SD-Karte
| Speichermedium SD-Karte ⓘ
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 Logo der SD-Karte | |
| Allgemeines | |
|---|---|
| Typ | Halbleiterspeicher |
| Kapazität | SD: 8 MB bis 2 GB SDHC: 4 GB bis 32 GB SDXC: 32 GB bis 2 TB SDUC: 2 TB bis 128 TB |
| Größe | SD: 24 mm × 32,0 mm × 2,1 mm miniSD: 20 mm × 21,5 mm × 1,4 mm microSD: 11 mm × 15,0 mm × 1,0 mm |
| Lese- geschwindigkeit |
bis 300 MB/s |
| Schreib- geschwindigkeit |
bis 260 MB/s |
| Gebrauch | mobile Geräte: Digitalkameras, Mobiltelefone, MP3-Player, Camcorder, Einplatinencomputer |
| Ursprung | |
| Entwickler | SanDisk |
| Vorstellung | 2001 |
| Vorgänger | Multimedia Card |
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. 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, 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 eingesehen werden. Diese Vereinigung hat nach eigenen Angaben weltweit etwa 900 Mitglieder (Stand 2020) 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. ⓘ
Secure Digital, offiziell abgekürzt als SD, ist ein proprietäres nichtflüchtiges Flash-Speicherkartenformat, das von der SD Association (SDA) für den Einsatz in tragbaren Geräten entwickelt wurde. ⓘ
Der Standard wurde im August 1999 durch gemeinsame Bemühungen von SanDisk, Panasonic (Matsushita) und Toshiba als Verbesserung gegenüber MultiMediaCards (MMCs) eingeführt und hat sich als Industriestandard durchgesetzt. Die drei Unternehmen gründeten SD-3C, LLC, ein Unternehmen, das Lizenzen für SD-Speicherkarten und SD-Host- und -Zusatzprodukte vergibt und deren geistige Eigentumsrechte durchsetzt. ⓘ
Außerdem gründeten die Unternehmen im Januar 2000 die SD Association (SDA), eine gemeinnützige Organisation zur Förderung und Entwicklung von SD-Kartenstandards. Die SDA hat heute etwa 1.000 Mitgliedsunternehmen. Die SDA verwendet mehrere markenrechtlich geschützte Logos, die im Besitz von SD-3C sind bzw. von SD-3C lizenziert wurden, um die Einhaltung ihrer Spezifikationen durchzusetzen und den Benutzern Kompatibilität zu garantieren. ⓘ
Geschichte
1987-2003: Gründung
1999 einigten sich SanDisk, Panasonic (Matsushita) und Toshiba auf die Entwicklung und Vermarktung der Secure Digital (SD) Memory Card. Die Karte war eine Weiterentwicklung der MultiMediaCard (MMC) und bot eine digitale Rechteverwaltung auf der Grundlage des SDMI-Standards (Secure Digital Music Initiative) sowie eine für die damalige Zeit hohe Speicherdichte. ⓘ
Sie sollte mit dem Memory Stick konkurrieren, einem DRM-Produkt, das Sony im Jahr zuvor auf den Markt gebracht hatte. Die Entwickler sagten voraus, dass DRM bei Musikanbietern, die sich über Raubkopien Sorgen machen, zu einer breiten Verwendung führen würde. ⓘ
Das markenrechtlich geschützte "SD"-Logo wurde ursprünglich für die Super Density Disc entwickelt, mit der Toshiba erfolglos in den Krieg um das DVD-Format zog. Aus diesem Grund ähnelt das D im Logo einer optischen Disc. ⓘ
Auf der Consumer Electronics Show (CES) im Jahr 2000 kündigten die drei Unternehmen die Gründung der SD Association (SDA) an, um SD-Karten zu fördern. Die SD Association mit Sitz in San Ramon, Kalifornien, Vereinigte Staaten, begann mit etwa 30 Unternehmen und besteht heute aus etwa 1.000 Produktherstellern, die interoperable Speicherkarten und Geräte herstellen. Erste Muster der SD-Karte waren im ersten Quartal 2000 erhältlich, und drei Monate später wurden 32- und 64-MB-Karten in Produktionsmengen angeboten. ⓘ
2003: Mini-Karten
Die miniSD-Karte wurde auf der CeBIT im März 2003 von der SanDisk Corporation vorgestellt und vorgeführt. Die SDA übernahm die miniSD-Karte 2003 als Erweiterung des SD-Kartenstandards um einen kleinen Formfaktor. Obwohl die neuen Karten speziell für Mobiltelefone entwickelt wurden, werden sie in der Regel mit einem miniSD-Adapter ausgeliefert, der die Kompatibilität mit einem Standard-SD-Speicherkartensteckplatz gewährleistet. ⓘ
2004-2005: Micro-Karten
Die herausnehmbaren microSD-Karten mit miniaturisiertem Secure Digital-Flash-Speicher hießen ursprünglich T-Flash oder TF, Abkürzungen für TransFlash. TransFlash- und microSD-Karten sind funktionell identisch, so dass beide in Geräten eingesetzt werden können, die für die jeweils andere Karte entwickelt wurden. microSD- (und TransFlash-) Karten sind elektrisch mit größeren SD-Karten kompatibel und können in Geräten verwendet werden, die SD-Karten mit Hilfe eines passiven Adapters aufnehmen, der keine elektronischen Komponenten enthält, sondern nur Metallspuren, die die beiden Kontaktsätze verbinden. Im Gegensatz zu den größeren SD-Karten verfügen microSD nicht über einen mechanischen Schreibschutzschalter, so dass eine betriebssystemunabhängige Möglichkeit des Schreibschutzes im Allgemeinen nicht besteht. SanDisk entwickelte die microSD, als sein Chief Technology Officer (CTO) und der CTO von Motorola zu dem Schluss kamen, dass die derzeitigen Speicherkarten für Mobiltelefone zu groß sind. ⓘ
Die Karte hieß ursprünglich T-Flash, aber kurz vor der Markteinführung schickte T-Mobile eine Unterlassungserklärung an SanDisk, in der behauptet wurde, dass T-Mobile die Marke T-(anything) besitze, und der Name wurde in TransFlash geändert. ⓘ
Auf der CTIA Wireless 2005 kündigte die SDA den kleinen microSD-Formfaktor zusammen mit der SDHC Secure Digital High Capacity Formatierung von über 2 GB mit einer minimalen anhaltenden Lese- und Schreibgeschwindigkeit von 17,6 Mbit/s an. SanDisk beauftragte die SDA mit der Verwaltung des microSD-Standards. Die SDA genehmigte die endgültige microSD-Spezifikation am 13. Juli 2005. Anfänglich waren microSD-Karten mit Kapazitäten von 32, 64 und 128 MB erhältlich. ⓘ
Das Motorola E398 war das erste Mobiltelefon, das eine TransFlash-Karte (später microSD) enthielt. Einige Jahre später begannen auch die Mitbewerber microSD-Karten zu verwenden. ⓘ
2006-2008: SDHC und SDIO
Das im Januar 2006 angekündigte SDHC-Format brachte Verbesserungen wie eine Speicherkapazität von 32 GB und die obligatorische Unterstützung des Dateisystems FAT32. Im April veröffentlichte die SDA eine detaillierte Spezifikation für die nicht sicherheitsrelevanten Teile des SD-Speicherkartenstandards sowie für die Secure Digital Input Output (SDIO)-Karten und den Standard-SD-Host-Controller. ⓘ
Im September 2006 kündigte SanDisk die 4 GB miniSDHC an. Wie die SD- und SDHC-Karten hat die miniSDHC-Karte den gleichen Formfaktor wie die ältere miniSD-Karte, aber die HC-Karte erfordert eine im Host-Gerät integrierte HC-Unterstützung. Geräte, die miniSDHC unterstützen, funktionieren mit miniSD und miniSDHC, aber Geräte ohne spezielle Unterstützung für miniSDHC funktionieren nur mit der älteren miniSD-Karte. Seit 2008 werden keine miniSD-Karten mehr hergestellt, da der Markt von den noch kleineren microSD-Karten beherrscht wird. ⓘ
2009-2019: SDXC
Die Speicherdichte von Speicherkarten hat im Laufe der 2010er Jahre erheblich zugenommen, so dass die ersten Geräte, die den SD:XC-Standard unterstützen, wie z. B. die Mobiltelefone Samsung Galaxy S III und Samsung Galaxy Note II, ihren verfügbaren Speicherplatz auf mehrere hundert Gigabyte erweitern konnten. ⓘ
- 2009
Im Januar 2009 kündigte die SDA die SDXC-Familie an, die Karten bis zu 2 TB und Geschwindigkeiten bis zu 300 MB/s unterstützt. SDXC-Karten werden standardmäßig mit dem exFAT-Dateisystem formatiert. SDXC wurde auf der Consumer Electronics Show (CES) 2009 (7.-10. Januar) angekündigt. Auf der gleichen Messe kündigten SanDisk und Sony eine vergleichbare Memory Stick XC-Variante mit der gleichen maximalen Speicherkapazität von 2 TB wie SDXC an, und Panasonic kündigte Pläne zur Herstellung von 64 GB SDXC-Karten an. Am 6. März stellte Pretec die erste SDXC-Karte vor, eine 32-GB-Karte mit einer Lese-/Schreibgeschwindigkeit von 400 Mbit/s. Aber erst Anfang 2010 kamen kompatible Host-Geräte auf den Markt, darunter der Handycam-Camcorder HDR-CX55V von Sony, die digitale Spiegelreflexkamera EOS 550D (auch bekannt als Rebel T2i) von Canon, ein USB-Kartenleser von Panasonic und ein integrierter SDXC-Kartenleser von JMicron. Die ersten Laptops, die einen SDXC-Kartenleser integriert hatten, nutzten einen USB 2.0-Bus, der nicht über die nötige Bandbreite verfügt, um SDXC mit voller Geschwindigkeit zu unterstützen. ⓘ
- 2010
Anfang 2010 erschienen kommerzielle SDXC-Karten von Toshiba (64 GB), Panasonic (64 GB und 48 GB) und SanDisk (64 GB). ⓘ
- 2011
Anfang 2011 begannen Centon Electronics, Inc. (64 GB und 128 GB) und Lexar (128 GB) mit der Auslieferung von SDXC-Karten mit der Geschwindigkeitsklasse 10. Pretec bot Karten von 8 GB bis 128 GB mit der Geschwindigkeitsklasse 16 an. Im September 2011 brachte SanDisk eine microSDXC-Karte mit 64 GB heraus. Kingmax brachte 2011 ein vergleichbares Produkt auf den Markt. ⓘ
- 2012
Im April 2012 führte Panasonic das MicroP2-Kartenformat für professionelle Videoanwendungen ein. Bei den Karten handelt es sich im Wesentlichen um SDHC- oder SDXC-UHS-II-Karten in voller Größe, die der UHS-Geschwindigkeitsklasse U1 entsprechen. Ein Adapter ermöglicht den Einsatz von MicroP2-Karten in aktuellen P2-Kartengeräten. ⓘ
- 2013
Die MicroP2-Karten von Panasonic wurden im März 2013 ausgeliefert und waren die ersten UHS-II-kompatiblen Produkte auf dem Markt; das erste Angebot umfasst eine 32-GB-SDHC-Karte und eine 64-GB-SDXC-Karte. Später im selben Jahr brachte Lexar die erste 256-GB-SDXC-Karte heraus, die auf der 20-nm-NAND-Flash-Technologie basiert. ⓘ
- 2014
Im Februar 2014 stellte SanDisk die erste microSDXC-Karte mit 128 GB vor, der im März 2015 eine microSDXC-Karte mit 200 GB folgte. Im September 2014 kündigte SanDisk die erste 512-GB-SDXC-Karte an. ⓘ
- 2016
Samsung kündigte im Mai 2016 die weltweit erste EVO Plus microSDXC-Karte mit 256 GB an, und im September 2016 kündigte Western Digital (SanDisk) an, dass ein Prototyp der ersten 1-TB-SDXC-Karte auf der Photokina vorgeführt werden würde. ⓘ
- 2017
Im August 2017 brachte SanDisk eine 400 GB microSDXC-Karte auf den Markt. ⓘ
- 2018
Im Januar 2018 stellte Integral Memory seine 512 GB microSDXC-Karte vor. Im Mai 2018 brachte PNY eine microSDXC-Karte mit 512 GB auf den Markt. Im Juni 2018 kündigte Kingston seine Canvas-Serie von microSD-Karten mit Kapazitäten von bis zu 512 GB in drei Varianten an: Select, Go! und React. ⓘ
- 2019
Im Februar 2019 stellten Micron und SanDisk ihre microSDXC-Karten mit einer Kapazität von 1 TB vor. ⓘ
2019 - heute: SDUC
Das Format Secure Digital Ultra Capacity (SDUC) unterstützt Karten mit bis zu 128 TB und bietet Geschwindigkeiten von bis zu 985 MB/s. ⓘ
Kapazität
Secure Digital umfasst fünf Kartenfamilien, die in drei Größen erhältlich sind. Die fünf Familien sind die ursprüngliche Standard-Capacity (SDSC), die High-Capacity (SDHC), die eXtended-Capacity (SDXC), die Ultra-Capacity (SDUC) und die SDIO, die Eingabe-/Ausgabefunktionen mit Datenspeicherung kombiniert. Die drei Formfaktoren sind die Originalgröße, die Minigröße und die Mikrogröße. Elektrisch passive Adapter ermöglichen es, dass eine kleinere Karte in ein Gerät passt und funktioniert, das für eine größere Karte gebaut wurde. Der geringe Platzbedarf der SD-Karte ist ein ideales Speichermedium für kleinere, dünnere und tragbarere elektronische Geräte. ⓘ
SD (SDSC)
Die Secure Digital-Karte der zweiten Generation (SDSC oder Secure Digital Standard Capacity) wurde entwickelt, um den MultiMediaCard-Standard (MMC) zu verbessern, der sich zwar weiterentwickelte, aber in eine andere Richtung ging. Secure Digital veränderte das MMC-Design in mehrfacher Hinsicht:
- Die asymmetrische Form der Seiten der SD-Karte verhindert, dass sie verkehrt herum eingesteckt werden kann (während eine MMC zwar fast vollständig eingesteckt werden kann, aber keinen Kontakt herstellt, wenn sie verkehrt herum eingesteckt wird).
- Die meisten SD-Karten sind 2,1 mm (0,083 Zoll) dick, im Vergleich zu 1,4 mm (0,055 Zoll) bei MMCs. Die SD-Spezifikation definiert eine Karte namens Thin SD mit einer Dicke von 1,4 mm, die jedoch nur selten vorkommt, da die SDA noch kleinere Formfaktoren definiert hat.
- Die elektrischen Kontakte der Karte sind unter der Oberfläche der Karte versenkt, um sie vor dem Kontakt mit den Fingern des Benutzers zu schützen.
- Die SD-Spezifikation sah Kapazitäten und Übertragungsraten vor, die die von MMC übertrafen, und beide Funktionen wurden im Laufe der Zeit erweitert. Eine Vergleichstabelle finden Sie unten.
- Während MMC einen einzigen Pin für Datenübertragungen verwendet, wurde bei der SD-Karte ein Vier-Draht-Bus-Modus für höhere Datenraten hinzugefügt.
- Bei der SD-Karte wurde ein CPRM-Sicherheitsschaltkreis (Content Protection for Recordable Media) für den Schutz von Inhalten durch die digitale Rechteverwaltung (DRM) hinzugefügt.
- Hinzufügung einer Kerbe für den Schreibschutz ⓘ
SD-Karten in voller Größe passen nicht in die schlankeren MMC-Steckplätze, und auch andere Probleme beeinträchtigen die Möglichkeit, ein Format in einem für das andere konzipierten Host-Gerät zu verwenden. ⓘ
SDHC
Das Format Secure Digital High Capacity (SDHC), das im Januar 2006 angekündigt und in Version 2.0 der SD-Spezifikation definiert wurde, unterstützt Karten mit einer Kapazität von bis zu 32 GB. Die Marke SDHC ist lizenziert, um die Kompatibilität zu gewährleisten. ⓘ
SDHC-Karten sind physisch und elektrisch identisch mit SD-Karten mit Standardkapazität (SDSC). Die wichtigsten Kompatibilitätsprobleme zwischen SDHC- und SDSC-Karten sind die Neudefinition des Registers Card-Specific Data (CSD) in Version 2.0 (siehe unten) und die Tatsache, dass SDHC-Karten mit dem Dateisystem FAT32 vorformatiert ausgeliefert werden. ⓘ
Version 2.0 führt auch einen Hochgeschwindigkeits-Busmodus für SDSC- und SDHC-Karten ein, der die ursprüngliche Standardgeschwindigkeit verdoppelt und 25 MB/s erreicht. ⓘ
SDHC-Hostgeräte sind erforderlich, um ältere SD-Karten zu akzeptieren. Ältere Host-Geräte erkennen jedoch keine SDHC- oder SDXC-Speicherkarten, obwohl einige Geräte dies durch ein Firmware-Upgrade tun können. Ältere Windows-Betriebssysteme, die vor Windows 7 veröffentlicht wurden, benötigen Patches oder Service Packs, um den Zugriff auf SDHC-Karten zu unterstützen. ⓘ
SDXC
Das Format Secure Digital eXtended Capacity (SDXC), das im Januar 2009 angekündigt und in Version 3.01 der SD-Spezifikation definiert wurde, unterstützt Karten mit einer Kapazität von bis zu 2 TB, während die SDHC-Karten in der SD 2.0-Spezifikation auf 32 GB begrenzt sind. SDXC übernimmt zwingend das exFAT-Dateisystem von Microsoft. ⓘ
Mit Version 3.01 wurde auch der Ultra High Speed (UHS)-Bus für SDHC- und SDXC-Karten eingeführt, mit Schnittstellengeschwindigkeiten von 50 MB/s bis 104 MB/s für den 4-Bit-UHS-I-Bus. (Diese Zahl wurde inzwischen mit der proprietären Technologie von SanDisk für 170 MB/s beim Lesen übertroffen, die nicht mehr proprietär ist, da Lexar die 1066x mit 160 MB/s beim Lesen und 120 MB/s beim Schreiben über UHS 1 anbietet, und Kingston hat auch seine Canvas Go! Plus, die ebenfalls mit 170 MB/s läuft). ⓘ
Die im Juni 2011 eingeführte Version 4.0 ermöglicht Geschwindigkeiten von 156 MB/s bis 312 MB/s über den vierspurigen (zwei differentielle Spuren) UHS-II-Bus, was eine zusätzliche Reihe physischer Pins erfordert. ⓘ
Version 5.0 wurde im Februar 2016 auf der CP+ 2016 angekündigt und fügte "Video Speed Class"-Einstufungen für UHS-Karten hinzu, um Videoformate mit höherer Auflösung wie 8K zu verarbeiten. Die neuen Einstufungen definieren eine minimale Schreibgeschwindigkeit von 90 MB/s. ⓘ
SDUC
Das Format Secure Digital Ultra Capacity (SDUC), das in der SD 7.0-Spezifikation beschrieben und im Juni 2018 angekündigt wurde, unterstützt Karten mit einer Kapazität von bis zu 128 TB und bietet Geschwindigkeiten von bis zu 985 MB/s, unabhängig vom Formfaktor (Mikro- oder Vollformat) oder vom Schnittstellentyp, einschließlich UHS-I, UHS-II, UHS-III oder SD Express. Die SD Express-Schnittstelle kann auch mit SDHC- und SDXC-Karten verwendet werden. ⓘ
exFAT-Dateisystem
SDXC- und SDUC-Karten werden normalerweise mit dem exFAT-Dateisystem formatiert, wodurch ihre Verwendung auf eine begrenzte Anzahl von Betriebssystemen beschränkt ist. Daher sind exFAT-formatierte SDXC-Karten kein 100%ig universell lesbares Austauschmedium. ⓘ
Windows Vista (SP1) und höher sowie OS X (10.6.5 und höher) bieten native Unterstützung für exFAT (Windows XP und Server 2003 können exFAT über ein optionales Update von Microsoft unterstützen). Die meisten BSD- und Linux-Distributionen unterstützen aus rechtlichen Gründen keine exFAT-Unterstützung, obwohl Microsoft mit dem Linux-Kernel 5.4 die Spezifikation freigegeben und die Aufnahme eines exFAT-Treibers ermöglicht hat. Benutzer älterer Kernel oder von BSD können Implementierungen von Drittanbietern von exFAT (als FUSE-Modul) manuell installieren, um exFAT-formatierte Datenträger mounten zu können. SDXC-Karten können jedoch so umformatiert werden, dass sie ein beliebiges Dateisystem verwenden (z. B. ext4, UFS oder VFAT), wodurch die mit der Verfügbarkeit von exFAT verbundenen Einschränkungen entfallen. ⓘ
Abgesehen vom Wechsel des Dateisystems sind SDXC-Karten größtenteils abwärtskompatibel mit SDHC-Lesegeräten, und viele SDHC-Host-Geräte können SDXC-Karten verwenden, wenn sie zunächst auf das FAT32-Dateisystem umformatiert werden. ⓘ
Um jedoch vollständig mit der SDXC-Kartenspezifikation konform zu sein, sind einige SDXC-fähige Host-Geräte per Firmware so programmiert, dass sie bei Karten mit mehr als 32 GB exFAT erwarten. Folglich akzeptieren sie möglicherweise keine SDXC-Karten, die als FAT32 neu formatiert wurden, selbst wenn das Gerät FAT32 auf kleineren Karten unterstützt (für SDHC-Kompatibilität). Selbst wenn ein Dateisystem generell unterstützt wird, ist es daher nicht immer möglich, alternative Dateisysteme auf SDXC-Karten zu verwenden, je nachdem, wie streng die SDXC-Kartenspezifikation im Host-Gerät umgesetzt wurde. Dies birgt das Risiko eines versehentlichen Datenverlusts, da ein Host-Gerät eine Karte mit einem nicht erkannten Dateisystem als leer oder beschädigt behandeln und die Karte neu formatieren könnte. ⓘ
Die SD Association bietet ein Formatierungsprogramm für Windows und Mac OS X an, das SD-, SDHC-, SDXC- und SDUC-Karten überprüft und formatiert. ⓘ
Vergleich
| SD | SDHC | SDXC | SDUC ⓘ | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Logo |
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|
| |
| Kapazität | Min | >2 GB | >32 GB | >ÜBER 2 TB | |
| Max | 2 GB | 32 GB | 2 TB | 128 TB | |
| Typische FS | FAT12/FAT16 | FAT32 | exFAT | ||
Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit von SD-Karten wird üblicherweise anhand der sequenziellen Lese- oder Schreibgeschwindigkeit bewertet. Der Aspekt der sequentiellen Leistung ist am wichtigsten für das Speichern und Abrufen großer Dateien (im Verhältnis zur Blockgröße im Flash-Speicher), wie z. B. Bilder und Multimedia. Kleine Daten (wie Dateinamen, -größen und Zeitstempel) fallen unter die viel niedrigere Geschwindigkeitsgrenze des zufälligen Zugriffs, der in einigen Anwendungsfällen der begrenzende Faktor sein kann. ⓘ
Bei den ersten SD-Karten gaben einige Kartenhersteller die Geschwindigkeit als "mal" ("×") an, was die durchschnittliche Geschwindigkeit beim Lesen von Daten mit der des ursprünglichen CD-ROM-Laufwerks verglich. Diese Angabe wurde durch die Geschwindigkeitsklasse ersetzt, die eine Mindestgeschwindigkeit garantiert, mit der Daten auf die Karte geschrieben werden können. ⓘ
Die neueren SD-Kartenfamilien verbessern die Kartengeschwindigkeit, indem sie die Busrate erhöhen (die Frequenz des Taktsignals, das die Daten in die Karte hinein- und herausschickt). Unabhängig von der Busrate kann die Karte dem Host signalisieren, dass sie "beschäftigt" ist, bis ein Lese- oder Schreibvorgang abgeschlossen ist. Die Einhaltung einer höheren Geschwindigkeitsstufe ist eine Garantie dafür, dass die Karte die "Besetzt"-Anzeige nur begrenzt verwendet. ⓘ
Bus
Standard-Geschwindigkeit
SD-Karten lesen und schreiben mit einer Geschwindigkeit von 12,5 MB/s. ⓘ
UHS-I (SD 4.00)
Am 23. Juni 2010 wurde die Klassifizierung für das Bus-Interface „UHS“ (englisch Ultra High Speed) vorgestellt. Der UHS-I mode ist im SD Bus I/F der Nachfolger des bisherigen Normal Speed mode (Speed Classes 2, 4 und 6) sowie High Speed mode (Speed Class 10). Auf der IFA 2010 wurden erste UHS-I-SD-Speicherkarten vorgestellt sowie von der SD Association die Entwicklung von SD 4.00 bekanntgegeben. ⓘ
Der High-Speed-Modus (25 MB/s) wurde eingeführt, um Digitalkameras mit der Spezifikationsversion 1.10 zu unterstützen. ⓘ
Ultra High Speed (UHS)
Der Ultra High Speed (UHS)-Bus ist auf einigen SDHC- und SDXC-Karten verfügbar. ⓘ
Karten, die mit UHS kompatibel sind, zeigen die römischen Ziffern "I", "II" oder "III" neben dem SD-Kartenlogo und melden diese Fähigkeit an das Host-Gerät. Die Verwendung von UHS-I erfordert, dass das Host-Gerät die Karte anweist, über die E/A-Schnittstellenpins von 3,3 Volt auf 1,8 Volt herunterzufahren und den Vier-Bit-Übertragungsmodus auszuwählen, während UHS-II einen 0,4-Volt-Betrieb erfordert. ⓘ
Die höheren Geschwindigkeiten werden durch den Einsatz einer zweibahnigen differentiellen Schnittstelle mit niedriger Spannung (0,4 V pp) erreicht. Jede Spur ist in der Lage, bis zu 156 MB/s zu übertragen. Im Vollduplex-Modus wird eine Spur zum Senden und die andere zum Empfangen verwendet. Im Halbduplex-Modus werden beide Lanes für die gleiche Richtung der Datenübertragung genutzt, was eine doppelte Datenrate bei gleicher Taktrate ermöglicht. Die UHS-II-Schnittstelle ermöglicht nicht nur höhere Datenraten, sondern auch einen geringeren Stromverbrauch der Schnittstelle, eine niedrigere E/A-Spannung und geringere elektromagnetische Störungen (EMI). ⓘ
Die folgenden ultrahohen Geschwindigkeiten sind spezifiziert: ⓘ
UHS-I
Spezifiziert in SD Version 3.01. Unterstützt eine Taktfrequenz von 100 MHz (eine Vervierfachung der ursprünglichen "Standardgeschwindigkeit"), wodurch im Vier-Bit-Übertragungsmodus 50 MB/s (SDR50) übertragen werden können. UHS-I-Karten, die als UHS104 (SDR104) deklariert sind, unterstützen auch eine Taktfrequenz von 208 MHz, mit der 104 MB/s übertragen werden können. Der Betrieb mit doppelter Datenrate bei 50 MHz (DDR50) ist ebenfalls in Version 3.01 spezifiziert und für microSDHC- und microSDXC-Karten mit der Bezeichnung UHS-I obligatorisch. In diesem Modus werden vier Bits übertragen, wenn das Taktsignal ansteigt, und weitere vier Bits, wenn es abfällt, so dass bei jedem vollen Taktzyklus ein ganzes Byte übertragen wird, so dass mit einem 50-MHz-Takt ein Vorgang mit 50 MB/s übertragen werden kann. ⓘ
Es gibt eine proprietäre UHS-I-Erweiterung, die vor allem von SanDisk entwickelt wurde und die Übertragungsgeschwindigkeit weiter auf 170 MB/s erhöht, die so genannte DDR208 (oder DDR200). Im Gegensatz zu UHS-II werden hier keine zusätzlichen Pins verwendet. Dies wird erreicht, indem die 208-MHz-Frequenz des Standard-SDR104-Modus verwendet wird, aber mit DDR-Übertragungen. Diese Erweiterung wird seither von Lexar für ihre 1066x-Serie (160 MB/s), Kingston Canvas Go Plus (170 MB/s) und die MyMemory PRO SD-Karte (180 MB/s) verwendet. ⓘ
UHS-II
Die in Version 4.0 spezifizierte UHS-II-Technologie erhöht die Datenübertragungsrate auf ein theoretisches Maximum von 156 MB/s (Vollduplex) bzw. 312 MB/s (Halbduplex) unter Verwendung einer zusätzlichen Reihe von Anschlüssen (insgesamt 17 Pins für Karten in voller Größe und 16 Pins für Mikro-Karten). Während die ersten Implementierungen in kompakten Systemkameras bereits drei Jahre nach der Spezifikation (2014) zu sehen waren, dauerte es noch viele Jahre, bis UHS-II auf regulärer Basis eingesetzt wurde. Anfang 2021 gab es mehr als 50 DSLR- und kompakte Systemkameras, die UHS-II verwenden. ⓘ
UHS-III
Mit der im Februar 2017 veröffentlichten Version 6.0 wurde der Standard um zwei neue Datenraten erweitert. FD312 bietet 312 MB/s, FD624 verdoppelt diese Geschwindigkeit. Beide sind voll-duplex. Die physikalische Schnittstelle und das Pin-Layout sind die gleichen wie bei UHS-II, so dass die Abwärtskompatibilität erhalten bleibt. ⓘ
SD-Express
Der SD Express-Bus wurde im Juni 2018 mit der SD-Spezifikation 7.0 veröffentlicht. Er nutzt eine einzelne PCIe-Lane, um eine Vollduplex-Übertragungsgeschwindigkeit von 985 MB/s zu ermöglichen. Unterstützende Karten müssen auch das NVM Express-Speicherzugriffsprotokoll implementieren. Der Express-Bus kann von SDHC-, SDXC- und SDUC-Karten implementiert werden. Für den Einsatz in älteren Anwendungen müssen SD Express-Karten auch den High Speed Bus und den UHS-I Bus unterstützen. Der Express-Bus verwendet das Pin-Layout von UHS-II-Karten und reserviert den Platz für zwei zusätzliche Pins, die in Zukunft eingeführt werden könnten. ⓘ
Hosts, die Version 7.0 der Spezifikation implementieren, erlauben SD-Karten den direkten Speicherzugriff, was die Angriffsfläche des Hosts gegenüber bösartigen SD-Karten drastisch erhöht. ⓘ
Version 8.0 wurde am 19. Mai 2020 angekündigt und unterstützt zwei PCIe-Lanes mit zusätzlichen Kontaktreihen und PCIe-4.0-Übertragungsraten für eine maximale Bandbreite von 3938 MB/s. ⓘ
microSD Express
Im Februar 2019 kündigte die SD Association microSD Express an. Die microSD Express-Karten bieten PCI Express- und NVMe-Schnittstellen, wie die SD Express-Version vom Juni 2018, neben der alten microSD-Schnittstelle, um die Abwärtskompatibilität zu gewährleisten. Die SDA hat auch visuelle Markierungen zur Kennzeichnung von microSD Express-Speicherkarten veröffentlicht, um die Zuordnung von Karte und Gerät für eine optimale Geräteleistung zu erleichtern. ⓘ
Vergleich der Busgeschwindigkeit
| Busschnittstelle | Bus-Logo | Bus-Geschwindigkeit | PCI-Express-Spuren | Duplex | Karten-Typen | Spezifische Version ⓘ | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SD | SDHC | SDXC | SDUC | ||||||
| Standard-Geschwindigkeit | — | 12.5 MB/s | — | Ja | Ja | Ja | Ja | 1.01 | |
| Hohe Geschwindigkeit | 25 MB/s | 1.10 | |||||||
| UHS-I | 
|
50 MB/s | Halb, Voll | Nein | 3.01 | ||||
| 104 MB/s | Halb | ||||||||
| — | 180 MB/s | — | |||||||
| UHS-II | 
|
156 MB/s | Voll | 4.00 | |||||
| 312 MB/s | Halb | ||||||||
| UHS-III | 
|
312 MB/s | Voll | 6.0 | |||||
| 624 MB/s | |||||||||
| SD-Express | .svg){kind=small} 
|
985 MB/s | 3.1 ×1 | 7.0 | |||||
| 1969 MB/s | 3.1 ×2 | 8.0 | |||||||
| 4.0 ×1 | |||||||||
| 3938 MB/s | 4.0 ×2 | ||||||||
Kompatibilität
Host Karte
|
UHS-I | UHS-II | UHS-III | Express ⓘ | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UHS50 | UHS104 | Voll | Halb | ||||
| UHS-I | UHS50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| UHS104 | 50 | 104 | 104 | 104 | 104 | 104 | |
| UHS-II | Voll | 50 | 104 | 156 | 156 | 156 | 104 |
| Halb | 50 | 104 | 156 | 312 | 312 | 104 | |
| UHS-III | 50 | 104 | 156 | 312 | 624 | 104 | |
| Express | 50 | 104 | 104 | 104 | 104 | 985 | |
HINWEIS: Wenn das Kartenlesegerät den DDR208-Controller an den UHS-1-Pins verwendet, erreicht das Kartenlesegerät eine Leistung von 180 MB/s auf geeigneten UHS-1-Karten. ⓘ
Klasse
Die SD Association definiert Standard-Geschwindigkeitsklassen für SDHC/SDXC-Karten, die die Mindestleistung (minimale serielle Datenschreibgeschwindigkeit) angeben. Sowohl die Lese- als auch die Schreibgeschwindigkeit müssen den angegebenen Wert überschreiten. Die Spezifikation definiert diese Klassen in Form von Leistungskurven, die die folgenden Mindestwerte für die Lese- und Schreibgeschwindigkeit auf einer leeren Karte und die Eignung für verschiedene Anwendungen angeben: Die SD Association definiert drei Arten von Geschwindigkeitsklassen: die Original Speed Class, die UHS Speed Class und die Video Speed Class. ⓘ
(Ursprüngliche) Geschwindigkeitsklasse
Die Geschwindigkeitsklassen 2, 4 und 6 besagen, dass die Karte die jeweilige Anzahl von Megabyte pro Sekunde als Mindestschreibgeschwindigkeit für eine Karte im fragmentierten Zustand unterstützt. ⓘ
Klasse 10 besagt, dass die Karte 10 MB/s als minimale nicht fragmentierte sequentielle Schreibgeschwindigkeit unterstützt und einen High-Speed-Busmodus verwendet. Das Host-Gerät kann die Geschwindigkeitsklasse einer Karte lesen und den Benutzer warnen, wenn die Karte eine Geschwindigkeitsklasse meldet, die unter den Mindestanforderungen einer Anwendung liegt. Im Vergleich dazu wurde bei der älteren "×"-Angabe die maximale Geschwindigkeit unter idealen Bedingungen gemessen, wobei nicht klar war, ob es sich um die Lese- oder die Schreibgeschwindigkeit handelte. ⓘ
Das grafische Symbol für die Geschwindigkeitsklasse hat eine mit "C" umrandete Zahl (C2, C4, C6 und C10). ⓘ
UHS-Geschwindigkeitsklasse
UHS-I- und UHS-II-Karten können die UHS-Speed-Class-Einstufung mit zwei möglichen Klassen verwenden: Klasse 1 für eine Mindestschreibgeschwindigkeit von 10 MB/s (Symbol "U1" mit der Ziffer 1 im "U") und Klasse 3 für eine Mindestschreibgeschwindigkeit von 30 MB/s (Symbol "U3" mit der Ziffer 3 im "U"), die für die Aufnahme von 4K-Videos vorgesehen ist. Vor November 2013 wurde die Einstufung als UHS Speed Grade bezeichnet und umfasste die Klassen 0 (kein Symbol) und 1 ("U1"-Symbol). Hersteller können auch Standard-Geschwindigkeitsklassensymbole (C2, C4, C6 und C10) neben oder anstelle der UHS-Geschwindigkeitsklasse anzeigen. ⓘ
UHS-Speicherkarten funktionieren am besten mit UHS-Hostgeräten. Mit dieser Kombination kann der Benutzer Videos in HD-Auflösung mit bandlosen Camcordern aufnehmen und gleichzeitig andere Funktionen ausführen. Sie ist auch für Echtzeitübertragungen und die Aufnahme großer HD-Videos geeignet. ⓘ
Video-Geschwindigkeitsklasse
Die Video Speed Class definiert eine Reihe von Anforderungen für UHS-Karten, um den modernen MLC-NAND-Flash-Speichern gerecht zu werden, und unterstützt progressive 4K- und 8K-Videos mit sequenziellen Mindestschreibgeschwindigkeiten von 6 - 90 MB/s. Die grafischen Symbole verwenden ein stilisiertes "V", gefolgt von einer Zahl, die die Schreibgeschwindigkeit angibt (z. B. V6, V10, V30, V60 und V90). ⓘ
Vergleich
| Minimale sequentielle Schreibgeschwindigkeit | Geschwindigkeitsklasse | Video-Format ⓘ | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Empfohlene maximale Bitrate | Geschwindigkeitsklasse | UHS-Geschwindigkeitsklasse | Video-Geschwindigkeitsklasse | SD | HD/Full HD | 4K | 8K | |
| 2 MB/s | 15 Mbit/s |  Klasse 2 (C2)
|
— | — | Ja | Nein | Nein | Nein |
| 4 MB/s | 30 Mbit/s |  Klasse 4 (C4)
|
Ja | |||||
| 6 MB/s | 45 Mbit/s |  Klasse 6 (C6)
|
 Klasse 6 (V6)
|
Ja | ||||
| 10 MB/s | 75 Mbit/s |  Klasse 10 (C10)
|
 Klasse 1 (U1)
|
 Klasse 10 (V10)
| ||||
| 30 MB/s | 220 Mbit/s |  Klasse 3 (U3)
|
 Klasse 30 (V30)
|
Ja | ||||
| 60 MB/s | 460 Mbit/s |  Klasse 60 (V60)
| ||||||
| 90 MB/s | 700 Mbit/s |  Klasse 90 (V90)
| ||||||
Anwendungsleistungsklasse
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. ⓘ
| Anwendungsleistungsklasse | sequentielle Mindestschreibgeschwindigkeit | Minimale Geschwindigkeit bei zufälligem ⓘ | |
|---|---|---|---|
| Lesen | Schreiben | ||
 Class 1
|
10 MB/s | 1500 IOPS | 500 IOPS |
 Class 2
|
4000 IOPS | 2000 IOPS | |
"×" Bewertung
| Bewertung | Ungefähr (MB/s) |
Vergleichbar Geschwindigkeitsklasse ⓘ |
|---|---|---|
| 16× | 2.34 | (13×)
|
| 32× | 4.69 | (27×)
|
| 48× | 7.03 | (40×)
|
| 100× | 14.6 | (67×)
|
Die "×"-Bewertung, die von einigen Kartenherstellern verwendet wurde und durch die Geschwindigkeitsklassen obsolet geworden ist, ist ein Vielfaches der Standardgeschwindigkeit eines CD-ROM-Laufwerks von 150 KB/s (ca. 1,23 Mbit/s). Basiskarten übertragen Daten mit bis zum Sechsfachen (6×) der CD-ROM-Geschwindigkeit, also 900 kbit/s oder 7,37 Mbit/s. Die 2.0-Spezifikation definiert Geschwindigkeiten bis zum 200-fachen, ist aber nicht so spezifisch wie die Geschwindigkeitsklassen, was die Messung der Geschwindigkeit angeht. Hersteller können Best-Case-Geschwindigkeiten und die schnellste Lesegeschwindigkeit der Karte angeben, die in der Regel schneller ist als die Schreibgeschwindigkeit. Einige Hersteller, darunter Transcend und Kingston, geben die Schreibgeschwindigkeit ihrer Karten an. Wenn eine Karte sowohl eine Geschwindigkeitsklasse als auch eine "×"-Bewertung angibt, kann davon ausgegangen werden, dass letztere nur die Lesegeschwindigkeit angibt. ⓘ
Leistung in der realen Welt
Bei Anwendungen, die einen anhaltenden Schreibdurchsatz erfordern, wie z. B. Videoaufzeichnungen, kann es sein, dass das Gerät nicht zufriedenstellend arbeitet, wenn die SD-Kartenklasse unter eine bestimmte Geschwindigkeit fällt. Ein High-Definition-Camcorder benötigt beispielsweise eine Karte der Klasse 6 oder höher, da es bei Verwendung einer langsameren Karte zu Aussetzern oder Videobeschädigungen kommen kann. Bei Digitalkameras mit langsamen Karten kann es nach der Aufnahme eines Bildes merklich länger dauern, bis das nächste Bild aufgenommen werden kann, während die Kamera das erste Bild schreibt. ⓘ
Die Geschwindigkeitsklasse sagt nichts über die Leistung der Karte aus. Verschiedene Karten der gleichen Klasse können bei Einhaltung der Klassenspezifikationen erhebliche Unterschiede aufweisen. Die Geschwindigkeit einer Karte hängt von vielen Faktoren ab, darunter:
- Die Häufigkeit von Soft-Fehlern, die der Controller der Karte erneut versuchen muss
- Schreibverstärkung: Der Flash-Controller muss möglicherweise mehr Daten überschreiben als angefordert. Dies hat mit der Durchführung von Lese-Änderungs-Schreib-Operationen auf Schreibblöcken zu tun, wodurch (die viel größeren) Löschblöcke frei werden, während gleichzeitig Daten verschoben werden, um einen Verschleißausgleich zu erreichen.
- Dateifragmentierung: Wenn der Platz für eine Datei nicht ausreicht, um in einem zusammenhängenden Bereich gespeichert zu werden, wird sie in nicht zusammenhängende Fragmente aufgeteilt. Dies führt nicht zu Verzögerungen bei der Rotation oder Kopfbewegung wie bei elektromechanischen Festplatten, kann aber die Geschwindigkeit verringern, da beispielsweise zusätzliche Lesevorgänge und Berechnungen erforderlich sind, um festzustellen, wo auf der Karte das nächste Dateifragment gespeichert ist. ⓘ
Außerdem kann die Geschwindigkeit zwischen dem Schreiben einer großen Datenmenge in eine einzige Datei (sequenzieller Zugriff, wie bei der Aufzeichnung großer Fotos oder Videos mit einer Digitalkamera) und dem Schreiben einer großen Anzahl kleiner Dateien (wie bei Smartphones mit wahlfreiem Zugriff) stark variieren. Eine Studie aus dem Jahr 2012 ergab, dass einige Karten der Klasse 2 bei diesem wahlfreien Zugriff eine Schreibgeschwindigkeit von 1,38 MB/s erreichten, während alle getesteten Karten der Klasse 6 oder höher (und einige der niedrigeren Klassen; eine niedrigere Klasse bedeutet nicht unbedingt eine bessere Leistung bei kleinen Dateien), einschließlich der Karten der großen Hersteller, mehr als 100 Mal langsamer waren. Im Jahr 2014 hat ein Blogger einen 300-fachen Leistungsunterschied bei kleinen Schreibvorgängen gemessen; dieses Mal war die beste Karte in dieser Kategorie eine Karte der Klasse 4. ⓘ
Merkmale
Sicherheit der Karte
Karten können ihre Inhalte vor dem Löschen oder Verändern schützen, den Zugriff durch nicht autorisierte Benutzer verhindern und urheberrechtlich geschützte Inhalte durch Digital Rights Management schützen. ⓘ
Befehle zum Deaktivieren von Schreibvorgängen
Das Host-Gerät kann der SD-Karte befehlen, schreibgeschützt zu werden (um nachfolgende Befehle zum Schreiben von Informationen auf die Karte abzulehnen). Es gibt sowohl reversible als auch irreversible Host-Befehle, die dies erreichen. ⓘ
Schreibgeschützte Kerbe
Die meisten SD-Karten in voller Größe verfügen über einen "mechanischen Schreibschutzschalter", mit dem der Benutzer dem Host-Computer mitteilen kann, dass er das Gerät als schreibgeschützt behandeln möchte. Dadurch sind die Daten auf der Karte nicht geschützt, wenn der Hostcomputer kompromittiert wird: "Es liegt in der Verantwortung des Hosts, die Karte zu schützen. Die Position [d.h. die Einstellung] des Schreibschutzschalters ist den internen Schaltkreisen der Karte unbekannt." Einige Host-Geräte unterstützen den Schreibschutz nicht, der eine optionale Funktion der SD-Spezifikation ist, und Treiber und Geräte, die eine Nur-Lese-Anzeige befolgen, können dem Benutzer eine Möglichkeit bieten, diese zu umgehen. ⓘ
Der Schalter ist eine Schiebelasche, die eine Aussparung in der Karte abdeckt. Die Formate miniSD und microSD unterstützen die Schreibschutzkerbe nicht direkt, können aber in Adapter mit voller Größe eingesetzt werden, die dies tun. ⓘ
Wenn Sie die SD-Karte von oben betrachten, muss die rechte Seite (die Seite mit der abgeschrägten Ecke) eingekerbt sein. ⓘ
Auf der linken Seite kann sich eine Schreibschutzkerbe befinden. Wenn die Kerbe nicht vorhanden ist, kann die Karte gelesen und beschrieben werden. Ist die Karte mit einer Kerbe versehen, ist sie schreibgeschützt. Wenn die Karte eine Kerbe und eine Schiebelasche hat, die die Kerbe abdeckt, kann der Benutzer die Lasche nach oben (in Richtung der Kontakte) schieben, um die Karte als lesbar/beschreibbar zu erklären, oder nach unten, um sie als schreibgeschützt zu erklären. Die Abbildung rechts zeigt eine orangefarbene Schreibschutzlasche in entriegelter und verriegelter Position. ⓘ
Karten, deren Inhalt nicht verändert werden darf, sind dauerhaft als schreibgeschützt gekennzeichnet, da sie eine Kerbe und keine Schiebelasche haben. ⓘ
Karten-Passwort
Ein Host-Gerät kann eine SD-Karte mit einem Passwort von bis zu 16 Byte sperren, das in der Regel vom Benutzer vergeben wird. Eine gesperrte Karte interagiert normal mit dem Host-Gerät, außer dass sie Befehle zum Lesen und Schreiben von Daten zurückweist. Eine gesperrte Karte kann nur durch Eingabe desselben Passworts wieder entsperrt werden. Das Host-Gerät kann nach Eingabe des alten Kennworts ein neues Kennwort festlegen oder die Sperrung aufheben. Ohne das Kennwort (typischerweise, wenn der Benutzer das Kennwort vergisst) kann das Host-Gerät der Karte befehlen, alle Daten auf der Karte für die zukünftige Wiederverwendung zu löschen (mit Ausnahme von Kartendaten unter DRM), aber es gibt keine Möglichkeit, auf die vorhandenen Daten zuzugreifen. ⓘ
Windows Phone 7-Geräte verwenden SD-Karten, die nur für den Zugriff durch den Telefonhersteller oder den Mobilfunkanbieter vorgesehen sind. Eine SD-Karte, die in das Telefon unterhalb des Akkufachs eingelegt wird, wird mit einem automatisch generierten Schlüssel für das Telefon gesperrt", so dass die SD-Karte nicht von einem anderen Telefon, Gerät oder PC gelesen werden kann". Symbian-Geräte sind jedoch einige der wenigen, die die notwendigen Low-Level-Formatierungsvorgänge auf gesperrten SD-Karten durchführen können. Es ist daher möglich, ein Gerät wie das Nokia N8 zu verwenden, um die Karte für die spätere Verwendung in anderen Geräten neu zu formatieren. ⓘ
smartSD-Karten
Eine smartSD-Speicherkarte ist eine microSD-Karte mit einem internen "sicheren Element", das die Übertragung von ISO 7816 Application Protocol Data Unit-Befehlen an z. B. JavaCard-Applets, die auf dem internen sicheren Element laufen, über den SD-Bus ermöglicht. ⓘ
Einige der ersten Versionen von microSD-Speicherkarten mit Sicherheitselementen wurden 2009 von DeviceFidelity, Inc. entwickelt, einem Pionier im Bereich der Nahfeldkommunikation (NFC) und des mobilen Zahlungsverkehrs, mit der Einführung der Produkte In2Pay und CredenSE, die später kommerzialisiert und 2010 von Visa für mobile kontaktlose Transaktionen zertifiziert wurden. DeviceFidelity passte die In2Pay microSD-Karte auch an das Apple iPhone an und leistete 2010 mit dem iCaisse Pionierarbeit bei den ersten NFC-Transaktionen und mobilen Zahlungen mit einem Apple-Gerät. ⓘ
Es wurden verschiedene Implementierungen von smartSD-Karten für Zahlungsanwendungen und sichere Authentifizierung vorgenommen. Im Jahr 2012 ging Good Technology eine Partnerschaft mit DeviceFidelity ein, um microSD-Karten mit Secure Elements für die mobile Identitäts- und Zugangskontrolle einzusetzen. ⓘ
microSD-Karten mit Secure Elements und NFC (Near Field Communication)-Unterstützung werden für mobile Zahlungen verwendet und kamen in mobilen Geldbörsen und mobilen Banklösungen zum Einsatz, von denen einige von großen Banken auf der ganzen Welt eingeführt wurden, darunter die Bank of America, die US Bank und Wells Fargo, während andere Teil innovativer neuer Neobank-Programme für Direktkunden waren, wie z. B. moneto, das erstmals 2012 eingeführt wurde. ⓘ
microSD-Karten mit Secure Elements wurden auch für die sichere Sprachverschlüsselung auf mobilen Geräten eingesetzt, die eines der höchsten Sicherheitsniveaus bei der Sprachkommunikation zwischen Personen ermöglicht. Solche Lösungen werden vor allem in den Bereichen Geheimdienste und Sicherheit eingesetzt. ⓘ
Im Jahr 2011 führte HID Global gemeinsam mit der Arizona State University Campus-Zugangslösungen für Studenten ein, die microSD mit Secure Element und MiFare-Technologie von DeviceFidelity, Inc. nutzen. Dies war das erste Mal, dass normale Mobiltelefone zum Öffnen von Türen verwendet werden konnten, ohne dass elektronische Zugangsschlüssel erforderlich waren. ⓘ
Erweiterungen des Anbieters
Die Hersteller haben versucht, ihre Produkte auf dem Markt durch verschiedene herstellerspezifische Merkmale zu differenzieren:
- Integriertes Wi-Fi - Mehrere Unternehmen stellen SD-Karten mit eingebauten Wi-Fi-Transceivern her, die statische Sicherheit (WEP 40; 104; und 128, WPA-PSK und WPA2-PSK) unterstützen. Mit der Karte kann jede Digitalkamera mit einem SD-Steckplatz die aufgenommenen Bilder über ein drahtloses Netzwerk übertragen oder die Bilder auf dem Kartenspeicher speichern, bis sie sich in Reichweite eines drahtlosen Netzwerks befindet. Beispiele hierfür sind: Eye-Fi / SanDisk, Transcend Wi-Fi, Toshiba FlashAir, Trek Flucard, PQI Air Card und LZeal ez Share. Einige Modelle versehen ihre Bilder mit Geotags.
- Vorinstallierte Inhalte - 2006 kündigte SanDisk Gruvi an, eine microSD-Karte mit zusätzlichen Funktionen zur Verwaltung digitaler Rechte, die als Medium für die Veröffentlichung von Inhalten gedacht war. Im Jahr 2008 kündigte SanDisk unter dem Namen slotMusic erneut vorinstallierte Karten an, die diesmal keine der DRM-Funktionen der SD-Karte nutzten. Im Jahr 2011 bot SanDisk verschiedene Sammlungen von 1000 Liedern auf einer einzigen slotMusic-Karte für etwa 40 US-Dollar an, die nun auf kompatible Geräte beschränkt war und keine Möglichkeit bot, die Dateien zu kopieren.
- Integrierter USB-Anschluss - Das SanDisk SD Plus-Produkt kann direkt in einen USB-Anschluss eingesteckt werden, ohne dass ein USB-Kartenleser erforderlich ist. Andere Unternehmen haben vergleichbare Produkte auf den Markt gebracht, z. B. das Duo SD-Produkt von OCZ Technology und das 3-Wege-Produkt (microSDHC, SDHC und USB) von A-DATA, das nur 2008 erhältlich war.
- Verschiedene Farben - SanDisk hat verschiedene Farben von Kunststoff- oder Klebeetiketten verwendet, einschließlich einer "Gaming"-Linie in durchscheinenden Kunststofffarben, die die Kapazität der Karte anzeigte.
- Integrierte Anzeige - 2006 kündigte A-DATA eine Super Info SD-Karte mit einer digitalen Anzeige an, die eine zweistellige Beschriftung enthielt und die Menge des ungenutzten Speichers auf der Karte anzeigte. ⓘ
SDIO-Karten
Eine SDIO-Karte (Secure Digital Input Output) ist eine Erweiterung der SD-Spezifikation, die E/A-Funktionen abdeckt. SDIO-Karten sind nur in Host-Geräten voll funktionsfähig, die ihre Input-Output-Funktionen unterstützen (in der Regel PDAs wie der Palm Treo, gelegentlich aber auch Laptops oder Mobiltelefone). Diese Geräte können den SD-Steckplatz zur Unterstützung von GPS-Empfängern, Modems, Barcode-Lesern, FM-Radiotunern, TV-Tunern, RFID-Lesern, Digitalkameras und Schnittstellen zu Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet und IrDA nutzen. Es wurden noch viele andere SDIO-Geräte vorgeschlagen, aber es ist mittlerweile üblich, dass E/A-Geräte über die USB-Schnittstelle angeschlossen werden. ⓘ
SDIO-Karten unterstützen die meisten der Speicherbefehle von SD-Karten. SDIO-Karten können als acht logische Karten strukturiert werden, obwohl derzeit die typische Art und Weise, wie eine SDIO-Karte diese Fähigkeit nutzt, darin besteht, sich selbst als eine I/O-Karte und eine Speicherkarte zu strukturieren. ⓘ
Die SDIO- und SD-Schnittstellen sind mechanisch und elektrisch identisch. Host-Geräte, die für SDIO-Karten gebaut wurden, akzeptieren im Allgemeinen SD-Speicherkarten ohne I/O-Funktionen. Umgekehrt ist dies jedoch nicht der Fall, da Hostgeräte geeignete Treiber und Anwendungen benötigen, um die E/A-Funktionen der Karte zu unterstützen. Zum Beispiel funktioniert eine HP SDIO-Kamera normalerweise nicht mit PDAs, die sie nicht als Zubehör aufführen. Das Einstecken einer SDIO-Karte in einen beliebigen SD-Steckplatz verursacht keine physischen Schäden oder Störungen am Host-Gerät, aber die Benutzer sind möglicherweise frustriert, dass die SDIO-Karte nicht vollständig funktioniert, wenn sie in einen scheinbar kompatiblen Steckplatz eingesteckt wird. (Bei USB- und Bluetooth-Geräten gibt es vergleichbare Kompatibilitätsprobleme, wenn auch in geringerem Maße dank der standardisierten USB-Geräteklassen und Bluetooth-Profile). ⓘ
Die SDIO-Familie umfasst Low-Speed- und Full-Speed-Karten. Beide Arten von SDIO-Karten unterstützen SPI und Ein-Bit-SD-Bustypen. Low-Speed-SDIO-Karten dürfen auch den Vier-Bit-SD-Bus unterstützen; Full-Speed-SDIO-Karten müssen den Vier-Bit-SD-Bus unterstützen. Um eine SDIO-Karte als "Kombikarte" (sowohl für Speicher als auch für E/A) zu verwenden, muss das Host-Gerät zunächst den 4-Bit-SD-Busbetrieb auswählen. Zwei weitere einzigartige Merkmale von Low-Speed SDIO sind eine maximale Taktrate von 400 kHz für die gesamte Kommunikation und die Verwendung von Pin 8 als "Interrupt", um den Dialog mit dem Host-Gerät zu initiieren. ⓘ
- Karten zusammenstecken
Das Ein-Bit-SD-Protokoll wurde aus dem MMC-Protokoll abgeleitet, das die Möglichkeit vorsah, bis zu drei Karten an einen Bus mit gemeinsamen Signalleitungen anzuschließen. Die Karten verwenden Open-Collector-Schnittstellen, bei denen eine Karte eine Leitung auf den niedrigen Spannungspegel ziehen kann; die Leitung liegt auf dem hohen Spannungspegel (aufgrund eines Pull-up-Widerstands), wenn keine Karte sie auf den niedrigen Pegel zieht. Obwohl die Karten Takt- und Signalleitungen gemeinsam nutzen, hatte jede Karte ihre eigene Chip-Select-Leitung, um zu erkennen, dass sie vom Host-Gerät ausgewählt wurde. ⓘ
Das SD-Protokoll sah die Möglichkeit vor, 30 Karten ohne separate Chip-Select-Leitungen zusammenzuschalten. Das Host-Gerät würde Befehle an alle Karten senden und die Karte, die auf den Befehl reagieren soll, anhand ihrer eindeutigen Seriennummer identifizieren. ⓘ
In der Praxis werden die Karten nur selten zusammengeschaltet, da der Betrieb mit offenen Kollektoren bei hohen Geschwindigkeiten Probleme bereitet und den Stromverbrauch erhöht. Neuere Versionen der SD-Spezifikation empfehlen separate Leitungen zu jeder Karte. ⓘ
Kompatibilität
Host-Geräte, die den neueren Versionen der Spezifikation entsprechen, bieten Abwärtskompatibilität und akzeptieren auch ältere SD-Karten. SDXC-Host-Geräte beispielsweise akzeptieren alle früheren SD-Speicherkartenfamilien, und SDHC-Host-Geräte akzeptieren auch Standard-SD-Karten. ⓘ
Ältere Host-Geräte unterstützen in der Regel keine neueren Kartenformate, und selbst wenn sie die von der Karte verwendete Busschnittstelle unterstützen, gibt es mehrere Faktoren, die eine Rolle spielen:
- Eine neuere Karte bietet möglicherweise eine größere Kapazität, als das Host-Gerät verarbeiten kann (über 4 GB für SDHC, über 32 GB für SDXC).
- Eine neuere Karte verwendet möglicherweise ein Dateisystem, mit dem das Host-Gerät nicht umgehen kann (FAT32 für SDHC, exFAT für SDXC)
- Die Verwendung einer SDIO-Karte erfordert, dass das Host-Gerät für die Eingabe-/Ausgabefunktionen der Karte ausgelegt ist.
- Die Hardwareschnittstelle der Karte wurde mit der Version 2.0 (neue Hochgeschwindigkeits-Bustakte, Neudefinition der Speicherkapazitätsbits) und der SDHC-Familie (Ultra-High-Speed (UHS)-Bus) geändert
- UHS-II hat physisch mehr Pins, ist aber sowohl in Bezug auf den Steckplatz als auch die Karte abwärtskompatibel zu UHS-I und Nicht-UHS.
- Einige Hersteller produzierten SDSC-Karten mit einer Speicherkapazität von mehr als 1 GB, bevor die SDA ein entsprechendes Verfahren standardisiert hatte. ⓘ
Karte Steckplatz
|
SDSC | SDHC | SDHC UHS |
SDXC | SDXC UHS |
SDIO ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SDSC | Teilweise | FAT16, < 4 GB | FAT16, < 4 GB | Nein | Nein | Nein |
| SDHC | Ja | Ja | Im Nicht-UHS-Modus | FAT32 | FAT32 im Nicht-UHS-Modus | Nein |
| SDHC UHS | Im Nicht-UHS-Modus | Im Nicht-UHS-Modus | Im UHS-Modus | FAT32 im Nicht-UHS-Modus | FAT32 im UHS-Modus | Nein |
| SDXC | Ja | Ja | Im Nicht-UHS-Modus | Ja | Im Nicht-UHS-Modus | Nein |
| SDXC UHS | Im Nicht-UHS-Modus | Im Nicht-UHS-Modus | Im UHS-Modus | Im Nicht-UHS-Modus | Im UHS-Modus | Nein |
| SDIO | Variiert | Variiert | Variiert | Variiert | Variiert | Ja |
Märkte
Aufgrund ihrer kompakten Größe werden Secure-Digital-Karten in vielen Geräten der Unterhaltungselektronik eingesetzt und haben sich zu einem weit verbreiteten Mittel entwickelt, um mehrere Gigabyte an Daten auf kleinem Raum zu speichern. In Geräten, bei denen der Benutzer die Karten häufig herausnehmen und austauschen muss, wie z. B. in Digitalkameras, Camcordern und Videospielkonsolen, werden in der Regel Karten in voller Größe verwendet. Für Geräte, bei denen es vor allem auf geringe Größe ankommt, wie Mobiltelefone, Action-Kameras wie die GoPro Hero-Serie und Kameradrohnen, werden in der Regel microSD-Karten verwendet. ⓘ
Mobiltelefone
Die microSD-Karte hat dazu beigetragen, den Smartphone-Markt voranzutreiben, da sie sowohl Herstellern als auch Verbrauchern mehr Flexibilität und Freiheit bietet. ⓘ
Während die Speicherung in der Cloud von einer stabilen Internetverbindung und ausreichend umfangreichen Datentarifen abhängt, bieten Speicherkarten in mobilen Geräten eine ortsunabhängige und private Speichererweiterung mit viel höheren Übertragungsraten und ohne Latenz (Technik)(§ Real-world performance), was Anwendungen wie Fotografie und Videoaufnahmen ermöglicht. Während auf intern gespeicherte Daten bei defekten Geräten nicht mehr zugegriffen werden kann, können die auf der Speicherkarte gespeicherten Daten gerettet und vom Benutzer als Massenspeichergerät extern abgerufen werden. Ein Vorteil gegenüber einer USB-Speichererweiterung für unterwegs ist die uneingeschränkte Ergonomie. Die Verwendung einer Speicherkarte schützt außerdem den nicht austauschbaren internen Speicher des Mobiltelefons vor einer Beanspruchung durch intensive Anwendungen wie exzessive Kameranutzung und das Hosting eines tragbaren FTP-Servers über WiFi Direct. Dank der technischen Entwicklung von Speicherkarten können die Nutzer bestehender Mobilgeräte ihren Speicher mit der Zeit immer weiter und preiswerter ausbauen. ⓘ
Die neuesten Versionen der wichtigsten Betriebssysteme wie Windows Mobile und Android ermöglichen die Ausführung von Anwendungen auf microSD-Karten, was neue Nutzungsmodelle für SD-Karten auf dem Markt für mobile Computer ermöglicht und den verfügbaren internen Speicherplatz freimacht. ⓘ
SD-Karten sind nicht die wirtschaftlichste Lösung für Geräte, die nur eine geringe Menge an nichtflüchtigem Speicher benötigen, wie z. B. Sendervoreinstellungen in kleinen Radios. Sie sind auch nicht die beste Wahl für Anwendungen, die höhere Speicherkapazitäten oder Geschwindigkeiten erfordern, wie sie von anderen Flash-Kartenstandards wie CompactFlash geboten werden. Diese Einschränkungen können durch neue Speichertechnologien, wie die neuen SD 7.0-Spezifikationen, die Speicherkapazitäten von bis zu 128 TB ermöglichen, behoben werden. ⓘ
Viele Personalcomputer aller Art, einschließlich Tablets und Mobiltelefone, verwenden SD-Karten, entweder über integrierte Steckplätze oder über einen aktiven elektronischen Adapter. Es gibt Adapter für die PC-Karte, ExpressBus, USB, FireWire und den parallelen Druckeranschluss. Mit aktiven Adaptern können SD-Karten auch in Geräten verwendet werden, die für andere Formate wie CompactFlash ausgelegt sind. Mit dem FlashPath-Adapter können SD-Karten in einem Diskettenlaufwerk verwendet werden. ⓘ
Einige Geräte wie das Samsung Galaxy Fit (2011) und das Samsung Galaxy Note 8.0 (2013) haben ein SD-Kartenfach, das sich außen befindet und von Hand zugänglich ist, während es sich bei anderen Geräten unter der Batterieabdeckung befindet. Bei neueren Mobiltelefonen wird das Fach, in dem sich sowohl die Speicherkarte als auch die SIM-Karte befinden, über ein Stiftlochsystem ausgeworfen. ⓘ
Fälschungen
Auf dem Markt sind häufig falsch etikettierte oder gefälschte Secure Digital-Karten zu finden, die eine falsche Kapazität angeben oder langsamer laufen als angegeben. Es gibt Software-Tools zur Überprüfung und Erkennung gefälschter Produkte. Um gefälschte Karten zu erkennen, werden normalerweise Dateien mit zufälligen Daten auf die SD-Karte kopiert, bis die Kapazität der Karte erreicht ist, und dann zurückkopiert. Die zurückkopierten Dateien können entweder durch den Vergleich von Prüfsummen (z. B. MD5) oder durch den Versuch, sie zu komprimieren, geprüft werden. Bei letzterem Ansatz wird die Tatsache ausgenutzt, dass gefälschte Karten den Benutzer Dateien zurücklesen lassen, die dann aus leicht komprimierbaren einheitlichen Daten bestehen (z. B. sich wiederholende 0xFFs). ⓘ
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 und bei einer Schreiboperation keine Fehlermeldung ausgeben. - 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 oder sonstige illegale Praktiken sein. ⓘ
Digitale Kameras
SD/MMC-Karten lösten Toshibas SmartMedia als dominierendes Speicherkartenformat in Digitalkameras ab. Im Jahr 2001 lag der Anteil der SmartMedia-Karten bei fast 50 %, doch bis 2005 hatte SD/MMC über 40 % des Digitalkameramarktes erobert und der Anteil von SmartMedia war bis 2007 stark zurückgegangen. ⓘ
Zu diesem Zeitpunkt verwendeten alle führenden Hersteller von Digitalkameras SD in ihren Produktlinien für Verbraucher, darunter Canon, Casio, Fujifilm, Kodak, Leica, Nikon, Olympus, Panasonic, Pentax, Ricoh, Samsung und Sony. Früher verwendeten Olympus und Fujifilm ausschließlich XD-Picture Cards (xD-Karten), während Sony nur Memory Stick verwendete; Anfang 2010 unterstützten alle drei Unternehmen SD. ⓘ
Einige Prosumer- und professionelle Digitalkameras boten weiterhin CompactFlash (CF) an, entweder über einen zweiten Kartensteckplatz oder als einzige Speicherkarte, da CF viel höhere maximale Kapazitäten unterstützt und in der Vergangenheit bei gleicher Kapazität günstiger war. ⓘ
Secure Digital-Speicherkarten können in Sony XDCAM EX-Camcordern mit einem Adapter und in Panasonic P2-Kartengeräten mit einem MicroP2-Adapter verwendet werden. ⓘ
Personal Computer
Obwohl viele PCs SD-Karten als Zusatzspeicher über einen eingebauten Steckplatz oder über einen USB-Adapter aufnehmen können, können SD-Karten nicht als primäre Festplatte über den eingebauten ATA-Controller verwendet werden, da keine der SD-Kartenvarianten die ATA-Signalisierung unterstützt. Die Verwendung als primäre Festplatte erfordert einen separaten SD-Controller-Chip oder einen SD-to-CompactFlash-Konverter. Bei Computern, die Bootstrapping von einer USB-Schnittstelle unterstützen, kann eine SD-Karte in einem USB-Adapter jedoch als primäre Festplatte verwendet werden, sofern ein Betriebssystem installiert ist, das den USB-Zugriff unterstützt, sobald der Bootstrap abgeschlossen ist. ⓘ
In Laptops und Tablet-Computern bieten Speicherkarten in einem integrierten Kartenleser einen ergonomischen Vorteil gegenüber USB-Flash-Laufwerken, da letztere aus dem Gerät herausragen und der Benutzer darauf achten muss, dass er beim Transport des Geräts nicht dagegen stößt, wodurch der USB-Anschluss beschädigt werden könnte. Speicherkarten haben eine einheitliche Form und reservieren keinen USB-Anschluss, wenn sie in den dafür vorgesehenen Kartensteckplatz eines Computers eingesetzt werden. ⓘ
Seit Ende 2009 können neuere Apple-Computer mit eingebauten SD-Kartenlesern in macOS von SD-Speichergeräten booten, wenn sie ordnungsgemäß im Mac OS Extended-Dateiformat formatiert sind und die Standardpartitionstabelle auf GUID Partition Table eingestellt ist. (Siehe Andere Dateisysteme unten). ⓘ
SD-Karten erfreuen sich zunehmender Verwendung und Beliebtheit bei Besitzern von alten Computern wie dem 8-Bit-Atari. Heutzutage wird zum Beispiel SIO2SD (SIO ist ein Atari-Port zum Anschluss externer Geräte) verwendet. Software für einen 8-Bit-Atari kann auf einer SD-Karte enthalten sein, die weniger als 4-8 GB Speicherplatz haben kann (2019). ⓘ
Eingebettete Systeme
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2008 spezifizierte die SDA den Embedded SD-Standard, der bekannte SD-Standards nutzt, um nicht entfernbare Geräte im SD-Stil auf Leiterplatten zu ermöglichen. Dieser Standard wurde jedoch vom Markt nicht angenommen, während sich der MMC-Standard als De-facto-Standard für eingebettete Systeme durchsetzte. SanDisk bietet solche eingebetteten Speicherkomponenten unter der Marke iNAND an. ⓘ
Die meisten modernen Mikrocontroller verfügen über eine eingebaute SPI-Logik, die eine Schnittstelle zu einer im SPI-Modus betriebenen SD-Karte bilden kann und nichtflüchtigen Speicher bereitstellt. Selbst wenn ein Mikrocontroller nicht über die SPI-Funktion verfügt, kann diese Funktion durch Bit-Banging emuliert werden. Ein selbstgebauter Hack kombiniert beispielsweise freie GPIO-Pins (General Purpose Input/Output) des Prozessors des Linksys WRT54G-Routers mit MMC-Unterstützungscode aus dem Linux-Kernel. Mit dieser Technik kann ein Durchsatz von bis zu 1,6 Mbit/s erreicht werden. ⓘ
Verbreitung von Musik
Vorbespielte microSDs wurden für die Vermarktung von Musik unter den Marken slotMusic und slotRadio von SanDisk und MQS von Astell & Kern verwendet. ⓘ
Technische Einzelheiten
Physikalische Größe
Die SD-Kartenspezifikation definiert drei physikalische Größen. Die SD- und SDHC-Familien sind in allen drei Größen erhältlich, aber die SDXC- und SDUC-Familien sind nicht in der Mini-Größe erhältlich, und die SDIO-Familie ist nicht in der Mikro-Größe erhältlich. Kleinere Karten können mit Hilfe eines passiven Adapters auch in größeren Steckplätzen verwendet werden. ⓘ
Standard
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
- miniSD, miniSDHC, miniSDIO
- 21,5 mm × 20 mm × 1,4 mm (27⁄32 Zoll × 25⁄32 Zoll × 1⁄16 Zoll) ⓘ
microSD
Der Mikro-Formfaktor ist das kleinste SD-Kartenformat.
- microSD, microSDHC, microSDXC, microSDUC
- 15 mm × 11 mm × 1 mm (19⁄32 Zoll × 7⁄16 Zoll × 3⁄64 Zoll) ⓘ
Übertragungsmodi
Die Karten können verschiedene Kombinationen der folgenden Bustypen und Übertragungsmodi unterstützen. Der SPI-Busmodus und der Ein-Bit-SD-Busmodus sind für alle SD-Familien obligatorisch, wie im nächsten Abschnitt erläutert. Sobald das Host-Gerät und die SD-Karte einen Bus-Schnittstellenmodus ausgehandelt haben, ist die Verwendung der nummerierten Pins 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.
- Ein-Bit-SD-Bus-Modus: Getrennte Befehls- und Datenkanäle und ein proprietäres Übertragungsformat.
- Vier-Bit-SD-Bus-Modus: Verwendet zusätzliche Pins und einige neu zugewiesene Pins. Dies ist das gleiche Protokoll wie der 1-Bit-SD-Bus-Modus, der eine Befehls- und vier Datenleitungen für eine schnellere Datenübertragung verwendet. Alle SD-Karten unterstützen diesen Modus. UHS-I und UHS-II erfordern diesen Bustyp.
- Zwei differentielle Leitungen SD UHS-II-Modus: Verwendet zwei Niederspannungs-Differenzialschnittstellen zur Übertragung von Befehlen und Daten. UHS-II-Karten enthalten diese Schnittstelle zusätzlich zu den SD-Bus-Modi. ⓘ
Die physische Schnittstelle besteht aus 9 Pins, außer dass bei der miniSD-Karte zwei nicht angeschlossene Pins in der Mitte hinzukommen und bei der microSD-Karte einer der beiden VSS-Pins (Masse) wegfällt. ⓘ
| MMC Pin |
SD Pin |
miniSD Pin |
microSD Pin |
Bezeichnung | E/A | Logik | Beschreibung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 2 | nCS | I | PP | SPI Card Select [CS] (Negative Logik) |
| 2 | 2 | 2 | 3 | DI | I | PP | SPI Serieller Dateneingang [MOSI] |
| 3 | 3 | 3 | VSS | S | S | Masse | |
| 4 | 4 | 4 | 4 | VDD | S | S | Stromversorgung |
| 5 | 5 | 5 | 5 | CLK | I | PP | SPI Serieller Takt [SCLK] |
| 6 | 6 | 6 | 6 | VSS | S | S | Masse |
| 7 | 7 | 7 | 7 | DO | O | PP | SPI Serieller Datenausgang [MISO] |
| 8 | 8 | 8 | NC nIRQ |
. O |
. OD |
Unbenutzt (Speicherkarten) Interrupt (SDIO-Karten) (negative Logik) | |
| 9 | 9 | 1 | NC | . | . | Unbenutzt | |
| 10 | NC | . | . | Reserviert | |||
| 11 | NC | . | . | Reserviert |
| MMC Pin |
SD Pin |
miniSD Pin |
microSD Pin |
Bezeichnung | E/A | Logik | Beschreibung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 1 | 2 | CD | E/A | . | Kartenerkennung (durch Host) und Erkennung des Nicht-SPI-Modus (durch die Karte) |
| 2 | 2 | 2 | 3 | CMD | E/A | PP, OD |
Befehl, Antwort |
| 3 | 3 | 3 | VSS | S | S | Masse | |
| 4 | 4 | 4 | 4 | VDD | S | S | Stromversorgung |
| 5 | 5 | 5 | 5 | CLK | I | PP | Serieller Takt |
| 6 | 6 | 6 | 6 | VSS | S | S | Masse |
| 7 | 7 | 7 | 7 | DAT0 | E/A | PP | SD Serielle Daten 0 |
| 8 | 8 | 8 | NC nIRQ |
. O |
. OD |
Unbenutzt (Speicherkarten) Interrupt (SDIO-Karten) (negative Logik) | |
| 9 | 9 | 1 | NC | . | . | Unbenutzt | |
| 10 | NC | . | . | Reserviert | |||
| 11 | NC | . | . | Reserviert |
| MMC Pin |
SD Pin |
miniSD Pin |
microSD Pin |
Bezeichnung | E/A | Logik | Beschreibung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| . | 1 | 1 | 2 | DAT3 | E/A | PP | SD Serielle Daten 3 |
| . | 2 | 2 | 3 | CMD | E/A | PP, OD |
Befehl, Antwort |
| . | 3 | 3 | VSS | S | S | Masse | |
| . | 4 | 4 | 4 | VDD | S | S | Stromversorgung |
| . | 5 | 5 | 5 | CLK | I | PP | Serieller Takt |
| . | 6 | 6 | 6 | VSS | S | S | Masse |
| . | 7 | 7 | 7 | DAT0 | E/A | PP | SD Serielle Daten 0 |
| 8 | 8 | 8 | DAT1 nIRQ |
E/A O |
PP OD |
SD Serielle Daten 1 (Speicherkarten) Interrupt Period (SDIO-Karten teilen sich den Pin über das Protokoll) | |
| 9 | 9 | 1 | DAT2 | E/A | PP | SD Serielle Daten 2 | |
| 10 | NC | . | . | Reserviert | |||
| 11 | NC | . | . | Reserviert |
Anmerkungen:
- Die Richtung bezieht sich auf die Karte. I = Eingang, O = Ausgang.
- PP = Push-Pull-Logik, OD = Open-Drain-Logik.
- S = Spannungsversorgung, NC = Nicht angeschlossen (oder logisch hoch). ⓘ
Kontakte einer geöffneten SD-Karte
Geöffnete SD-Karte (Panasonic, 16 MB)
SD-Platine (Panasonic, 64 MB), Anfang 2000er Jahre.
SD-Platine (2 GB) mit zwei Speicherchips ⓘ
Schnittstelle
Befehlsschnittstelle
SD-Karten und Host-Geräte kommunizieren zunächst über eine synchrone Ein-Bit-Schnittstelle, bei der das Host-Gerät ein Taktsignal bereitstellt, das einzelne Bits in die SD-Karte hinein- und aus ihr herausführt. Das Host-Gerät sendet dabei 48-Bit-Befehle und empfängt Antworten. Die Karte kann signalisieren, dass eine Antwort verzögert wird, aber das Host-Gerät kann den Dialog abbrechen. ⓘ
Durch die Ausgabe verschiedener Befehle kann das Host-Gerät:
- den Typ, die Speicherkapazität und die Fähigkeiten der SD-Karte bestimmen
- der Karte befehlen, eine andere Spannung, eine andere Taktrate oder eine erweiterte elektrische Schnittstelle zu verwenden
- die Karte darauf vorbereiten, einen Block zum Schreiben in den Flash-Speicher zu empfangen oder den Inhalt eines bestimmten Blocks zu lesen und zu beantworten. ⓘ
Die Befehlsschnittstelle ist eine Erweiterung der MultiMediaCard-Schnittstelle (MMC). SD-Karten unterstützen einige der Befehle des MMC-Protokolls nicht mehr, haben aber Befehle zum Kopierschutz hinzugefügt. Indem nur Befehle verwendet werden, die von beiden Standards unterstützt werden, bis der Typ der eingelegten Karte bestimmt ist, kann ein Hostgerät sowohl SD- als auch MMC-Karten unterstützen. ⓘ
Elektrische Schnittstelle
Alle SD-Kartenfamilien verwenden zunächst eine elektrische 3,3-Volt-Schnittstelle. Auf Befehl können SDHC- und SDXC-Karten auf 1,8 V-Betrieb umschalten. ⓘ
Beim ersten Einschalten oder Einstecken der Karte wählt das Host-Gerät anhand des Spannungspegels an Pin 1 entweder den SPI-Bus (Serial Peripheral Interface) oder den 1-Bit-SD-Bus aus. Danach kann das Host-Gerät einen Befehl zum Umschalten auf die 4-Bit-SD-Bus-Schnittstelle geben, wenn die SD-Karte dies unterstützt. Bei verschiedenen Kartentypen ist die Unterstützung des Vier-Bit-SD-Busses entweder optional oder obligatorisch. ⓘ
Nachdem festgestellt wurde, dass die SD-Karte dies unterstützt, kann das Host-Gerät die SD-Karte auch anweisen, auf eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit umzuschalten. Bis die Fähigkeiten der Karte festgestellt sind, sollte das Host-Gerät keine höhere Taktfrequenz als 400 kHz verwenden. SD-Karten mit Ausnahme von SDIO (siehe unten) haben eine "Default Speed"-Taktrate von 25 MHz. Das Host-Gerät muss nicht die maximale Taktrate verwenden, die die Karte unterstützt. Es kann mit weniger als der maximalen Taktrate arbeiten, um Strom zu sparen. Zwischen den Befehlen kann das Host-Gerät die Taktrate vollständig anhalten. ⓘ
Erzielen höherer Kartengeschwindigkeiten
Die SD-Spezifikation definiert vier Bit breite Übertragungen. (Die MMC-Spezifikation unterstützt dies und definiert auch einen acht Bit breiten Modus; MMC-Karten mit erweiterten Bits wurden vom Markt nicht akzeptiert.) Die Übertragung mehrerer Bits pro Taktimpuls erhöht die Geschwindigkeit der Karte. Moderne SD-Familien haben die Geschwindigkeit ebenfalls verbessert, indem sie schnellere Taktfrequenzen und die doppelte Datenrate (hier erklärt) in einer differenziellen Hochgeschwindigkeitsschnittstelle (UHS-II) bieten. ⓘ
Dateisystem
Wie andere Arten von Flash-Speicherkarten ist eine SD-Karte jeder SD-Familie ein blockadressierbares Speichermedium, bei dem das Host-Gerät Blöcke fester Größe lesen oder schreiben kann, indem es deren Blocknummer angibt. ⓘ
MBR und FAT
Die meisten SD-Karten werden mit einer oder mehreren MBR-Partitionen vorformatiert, wobei die erste oder einzige Partition ein Dateisystem enthält. Dadurch können sie wie die Festplatte eines PCs funktionieren. Gemäß der SD-Kartenspezifikation wird eine SD-Karte mit MBR und dem folgenden Dateisystem formatiert:
- Für SDSC-Karten:
- Kapazität von weniger als 32.680 logischen Sektoren (kleiner als 16 MB ): FAT12 mit Partitionstyp 01h und BPB 3.0 oder EBPB 4.1
- Kapazität von 32.680 bis 65.535 logischen Sektoren (zwischen 16 MB und 32 MB): FAT16 mit Partitionstyp 04h und BPB 3.0 oder EBPB 4.1
- Kapazität von mindestens 65.536 logischen Sektoren (größer als 32 MB): FAT16B mit Partitionstyp 06h und EBPB 4.1
- Für SDHC-Karten:
- Kapazität von weniger als 16.450.560 logischen Sektoren (kleiner als 7,8 GB): FAT32 mit Partitionstyp 0Bh und EBPB 7.1
- Kapazität von mindestens 16.450.560 logischen Sektoren (größer als 7,8 GB): FAT32 mit Partitionstyp 0Ch und EBPB 7.1
- Für SDXC-Karten: exFAT mit dem Partitionstyp 07h ⓘ
Die meisten Verbraucherprodukte, die eine SD-Karte aufnehmen, erwarten, dass sie auf diese Weise partitioniert und formatiert ist. Die universelle Unterstützung für FAT12, FAT16, FAT16B und FAT32 ermöglicht die Verwendung von SDSC- und SDHC-Karten auf den meisten Host-Computern mit einem kompatiblen SD-Lesegerät, um dem Benutzer die vertraute Methode der benannten Dateien in einem hierarchischen Verzeichnisbaum zu präsentieren. ⓘ
Auf solchen SD-Karten können Standard-Dienstprogramme wie das "Disk Utility" von Mac OS X oder SCANDISK von Windows verwendet werden, um ein beschädigtes Dateisystem zu reparieren und manchmal gelöschte Dateien wiederherzustellen. Defragmentierungstools für FAT-Dateisysteme können auf solchen Karten verwendet werden. Die daraus resultierende Konsolidierung von Dateien kann zu einer geringfügigen Verbesserung der zum Lesen oder Schreiben der Datei benötigten Zeit führen, jedoch nicht zu einer Verbesserung, die mit der Defragmentierung von Festplatten vergleichbar ist, bei der die Speicherung einer Datei in mehreren Fragmenten eine zusätzliche physische und relativ langsame Bewegung des Laufwerkskopfes erfordert. Außerdem werden bei der Defragmentierung Schreibvorgänge auf der SD-Karte durchgeführt, die auf die angegebene Lebensdauer der Karte angerechnet werden. Die Schreibausdauer des physischen Speichers wird im Artikel über Flash-Speicher behandelt; neuere Technologien zur Erhöhung der Speicherkapazität einer Karte bieten eine schlechtere Schreibausdauer. ⓘ
Bei der Neuformatierung einer SD-Karte mit einer Kapazität von mindestens 32 MB (65.536 logische Sektoren oder mehr), aber nicht mehr als 2 GB, wird FAT16B mit Partitionstyp 06h und EBPB 4.1 empfohlen, wenn die Karte für ein Verbrauchergerät bestimmt ist. (FAT16B ist auch eine Option für 4-GB-Karten, aber es erfordert die Verwendung von 64-KB-Clustern, die nicht allgemein unterstützt werden). FAT16B unterstützt Karten über 4 GB überhaupt nicht. ⓘ
Die SDXC-Spezifikation schreibt die Verwendung des proprietären exFAT-Dateisystems von Microsoft vor, für das manchmal entsprechende Treiber erforderlich sind (z. B. exfat-utils/exfat-fuse unter Linux). ⓘ
Andere Dateisysteme
Da der Host die SD-Karte als Blockspeichergerät betrachtet, benötigt die Karte keine MBR-Partitionen oder ein bestimmtes Dateisystem. Die Karte kann so umformatiert werden, dass sie jedes vom Betriebssystem unterstützte Dateisystem verwendet. Ein Beispiel:
- Unter Windows können SD-Karten mit NTFS und in neueren Versionen mit exFAT formatiert werden.
- Unter macOS können SD-Karten als GUID-Geräte partitioniert und entweder mit den Dateisystemen HFS Plus oder APFS formatiert werden oder weiterhin exFAT verwenden.
- Unter Unix-ähnlichen Betriebssystemen wie Linux oder FreeBSD können SD-Karten mit den Dateisystemen UFS, Ext2, Ext3, Ext4, btrfs, HFS Plus, ReiserFS oder F2FS formatiert werden. Zusätzlich kann unter Linux auf HFS Plus-Dateisysteme lesend und schreibend zugegriffen werden, wenn das Paket "hfsplus" installiert ist, und sie können partitioniert und formatiert werden, wenn "hfsprogs" installiert ist. (Diese Paketnamen sind unter Debian, Ubuntu usw. korrekt, können aber bei anderen Linux-Distributionen abweichen). ⓘ
Jede neuere Version des oben genannten Programms kann SD-Karten mit dem UDF-Dateisystem formatieren. ⓘ
Außerdem kann auf einer SD-Karte, wie bei USB-Flash-Laufwerken, ein Betriebssystem installiert sein. Computer, die von einer SD-Karte booten können (entweder über einen USB-Adapter oder durch Einstecken in das Flash-Medien-Lesegerät des Computers), anstatt von der Festplatte, können sich dadurch von einer beschädigten Festplatte erholen. Eine solche SD-Karte kann mit einer Schreibsperre versehen werden, um die Integrität des Systems zu wahren. ⓘ
Der SD-Standard erlaubt nur die Verwendung der oben erwähnten Microsoft FAT-Dateisysteme, und jede auf dem Markt produzierte Karte muss bei ihrer Auslieferung mit dem entsprechenden Standard-Dateisystem vorinstalliert sein. Wenn eine Anwendung oder ein Benutzer die Karte mit einem nicht standardisierten Dateisystem neu formatiert, kann der ordnungsgemäße Betrieb der Karte, einschließlich der Interoperabilität, nicht gewährleistet werden. ⓘ
Risiken der Neuformatierung
Die Neuformatierung einer SD-Karte mit einem anderen Dateisystem oder sogar mit demselben Dateisystem kann die Karte langsamer machen oder ihre Lebensdauer verkürzen. Einige Karten verwenden ein Wear-Leveling, bei dem häufig geänderte Blöcke zu unterschiedlichen Zeiten verschiedenen Teilen des Speichers zugeordnet werden, und einige Wear-Leveling-Algorithmen sind für die typischen Zugriffsmuster von FAT12, FAT16 oder FAT32 ausgelegt. Darüber hinaus kann das vorformatierte Dateisystem eine Clustergröße verwenden, die dem Löschbereich des physischen Speichers auf der Karte entspricht; eine Neuformatierung kann die Clustergröße ändern und Schreibvorgänge weniger effizient machen. Die SD Association bietet kostenlos herunterladbare SD Formatter-Software für Windows und Mac OS X an, um diese Probleme zu lösen. ⓘ
SD/SDHC/SDXC-Speicherkarten haben einen "geschützten Bereich" auf der Karte für die Sicherheitsfunktion des SD-Standards. Weder Standardformatierer noch der Formatierer der SD Association können diesen Bereich löschen. Die SD Association weist darauf hin, dass Geräte oder Software, die die SD-Sicherheitsfunktion nutzen, diese formatieren können. ⓘ
Stromverbrauch
Der Stromverbrauch von SD-Karten variiert je nach Geschwindigkeitsmodus, Hersteller und Modell. ⓘ
Während der Übertragung kann er im Bereich von 66-330 mW (20-100 mA bei einer Versorgungsspannung von 3,3 V) liegen. Die Spezifikationen von TwinMos Technologies geben ein Maximum von 149 mW (45 mA) während der Übertragung an. Toshiba gibt 264-330 mW (80-100 mA) an. Der Standby-Strom ist viel niedriger, weniger als 0,2 mA für eine microSD-Karte aus dem Jahr 2006. Bei längeren Datenübertragungen kann sich die Akkulaufzeit merklich verkürzen; die Kapazität von Smartphone-Akkus beträgt in der Regel etwa 6 Wh (Samsung Galaxy S2: 1650 mAh @ 3,7 V). ⓘ
Moderne UHS-II-Karten können bis zu 2,88 W verbrauchen, wenn das Hostgerät den Busgeschwindigkeitsmodus SDR104 oder UHS-II unterstützt. Die minimale Leistungsaufnahme im Falle eines UHS-II-Hosts beträgt 720 mW. ⓘ
| Bus-Geschwindigkeit Modus |
Max. Bus Geschwindigkeit [MB/s] |
Max. Takt frequenz [MHz] |
Signal spannung [V] |
SDSC [W] |
SDHC [W] |
SDXC [W] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HD312 | 312 | 52 | 0.4 | - | 2.88 | 2.88 |
| FD156 | 156 | 52 | 0.4 | - | 2.88 | 2.88 |
| SDR104 | 104 | 208 | 1.8 | - | 2.88 | 2.88 |
| SDR50 | 50 | 100 | 1.8 | - | 1.44 | 1.44 |
| DDR50 | 50 | 50 | 1.8 | - | 1.44 | 1.44 |
| SDR25 | 25 | 50 | 1.8 | - | 0.72 | 0.72 |
| SDR12 | 12.5 | 25 | 1.8 | - | 0.36 | 0.36 / 0.54 |
| Hohe Geschwindigkeit | 25 | 50 | 3.3 | 0.72 | 0.72 | 0.72 |
| Standard-Geschwindigkeit | 12.5 | 25 | 3.3 | 0.33 | 0.36 | 0.36 / 0.54 |
Speicherkapazität und Kompatibilität
Bei allen SD-Karten kann das Host-Gerät bestimmen, wie viele Daten auf der Karte gespeichert werden können, und die Spezifikationen der einzelnen SD-Familien geben dem Host-Gerät eine Garantie für die maximale Kapazität, die eine kompatible Karte bietet. ⓘ
Als die Spezifikation der Version 2.0 (SDHC) im Juni 2006 fertiggestellt wurde, hatten die Hersteller bereits 2-GB- und 4-GB-SD-Karten entwickelt, die entweder den Spezifikationen der Version 1.01 entsprachen oder die Version 1.00 kreativ interpretierten. Die daraus resultierenden Karten funktionieren in einigen Host-Geräten nicht korrekt. ⓘ
SDSC-Karten über 1 GB
Ein Host-Gerät kann jede eingelegte SD-Karte nach ihrem 128-Bit-Identifikationsstring (den Card-Specific Data oder CSD) fragen. Bei Karten mit Standardkapazität (SDSC) bezeichnen 12 Bits die Anzahl der Speichercluster (von 1 bis 4.096) und 3 Bits die Anzahl der Blöcke pro Cluster (dekodiert als 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 oder 512 Blöcke pro Cluster). Das Host-Gerät multipliziert diese Zahlen (wie im folgenden Abschnitt gezeigt) mit der Anzahl der Bytes pro Block, um die Kapazität der Karte in Bytes zu bestimmen. ⓘ
Die SD-Version 1.00 ging von 512 Byte pro Block aus. Dies erlaubte SDSC-Karten bis zu 4.096 × 512 × 512 B = 1 GB, für die es keine bekannten Inkompatibilitäten gibt. ⓘ
In Version 1.01 konnte eine SDSC-Karte stattdessen ein 4-Bit-Feld zur Angabe von 1.024 oder 2.048 Byte pro Block verwenden. Dies ermöglichte Karten mit 2 GB und 4 GB Kapazität, wie z. B. die Transcend 4 GB SD-Karte und die Memorette 4 GB SD-Karte. ⓘ
Frühe SDSC-Host-Geräte, die von 512-Byte-Blöcken ausgehen, unterstützen daher das Einstecken von 2-GB- oder 4-GB-Karten nicht vollständig. In einigen Fällen kann das Host-Gerät Daten lesen, die sich zufällig in den ersten 1 GB der Karte befinden. Wenn diese Annahme in der Treibersoftware getroffen wird, kann der Erfolg versionsabhängig sein. Außerdem kann es sein, dass ein Host-Gerät eine 4-GB-SDSC-Karte nicht unterstützt, da die Spezifikation davon ausgeht, dass 2 GB das Maximum für diese Karten sind. ⓘ
Berechnung der Speicherkapazität
Das Format des Registers Card-Specific Data (CSD) hat sich zwischen Version 1 (SDSC) und Version 2.0 (die SDHC und SDXC definiert) geändert. ⓘ
Version 1
In Version 1 der SD-Spezifikation werden Kapazitäten bis zu 2 GB durch Kombination von Feldern der CSD wie folgt berechnet:
Kapazität = (C_SIZE + 1) × 2(C_SIZE_MULT + READ_BL_LEN + 2)
wobei
0 ≤ C_SIZE ≤ 4095,
0 ≤ C_SIZE_MULT ≤ 7,
READ_BL_LEN ist 9 (für 512 Bytes/Sektor) oder 10 (für 1024 Bytes/Sektor) ⓘ
In späteren Versionen heißt es (in Abschnitt 4.3.2), dass eine 2-GB-SDSC-Karte ihre READ_BL_LEN (und WRITE_BL_LEN) auf 1024 Bytes einstellen muss, damit die obige Berechnung die Kapazität der Karte korrekt angibt; aus Gründen der Konsistenz darf das Host-Gerät jedoch (per CMD16) keine Blocklängen über 512 B anfordern. ⓘ
Versionen 2 und 3
Bei der Definition von SDHC-Karten in Version 2.0 besteht der C_SIZE-Teil der CSD aus 22 Bits und gibt die Speichergröße in Vielfachen von 512 KB an (das Feld C_SIZE_MULT wurde entfernt und READ_BL_LEN wird nicht mehr zur Berechnung der Kapazität verwendet). Zwei Bits, die früher reserviert waren, identifizieren jetzt die Kartenfamilie: 0 ist SDSC; 1 ist SDHC oder SDXC; 2 und 3 sind reserviert. Aufgrund dieser Neudefinitionen erkennen ältere Host-Geräte weder SDHC- oder SDXC-Karten noch deren korrekte Kapazität. ⓘ
- SDHC-Karten dürfen nur eine Kapazität von maximal 32 GB aufweisen.
- SDXC-Karten dürfen alle 22 Bits des C_SIZE-Feldes verwenden. Eine SDHC-Karte, die dies tat (und C_SIZE > 65,375 meldete, um eine Kapazität von über 32 GB anzugeben), würde gegen die Spezifikation verstoßen. Ein Host-Gerät, das sich bei der Bestimmung der maximalen Kapazität der Karte auf C_SIZE und nicht auf die Spezifikation verlässt, könnte eine solche Karte unterstützen, aber die Karte könnte in anderen SDHC-kompatiblen Host-Geräten versagen. ⓘ
Die Kapazität wird wie folgt berechnet:
Kapazität = (C_SIZE + 1) × 524288
wobei für SDHC
4112 ≤ C_SIZE ≤ 65375
≈2 GB ≤ Kapazität ≤ ≈32 GB
wobei für SDXC
65535 ≤ C_GRÖSSE
≈32 GB ≤ Kapazität ≤ 2 TB ⓘ
Kapazitäten über 4 GB können nur mit der Version 2.0 oder späteren Versionen erreicht werden. Um die Kompatibilität zu gewährleisten, muss dies auch bei Kapazitäten von 4 GB der Fall sein. ⓘ
Offenheit der Spezifikation
Wie die meisten Speicherkartenformate ist auch SD durch zahlreiche Patente und Marken geschützt. Mit Ausnahme von SDIO-Karten werden für die Herstellung und den Verkauf von Speicherkarten und Host-Adaptern Lizenzgebühren für SD-Karten erhoben (1.000 US-Dollar/Jahr plus Mitgliedschaft für 1.500 US-Dollar/Jahr). ⓘ
Frühe Versionen der SD-Spezifikation waren unter einer Geheimhaltungsvereinbarung (NDA) verfügbar, die die Entwicklung von Open-Source-Treibern untersagte. Das System wurde jedoch schließlich zurückentwickelt, und freie Softwaretreiber ermöglichten den Zugriff auf SD-Karten, die kein DRM verwenden. Nach der Veröffentlichung der meisten Open-Source-Treiber stellte die SDA eine vereinfachte Version der Spezifikation unter einer weniger restriktiven Lizenz zur Verfügung, um einige Inkompatibilitätsprobleme zu verringern. ⓘ
Im Rahmen einer Vereinbarung über Haftungsausschlüsse wurde die vereinfachte Spezifikation, die die SDA 2006 veröffentlichte - im Gegensatz zur Spezifikation für SD-Karten - später auf die physikalische Schicht, ASSD-Erweiterungen, SDIO und SDIO Bluetooth Type-A ausgeweitet. ⓘ
Die Vereinfachte Spezifikation ist verfügbar. ⓘ
Auch hier waren die meisten Informationen bereits bekannt, und für Linux gab es einen völlig kostenlosen Treiber. Die Entwicklung eines Chips, der dieser Spezifikation entspricht, veranlasste das One Laptop per Child-Projekt jedoch zu der Aussage, dass es sich um die erste echte Open-Source-SD-Implementierung handelt, bei der keine SDI-Lizenz erworben oder NDAs unterzeichnet werden müssen, um SD-Treiber oder -Anwendungen zu erstellen. ⓘ
Die proprietäre Natur der vollständigen SD-Spezifikation betrifft eingebettete Systeme, Laptops und einige Desktop-Computer; viele Desktop-Computer haben keine Kartensteckplätze, sondern verwenden bei Bedarf USB-basierte Kartenleser. Diese Kartenlesegeräte bieten eine Standard-USB-Massenspeicherschnittstelle für Speicherkarten, wodurch das Betriebssystem von den Details der zugrunde liegenden SD-Schnittstelle getrennt wird. Eingebettete Systeme (wie z. B. tragbare Musikplayer) erhalten jedoch in der Regel direkten Zugriff auf SD-Karten und benötigen daher vollständige Programmierinformationen. Desktop-Kartenleser sind selbst eingebettete Systeme; ihre Hersteller haben in der Regel die SDA für den vollständigen Zugriff auf die SD-Spezifikationen bezahlt. Viele Notebooks enthalten inzwischen SD-Kartenleser, die nicht auf USB basieren; Gerätetreiber für diese haben im Wesentlichen direkten Zugriff auf die SD-Karte, ebenso wie eingebettete Systeme. ⓘ
Der SPI-Bus-Schnittstellenmodus ist der einzige Typ, für den keine Host-Lizenz für den Zugriff auf SD-Karten erforderlich ist. ⓘ
Vergleich mit anderen Flash-Speicherformaten
Insgesamt ist SD weniger offen als CompactFlash oder USB-Flash-Speicher. Diese offenen Standards können implementiert werden, ohne dass man für Lizenzen, Lizenzgebühren oder Dokumentation bezahlen muss. (CompactFlash- und USB-Flash-Laufwerke können Lizenzgebühren für die Verwendung der markenrechtlich geschützten Logos der SDA erfordern). ⓘ
SD ist jedoch viel offener als der Memory Stick von Sony, für den es weder eine öffentliche Dokumentation noch eine dokumentierte Legacy-Implementierung gibt. Auf alle SD-Karten kann über den gut dokumentierten SPI-Bus frei zugegriffen werden. ⓘ
xD-Karten sind einfach 18-polige NAND-Flash-Chips in einem speziellen Gehäuse und unterstützen den Standard-Befehlssatz für rohen NAND-Flash-Zugriff. Obwohl die rohe Hardwareschnittstelle zu xD-Karten gut bekannt ist, ist das Layout des Speicherinhalts - das für die Interoperabilität mit xD-Kartenlesern und Digitalkameras erforderlich ist - völlig undokumentiert. Das Konsortium, das Lizenzen für xD-Karten vergibt, hat keine technischen Informationen an die Öffentlichkeit weitergegeben. ⓘ
| Typ | MMC | RS-MMC | MMCplus | MMCmobile | SecureMMC | SDIO | SD | miniSD | microSD ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SD-Sockel kompatibel | Ja | Extender | Ja | Extender | Ja | Ja | Ja | Adapter | Adapter |
| Pins | 7 | 7 | 13 | 13 | 7 | 9 | 9 | 11 | 8 |
| Breite | 24 mm | 24 mm | 24 mm | 24 mm | 24 mm | 24 mm | 24 mm | 20 mm | 11 mm |
| Länge | 32 mm | 18 mm | 32 mm | 18 mm | 32 mm | 32 mm+ | 32 mm | 21,5 mm | 15 mm |
| Dicke | 1,4 mm | 1,4 mm | 1,4 mm | 1,4 mm | 1,4 mm | 2,1 mm | 2,1 mm (meist) 1,4 mm (selten) |
1,4 mm | 1 mm |
| 1-Bit-SPI-Bus-Modus | Wahlweise | Wahlweise | Wahlweise | Wahlweise | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Maximaler SPI-Bustakt | 20 MHz | 20 MHz | 52 MHz | 52 MHz | 20 MHz | 50 MHz | 25 MHz | 50 MHz | 50 MHz |
| 1-Bit MMC/SD-Bus-Betrieb | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| 4-Bit MMC/SD-Bus-Betrieb | Nein | Nein | Ja | Ja | Nein | Wahlweise | Ja | Ja | Ja |
| 8-Bit MMC-Bus-Betrieb | Nein | Nein | Ja | Ja | Nein | Nein | Nein | Nein | Nein |
| DDR-Modus | Nein | Nein | Ja | Ja | Unbekannt | Unbekannt | Unbekannt | Unbekannt | Unbekannt |
| Maximaler MMC/SD-Bustakt | 20 MHz | 20 MHz | 52 MHz | 52 MHz | 20 MHz? | 50 MHz | 208 MHz | 208 MHz | 208 MHz |
| Maximale MMC/SD-Übertragungsrate | 20 Mbit/s | 20 Mbit/s | 832 Mbit/s | 832 Mbit/s | 20 Mbit/s? | 200 Mbit/s | 832 Mbit/s | 832 Mbit/s | 832 Mbit/s |
| Unterbrechungen | Nein | Nein | Nein | Nein | Nein | Wahlweise | Nein | Nein | Nein |
| DRM-Unterstützung | Nein | Nein | Nein | Nein | Ja | — | Ja | Ja | Ja |
| Benutzer verschlüsseln | Nein | Nein | Nein | Nein | Ja | Nein | Nein | Nein | Nein |
| Vereinfachte Spezifikation. | Ja | Ja | Nein | Nein | Unbekannt | Ja | Ja | Nein | Nein |
| Kosten der Mitgliedschaft | JEDEC: US$4.400/Jahr, optional | SD-Karten-Vereinigung: US$2.000/Jahr, allgemein; US$4.500/Jahr, Vorstand | |||||||
| Kosten für die Spezifikation | Kostenlos | Unbekannt | Vereinfacht: kostenlos. Vollständig: Mitgliedschaft oder US$1.000/Jahr für F&E-Nicht-Mitglieder | ||||||
| Gastgeberlizenz | Nein | Nein | Nein | Nein | Nein | US$ 1.000/Jahr, außer bei ausschließlicher Verwendung im SPI-Modus | |||
| Lizenzgebühren für die Karte | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja, US$1.000/Jahr | Ja | Ja | Ja |
| Open-Source-kompatibel | Ja | Ja | Unbekannt | Unbekannt | Unbekannt | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Nominale Spannung | 3.3 V | 3.3 V | 3.3 V | 1,8 V/3,3 V | 1,8 V/3,3 V | 3.3 V | 3,3 V (SDSC), 1,8/3,3 V (SDHC, SDXC & SDUC) |
3,3 V (miniSD), 1,8/3,3 V (miniSDHC) |
3,3 V (SDSC), 1,8/3,3 V (microSDHC, microSDXC & microSDUC) |
| Maximale Kapazität | 128 GB | 2 GB | 128 GB? | 2 GB | 128 GB? | ? | 2 GB (SD), 32 GB (SDHC), 1 TB (SDXC), 2 TB (SDXC, theoretisch), 128 TB (SDUC, theoretisch) |
2 GB (miniSD), 16 GB (miniSDHC) |
2 GB (microSD), 32 GB (microSDHC), 1 TB (microSDXC), 2 TB (microSDXC, theoretisch), 128 TB (microSDUC, theoretisch) |
| Typ | MMC | RS-MMC | MMCplus | MMCmobile | SecureMMC | SDIO | SD | miniSD | microSD |
- Die Tabellendaten wurden aus den MMC-, SD- und SDIO-Spezifikationen der SD Association und der JEDEC-Websites zusammengestellt. Die Daten für andere Kartenvarianten sind interpoliert. ⓘ
Datenwiederherstellung
Eine defekte SD-Karte kann mit Spezialgeräten repariert werden, solange der mittlere Teil, der den Flash-Speicher enthält, nicht physisch beschädigt ist. Der Controller kann auf diese Weise umgangen werden. Bei monolithischen Karten, bei denen sich der Controller auf demselben physischen Chip befindet, kann dies schwieriger oder sogar unmöglich sein. ⓘ
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. ⓘ
Busgeschwindigkeiten
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. ⓘ
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. ⓘ