am 14. Mai 2020]).

Einzelnachweise

  1. a b c d e f g h SD, SDHC, SDXC and SDUC Card Capacity Choices. In: sdcard.org. SD Association, abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  2. a b Professional-level performance you can trust - SPECIFICATIONS. In: lexar.com. Abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  3. Three Giants to develop new "Secure Memory Card". In: dpreview.com. Digital Photography Review, 24. August 1999, abgerufen am 16. Februar 2020 (englisch).
  4. 4C ENTITY CPRM/CPPM/C2 SPECIFICATION. In: 4centity.com. 4c entity, abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  5. White Paper SDSD-CPRM Flexible Protection for Digital Content. (PDF) In: tempslave.com. 4C entity, Dezember 2007, abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  6. Members Site. In: sdcard.org. SD Card Association, abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  7. Fact Sheet - Members. In: sdcard.org. SD Card Association, abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  8. a b SD Specifications Part 1, Physical Layer Specification, Simplified Specification, Version 7.1. (PDF; 3,2 MiB) In: sdcard.org. SD Card Association, 25. März 2020, abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  9. microSD Card. Smallest Size Card Featuring the Power, Reliability and Speed of the SD Card (englisch) In: sdcard.org. SD Association. Archiviert vom Original am 24. Mai 2009.
  10. Oliver Nickel: Flash-Speicher: Sandisk baut 1-TByte-MicroSD-Karten. In: golem.de. 25. Februar 2019.
  11. Lutz Labs: MicroSD-Karten mit 1 TByte Speicher. In: heise.de. Heise online. 25. Februar 2019.
  12. a b c d e SD Part 1, Physical Layer Simplified Specification, Version 3.01 (englisch, PDF) SD Association. 18. Mai 2010. Archiviert vom Original am 5. Dezember 2013. Abgerufen am 1. September 2020.
  13. a b c d e f Matthias Proske: UHS-II - Neuer SD-Karten-Standard gewinnt an Fahrt, Produkte noch 2013. In: valuetech.de. Matthias Proske. 17. Juli 2013.
  14. SD Specifications Part 1 UHS-II Simplified Addendum Version 1.02 (englisch, PDF) In: sdcard.org. SD Association. S. 4. 25. Juli 2018. Abgerufen am 15. September 2020.
  15. Understanding the New UHS-III (englisch, PDF) In: sdcard.org. SD Association. Abgerufen am 4. September 2020.
  16. SD Part 1, Physical Layer Simplified Specification, Version 4.10 (englisch) Archiviert vom Original am 2. Dezember 2013. Abgerufen am 2. September 2020.
  17. Secure Digital (SD) Card Spec and Info - Pinouts. In: chlazza.net. Abgerufen am 11. Mai 2020 (englisch).
  18. Boi Feddern: Flinke Vorboten. UHS-II-Schnittstelle: Turbo für SD-Speicherkarten. In: heise.de. Heise Online. 14. Dezember 2013. Abgerufen am 4. September 2020.
  19. a b Bus Interface Speed Standards for Large Size Data Transfer (englisch) In: sdcard.org. SD Association. Abgerufen am 4. September 2020.
  20. a b SD Express Cards with PCIe and NVMe Interfaces (englisch, PDF) In: sdcard.org. SD Association. Juni 2018. Abgerufen am 28. Juni 2018.
  21. Class 10 SDHC Speicherkarten von Transcend. (Memento vom 1. März 2010 im Internet Archive) fotofenster.de, 29. Dezember 2009
  22. SDXC SIGNALS NEW GENERATION OF REMOVABLE MEMORY WITH UP TO 2 TERABYTES OF STORAGE (englisch, PDF) In: sdcard.org. SD Association. 7. Januar 2009. Archiviert vom Original am 6. Februar 2009.
  23. MICROSOFT EXFAT BY TUXERA FILE SYSTEM IMPLEMENTATION (englisch) In: tuxera.com. Tuxera Inc..
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  27. Alisa Hicks: SD ASSOCIATION DEFINES NEW HIGH-SPEED PERFORMANCE OPTIONS FOR SDXC AND SDHC MEMORY CARDS AND DEVICES (englisch, PDF; 77 kB) In: sdcard.org. SD Association. 23. Juni 2010.
  28. IFA - UHS I-SDHC-Karten vorgestellt. In: hardware-infos.com. Florian Spooren. 7. September 2010. Archiviert vom Original am 14. Oktober 2010.
  29. Kevin Schader: SD ASSOCIATION REVEALS NEW MEMORY CARD DESIGN FOR INCREDIBLY FAST CARDS (englisch, PDF; 158 kB) In: sdcard.org. SD Association. 2. September 2010.
  30. UHS-II-Kameraliste. In: speicherkarten.guru. Matthias Proske. Abgerufen am 14. Februar 2019.
  31. SD/SDHC/SDXC Spezifikationen und Kompatibilitäten. In: sandisk.com. Western Digital Corporation, abgerufen am 29. Dezember 2018.
  32. H2testw 1.4. In: heise.de. Heise online.
  33. Christoph: Der Befehl badblocks. In: linux-community.de. Computec Media GmbH. 7. Februar 2004.
  34. f3 - Fight Flash Fraud (englisch) In: readthedocs.io. Michel Machado.

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