microsd卡是内存卡吗？micros express 导入nvme驱动传输介面
2019-03-02 09:03
导读: 在2019年2月底于西班牙巴塞隆纳的MWC世界行动通讯（Mobile World Congress）大会中，SD协会发表了SD 7.1规范以及microSD Express，它最大的特色就是在microSD尺寸的记忆卡导入PCIe介面与NVMe协定，并与传统microSD向下相容，兼顾传输效能与相容性。 microSD
在2019年2月底于西班牙巴塞隆纳的MWC世界行动通讯（Mobile World Congress）大会中，SD协会发表了SD 7.1规范以及microSD Express，它最大的特色就是在microSD尺寸的记忆卡导入PCIe介面与NVMe协定，并与传统microSD向下相容，兼顾传输效能与相容性。
microSD Express与先前在SD 7.0规范中定义的SD Express一样，都是藉由PCIe介面带来最高985MB/s的资料传输速度，并透过NVMe协定强化记忆卡存取机制，而尺寸更小的microSD Express能应用于智慧型手机、平板电脑等行动装置，将可带来固态硬碟等级的效能与使用体验，藉由出色的传输效能，满足游戏、VR、多通道IoT装置、车用电脑、高画质行车记录器、360度摄影机等使用情境的需求。
采用向下相容的新脚针规范
SD Express、microSD Express在记忆卡的尺寸方面，皆与传统SD、microSD相同，至于脚针配置方面，SD Express与SD UHS-II相同，而microSD仅有上排脚针与microSD相同，下排的脚针虽然与microSD UHS-II相近，但是脚针的长度较短且位置稍微上移。
两者皆采用PCIe 3.1与NVMe v1.3等规范，并采用UHS-II的下排脚针传送PCIe差分讯号，而REFCLK、CLKREQ#、PERRST#等讯号则使用上排脚针。
无论是SD Express或microSD Express，其上排脚针都能相容UHS-I，因此可以直接插入传统装置或读卡机使用，但是两者都不相容UHS-II。
SD Express、microSD Express的初始化过程皆为弹性可变的，主控端可以采用传统SD介面或是PCIe介面对记忆卡进行初始化，但SD协会强列建议采用前者，以利确认容量、记忆卡状态等资讯。
当记忆卡连至PCIe与NVMe主控端后，就会被视为标准NVMe装置（Stander NVMe device），并列在「大量储存控制器-> 固态硬碟控制器-> NVM Express装置」底下，能够透过标准的NVMe驱动程式存取记忆卡。
至于传统SD的密码锁、防写开关等功能，也可以透过NVMe v1.3规范来达成相容，让使用者可以透过密码保护记忆卡，PCIe、NVMe介面都会因此无法存取内部资料，或是将防写开关切换至唯读状态时，避免资料被写入记忆卡。
目前SD 7.0与SD 7.1规范在电力供应的定义方面，让SD Express、microSD Express除了支援传统3.3V，还支援1.8V电压输入，能够达到省电的效果。
SD协会也指出预计在未来推出的规范中导入1.2V电压输入，但会透过全新的脚针（SD Express的#18、microSD Express的#17）达成，能够进一步对电力消耗与效能进行最佳化。
导入先进存取机制
PCIe与NVMe具有多种能够增加存取效能的通讯协定与机制，SD Express、microSD Express也导入了Bus mastering、Multi Queue、Host Memory Buffer等机制，让资料存取更有效率。
Bus mastering也称为第一方DMA（First-Party Direct Memory Access），能让系统中各装置直接存取记忆卡中的资料。举例来说，当行动装置要下载资料并写入记忆卡时，数据机可以直接将存取需求传送至记忆卡，而不需处理器介入处理，如此一来除了能改善存取延迟之外，因为过程不需要应用处理器（Application Processor）的协助，因此应用处理器能维持在低功耗状态，发挥降低系统资源占用与节省整体耗电量的效果。
Multi Queue也是NVMe的特殊功能之一，能够在记忆体中为每个处理器核心配置专属的存取命令伫列，解决了传统协定中只能在主控端拥有1个存取命令伫列的问题，能够避免主控端成为效能瓶颈。
Host Memory Buffer（以下简称HMB）则是能让记忆卡不需自行搭载缓冲记忆体的技术，其概念与无DRAM（DRAMLess）的故态硬碟相近。
在高速存取的硬体架构中，控制器往往需要缓冲记忆体等额外资源，然而嵌入于记忆卡的SRAM成本比主记忆体采用的DRAM高出许多，因此会影响到记忆卡的价格。 HMB是PCIe与NVMe的原生功能，能够在系统的主记忆体切出1块缓冲区供记忆卡使用（缓冲区容量由主控端决定），如此一来就能省下记忆卡上的SRAM，在效能与成本之间取得更理想的平衡。
SD协会也在SD 7.1白皮书提到，在记忆卡效能越来越高的情况下，主记忆体与记忆卡的关系也变得更具弹行，除了可以透过主记忆体作为缓冲区，省下记忆卡的SRAM元件外，还能反过来将记忆卡作为延伸的主记忆体，把高速的SD Express、microSD Express当作系统资源，节省主记忆体使用量。
标示图案保留前朝设计
由于SD Express、microSD Express具有向下相容功能，因此在记忆卡上是会除了会标示「Express」或简写的「Ex」之外，还会标示当插入传统SD、microSD等SD UHS-I规范的装置与读卡机时，会以「HC」、「XC」或「UC」速度运作。
如果要发挥SD Express、microSD Express记忆卡的最佳效能，就需要搭配支援的装置或读卡机。由于SD Express、microSD Express的向下相容只支援SD UHS-I规范，因此无论插入SD UHS-I、UHS-II或UHS-III装置或读卡机，最高传输速度都被限制在SD UHS- I的104MB/s。
虽然目前的记忆卡存取速度还没办法触及SD Express、microSD Express的上限，但随着快闪记忆体的技术提升，或许不用多久就会冲破传统规范的限制，因此提早制定规格更高的规范势在必行。另一方面，导入PCIe、NVMe不但能提升传输速度上限，也能透过先进的存取机制降低延迟，对于小档存取的效能表现有正面帮助。
接下来我们需要观察的重点之一，就是microSD Express是否能在智慧型手机、平板电脑等行动装置上普及，以及它的价格是否能落在一般消费者能接受的区间。
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