После того, как флеш-карты Secure Digital (SD) успешно выдавили с рынка все конкурирующие форматы, стандарт пережил несколько итераций развития форм-факторов, организации контроллеров, шинных интерфейсов, режимов передач данных и других ключевых характеристик. В настоящее время различные вариации SD представляют более 80% всех продаваемых флеш-карт для смартфонов, планшетов, плееров Blu-ray, телевизоров, аудиоплееров, автомобильных AV-систем, ноутбуков, цифровых фото- и видеокамер.
Индустриальная группа The SD Association (SDA), занимающаяся развитием и стандартизацией форматов Secure Digital, нынче объединяет более 1000 IT-компаний по всему миру, а стандарт тем временем успешно дожил до версии SD 5.0 и продолжает развиваться дальше — на фоне всеобщего одобрения пользователей, которым отныне не нужно согласовывать выбор электроники вопросами совместимости с теми или иными флешками.
Как справедливо заметил Пушкин, “иных уж нет; а те далече”. “Иные”, конечно же, это Memory Stick, XD-Card и прочий вчерашний день, а под “далече”, вероятнее всего, поэт подразумевал не очень интересные покупателям бытовой техники SxS, CF+ (CF2.0), CF3.0 и другие форматы профессиональных флешек — скоростных, но слишком дорогих для массовых гаджетов.
Однако надо отдать должное и стандарту Secure Digital, который успел прижиться в профессиональных цифровых фотокамерах и “на подхвате” даже в некоторых профессиональных видеокамерах. С превосходным буферированием кадров при серийной съёмке, которое обеспечивают лучшие образцы современных цифровых фотокамер со сменной оптикой, для работы с ними подходят даже не самые скоростные версии SD. С видеокамерами ситуация сложнее: даже при серьёзном сжатии современными кодеками, для сохранения приемлемого качества картинки, особенно с разрешением 4К и выше, счёт записываемых данных в любом случае идёт на десятки мегабайт в секунду.
Вот почему на проходившей в конце февраля 2016 года конференции CP+2016 группа SD Association официально представила новый протокол для флеш-карт Secure Digital — Video Speed Class, способный поддерживать мульти-файловую (Multi-File) запись, а также запись видео с разрешением 4K, 8K, в форматах 3D или 360.
Флеш-карты SD Video Speed Class, представленные в рамках спецификаций стандарта SD 5.0, появятся в вариантах SDHC и SDXC, в исполнении с шинами UHS-I и UHS-II. Логотип маркировки карт класса Video Speed представлен стилизованной буквой V и числом, означающим поддержку гарантированной скорости записи в мегабайтах в секунду (Мб/с).
Лирическо-историческое отступление. Наши читатели, вероятно, ещё помнят маркировку первых поколений флеш-карт Secure Digital, на которых скорость записи отмечалась множителем относительно стандартной скорости считывания оптического диска CD-ROM (150 кб/с). Таким образом, например, маркировка x40, означала скорость 6 Мб/с, а x100 – 15 Мб/с. Позже для маркировки SD-карт ввели так называемые “классы”, где число означало скорость записи в мегабайтах в секунду, например, SD Class 2 означал скорость более 2 Мб/с, SD Class 10 — более 10 Мб/с. После появления скоростной шины обмена данными UHS (Ultra High Speed) в стандарте SD версий 3.0 и 4.0 появилась маркировка в виде стилизованной буквы U, в которую вписана цифра 1 или 3 для обозначения скорости записи в десятки мегабайт в секунду. По сути, это лишь добавило неразберихи во всех эти “иксы” и классы.
Новые обозначения Video Speed Class призваны внести определённый смысл в маркировку, особенно для тех, кто использует флеш-карты для видеозаписи. Скорости записи в диапазоне от 6 Мб/с до 90 Мб/с определяют различные форматы видео, для которых они предназначены: V60 и V90 подойдут даже для 8K; V6, V10 и V30 справятся с разрешением Full HD и 4K.
Впрочем, вряд ли стоило городить огород ради очередной маркетинговой забавы в виде обозначения скорости. Так оно и есть: с точки зрения дальнейшего развития стандарта SD, новый класс Video Speed был разработан для оптимального использования новых NAND-технологий с учётом требований современных технологий обработки и записи видео, всё чаще зависящих от параметров используемых приложений.
В некоторых случаях новые форматы видео, кодеки с высокими степенями компрессии, высокая скорость кадров, необходимость записи трекинга GPS и записи нескольких видеопотоков одновременно здорово осложняют использование флеш-карт прежних поколений.
Особенности протокола SD Video Speed Class: не скоростью единой
Базовым параметром флеш-чипов NAND-класса, используемых при создании флеш-карт всех форматов SD, является асимметричный принцип доступа к памяти:
- Операции записи данных всегда занимают больше времени, чем операции считывания того же объёма данных
- Запись небольших файлов (например, 4 Кб) происходит всегда быстро, но перезапись той же небольшой порции данных может занять больше места (например, 4 Мб), что также отнимает больший объём времени
Протокол Video Speed Class подразумевает решение вопроса с перезаписью, а заодно поддерживает стабильную скорость записи с минимальным износом ячеек флеш-памяти — как раз то, что нужно для современных форматов видео 4K, 8K, 3D, HDR, 360 и для различных вариаций будущих стандартов. Впрочем, Video Speed Class может использоваться не только с видеокамерами и другими устройствами захвата видео, но также с любыми устройствами и приложениями, где важна высокая скорость записи данных.
Специфика работы протокола Video Speed Class зиждется на трёх ключевых функциональных особенностях:
- Специфический размер блоков памяти
- Сохранение текущего адреса
- Мульти-файловая запись
37 вариантов размеров блоков памяти SD Video Speed Class: от 8 Мб до 512 Мб
Чипы флеш-памяти NAND-типа имеют специальные крупные блоки стирания, в которых хранимые данные могут быть стёрты за одну операцию для последующей оперативной перезаписи информации. Размер стираемых блоков обычно измеряется мегабайтами. После появления чипов памяти TLC NAND и 3D NAND, размер блоков стирания не мог оставаться тем же, что у представленных много лет назад флешек категории Speed Class. Во флеш-картах SD один или несколько таких физических блоков в одном или нескольких физических NAND-чипах используются для поддержания заявленного уровня производительности.
Для удобства производителей флеш-карт SD, чипов памяти NAND-типа и разработчиков приложений, характеристики протокола Video Speed Class определяют 37 разновидностей блоков памяти с объёмом в диапазоне от 8 Мб до 512 Мб. По мнению разработчиков стандарта, 37 вариантов блоков достаточно для поддержки спецификаций стандарта на должном уровне, по крайней мере, на обозримое будущее, однако по мере возникновения необходимости архитектура блоков сможет поддерживать другие значения.
Стандарт SD версии 5.0 определяет для протокола Video Speed Class размеры блоков по сочетанию внутренней архитектуры NAND-чипов и архитектуры SD-карты с учётом принципа идентификации NAND-чипами логических разделов, которые можно физически стереть, не затрагивая при этом другие данные на флеш-карте. Хост-устройства и приложения могут использовать эту информацию для выбора диапазона логической адресации стираемых данных на SD-карте. Сначала хост-устройство обеспечивает перенос всех не подлежащих стиранию данных в другой адресный диапазон SD-карты, затем хост-устройство или приложение выдаёт команду контроллеру SD-карты на стирание данных в отмеченном адресном диапазоне. После завершения этой операции хост или приложение могут производить запись, а поскольку запись в отмеченном (и заведомо стёртом) адресном пространстве производится в последовательном (не в выборочном) режиме, процесс протекает на максимальной скорости без прерываний на удаление мусора или необходимости применять ускорение записи.
Большие размеры блоков SD Video Speed Class и сохранение текущего адреса
Размеры блоков, определённые флеш-картой SD, могут быть очень крупными — как упомянуто выше, вплоть до 512 Мб. В случае, если блок записан не полностью, следующий адрес для записи запоминается, чтобы при возобновлении записи очередным хост-устройством или приложением начать запись именно с этого адреса в не полностью записанном блоке.
В спецификациях стандарта SD 5.0 предусмотрены специальные команды для сохранения следующего адреса записи в не до конца заполненном блоке, и для возобновления последовательной записи с этого адреса.
Мульти-файловая запись
Эволюция технологий захвата и записи видео привела к возникновению необходимости в чередовании операций записи для нескольких файлов одновременно, например:
- Сохранение независимых потоков видео набором камер для съёмки 360-градусного видео
- Режимы одновременного захвата видео из последовательности высококачественных изображений
- Обработка секвенции высококачественных фотографий для создания покадрового (time-lapse) видео
- Сохранение трассировки GPS-координат в процессе съёмки видео
- Запись стереоскопического (3D) видео
- Запись нескольких независимых потоков видео (видеотрансляция)
- Запись камерой одновременно в форматах RAW и JPG
- Выборочная запись фрагментов или фотографий непосредственно во время видеозаписи (компьютерная модель использования)
Для комплекса технологий SD-карт самым сложным при чередовании подобных операций записи является своевременная запись информации о состоянии каталога в таблицах файловой системы. В отличие от предыдущих протоколов записи SD-карт, где присутствовала возможность ускорения только в одной области каталога, протокол Video Speed Class поддерживает чередование записи до восьми различных файлов одновременно. Помимо этого, также добавлена возможность закрытия обновлённого каталога и открытие другого.
Новый класс Video Speed также поддерживает механизм чередования записи для несвязанных файлов, обеспечивая произвольную выборку операций записи с соответствующей поддержкой операционной системы. В настоящее время в SDA ведётся разработка соответствующих библиотек для различных ОС, однако на полноценную реализацию поддержки Video Speed Class на уровне популярных операционных систем потребуется какое-то дополнительное время.
Несмотря на всё это разнообразие требований современных приложений и устройств, последнее слово при определении подходящей по скорости флеш-карты всегда остаётся за руководством по эксплуатации вашего устройств. В скором времени на страницах таких руководств должны появиться и рекомендации по SD-картам Video Speed Class.
Ссылки по теме:
- Флеш-память 3D NAND от Micron и Intel для 10-Тбайт SSD
- 512-Гбайт SDXC карта SanDisk Extreme PRO для 4K/Ultra HD
- Новый стандарт VESA Embedded DisplayPort 1.4a с поддержкой 8K
- Стандарт DVB-UHDTV L1: 4K-вещание с 10-битным кодеком HEVC
- Высокая чёткость стандарта UHDTV L1 и L2: последние вести с полей
