SD 卡的标准
SD 卡的标准由 SD 协会制定，自 2000 年 1.0 版本发布以来，标准共进行了 **5 次**具有里程碑意义的重大修订，目前**最新主要标准版本是SD 9.1**。
图片来源：https://www.sdcard.org/developers/sd-standard-overview/
第一次重大修订：步入高容量时代 (SDHC)
- 标准版本：SD 2.0 (2006年)
- 核心变革：
容量突破2GB：引入SDHC（High Capacity）标准，将最大容量从2GB提升至32GB。
- 改变寻址方式：从字节寻址（Byte Addressing）改为块寻址（Block Addressing），以高效管理更大的容量空间。
- 强制使用FAT32：规定SDHC卡必须使用FAT32文件系统。
- 行业影响：这是SD卡发展史上的第一次重大飞跃，为高清照片和视频的普及奠定了存储基础。不支持SDHC的旧设备无法读取这种新卡。
第二次重大修订：扩展容量与初代高速总线 (SDXC & UHS-I)
- 标准版本：SD 3.0 (2009年)
- 核心变革：
容量再次飞跃：引入SDXC（eXtended Capacity）标准，将理论最大容量从32GB大幅提升至2TB。
- 引入UHS-I总线：首次引入UHS（Ultra High Speed）总线接口，理论速度上限达到104 MB/s，远超之前的High Speed模式（25 MB/s）。
- 强制使用exFAT：规定SDXC卡必须使用微软的exFAT文件系统，以支持大于32GB的分区和大于4GB的单个文件。
- 行业影响：此版本同时在容量和速度上实现了巨大突破，是SD卡进入专业摄影摄像领域的关键一步。
第三次重大修订：高速串行接口革命 (UHS-II)
- 标准版本：SD 4.0 (2011年)
- 核心变革：
1. 物理接口改变：首次在SD卡上增加了第二排物理引脚，用于高速差分信号传输。
2. 引入串行总线：从传统的并行总线转向高速串行总线架构，这是SD卡接口技术的根本性变革。
3. 速度大幅提升：UHS-II的理论速度达到312 MB/s，是UHS-I的三倍。
- 行业影响：彻底打破了并行总线的速度瓶颈，使得实时录制4K甚至更高规格的视频成为可能。UHS-II卡虽然可以向下兼容旧设备，但只有在支持UHS-II的设备上才能发挥其全部性能。
第四次重大修订：超大容量(SDUC)
- 标准版本：SD 6.0 (2018年)
- 核心变革：
定义满足未来需求的容量：引入SDUC（Ultra Capacity）标准，将理论最大容量从2TB再次提升至惊人的128TB。
- 文件系统不变：继续沿用exFAT文件系统。
- 行业影响：这是一次为未来数十年海量数据存储（如8K/16K视频、VR/AR内容、专业数据存档）所做的前瞻性布局。
第五次重大修订：拥抱PCIE/NVME标准 (SD Express)
- 标准版本：SD 7.0 (2018年)
- 核心变革：
协议彻底革新：放弃了传统的SD协议，首次将个人电脑领域成熟的PCI Express (PCIe)总线和NVMe协议集成到SD卡中。
- 复用UHS-II引脚：巧妙地复用UHS-II的第二排引脚作为PCIe数据通道。
- 速度媲美SSD：利用PCIe 3.0 x1通道，理论速度上限达到985 MB/s。
- 行业影响：这是SD卡历史上最具革命性的一次升级，使其从一个“存储卡”转变为一个“可移动的微型SSD”，为处理超高分辨率视频、RAW格式连拍和直接在卡上运行大型应用提供了强大的性能支持。
SD标准发布年份表格
| 发布年份 | 标准版本 | 核心变革 | 代表卡片/技术 |
|---|---|---|---|
| 2000年 | SD 1.0/1.1 | 基础规范，最大2GB | SDSC |
| 2006年 | SD 2.0 | 重大修订 1：容量提升至32GB | SDHC |
| 2009年 | SD 3.0 | 重大修订 2：容量提升至2TB，引入UHS-I总线 | SDXC, UHS-I |
| 2011年 | SD 4.0 | 重大修订 3：引入第二排引脚和串行总线 | UHS-II |
| 2016年 | SD 5.0 | 增强：引入V速度和A性能等级 | V30/V60/V90, A1/A2 |
| 2018年 | SD 6.0 | 重大修订 4：容量提升至128TB | SDUC |
| 2018年 | SD 7.0 | 重大修订 5：集成PCIe/NVMe协议 | SD Express |
| 2020年 | SD 8.0 | 增强：SD Express速度翻倍 | SD Express (PCIe 4.0) |
| 2023年 | SD 9.1 | 增强：优化SD Express性能保证机制 | SD Express 速度等级 E |
尺寸规格
SD 卡有三种尺寸，目前主要使用两种尺寸。与标准尺寸的 SD 卡相比，还定义了尺寸更小的 miniSD 和 microSD 卡。
容量规格
SD卡的容量规格是其发展历程中最直观的标志。随着数据需求的爆炸式增长，SD卡的容量标准也经历了四次重大的迭代。截至2025年，SD卡按容量主要分为**SDSC**、**SDHC**、**SDXC**和**SDUC**四个等级。
如下表所示，SD卡的命名严格与其容量范围和技术规范绑定。这一演进不仅是数字上的增长，更伴随着底层**寻址方式**和**文件系统**的根本性变革，这也是导致新旧设备兼容性问题的根源。
> 表: SD 卡按容量分为 4 个等级
| 名称 | 英文全称 | 标志 | 最大容量 | 寻址方式 | 默认文件系统 |
|---|---|---|---|---|---|
| SDSC | Standard Capacity | S | 2GB | 字节寻址 | FAT12/16 |
| SDHC | High Capacity | S HC | 32GB | 块寻址 | FAT32 |
| SDXC | eXtended Capacity | S XC | 2TB | 块寻址 | exFAT |
| SDUC | Ultra Capacity | S UC | 128TB | 块寻址 | exFAT |
接口规格
SD卡的接口是其性能的绝对核心，它定义了数据在卡片与主机设备之间传输的“高速公路”有多宽、有多快。为了满足日益增长的数据传输需求——从高清照片到8K专业视频录制，再到直接运行大型应用——SD卡的接口经历了从**传统并行总线**，到**高速串行总线**，最终到**融合PCIE/NVME架构**的三次革命性飞跃。
阶段一：并行总线时代 (传统SD接口)
SD卡早期的接口均基于并行总线技术，数据通过多条数据线（DAT0-DAT3）同步传输。
- 标准速度 (Default Speed, DS): 早期SD卡的基础模式，最高速度为12.5 MB/s。
- 高速度 (High Speed, HS): 随着SD 1.1标准的发布，时钟频率翻倍，使最高速度提升至25 MB/s。
- UHS-I (Ultra High Speed I): 这是并行总线技术的巅峰。通过引入更高时钟频率（最高208 MHz）和更高效的数据传输模式（SDR/DDR），UHS-I将理论最高速度一举提升至104 MB/s。它通过将信号电压从3.3V降至1.8V，显著降低了功耗和电磁干扰（EMI），至今仍是市场上最主流、性价比最高的接口类型。
阶段二：并行转向串行化 (UHS-II & UHS-III)
并行总线在更高频率下面临着信号同步（时钟偏斜）和干扰的物理瓶颈。为此，SD 4.0标准引入了革命性的**UHS-II**接口，标志着SD卡正式进入高速串行时代。
##### 物理与技术的根本变革
- 新增物理引脚: 如图所示，UHS-II卡在保留传统接口引脚（用于向下兼容）的基础上，增加了第二排引脚。这些新增引脚用于差分信号传输，即信号通过一对正负线路（如D0+/D0-）传输，极大地增强了抗干扰能力，允许在更高频率下稳定工作。
- 工作模式:
全双工 (FD156): 一对差分引脚用于发送，另一对用于接收，可同时进行读写操作，最高速度为156 MB/s。
- 半双工 (HD312): 两对差分引脚同时用于单向传输（读或写），带宽加倍，使最高速度达到312 MB/s。
**UHS-III**: 作为UHS-II的直接升级版，UHS-III沿用了完全相同的物理引脚布局，但通过优化电气性能，将速度再次翻倍，最高可达**624 MB/s**。
阶段三：转向PCIE总线和NVMe协议 (SD Express)
这是SD卡历史上最具颠覆性的变革。SD 7.0标准之后，SD协会不再“闭门造车”，而是直接将个人电脑领域极其成熟和高速的**PCI Express (PCIe)**总线和**NVMe**协议引入SD卡，使其性能媲美内置SSD。
支持 SD Express 标准的 SD 卡具有与 UHS-II 和 UHS-III 类似的引脚，但第二排引脚的形状不同。SD Express (SD7.0) 规定了使用“PCIe® Gen.3×1”和“PCIe® Gen.4×1”的传输标准，而 SD Express (SD8.0) 则增加了额外的引脚（第三排），并使用“PCIe® Gen.3×2”和“PCIe® Gen.4×2”的传输标准。
“PCIe® Gen.3×1”的最高传输速度为 985MB/s，“PCIe® Gen.4×1”为 1,970MB/s，“PCIe® Gen3x2”和“PCIe® Gen.4×2”则高达 3,940MB/s，SD 卡的传输速度得到了显著提升。
SD Express 的高速数据传输特性，使其开始应用于对外部存储性能有严苛要求的设备中。
SD Express卡保留了对UHS-I接口的兼容。当插入不支持SD Express的设备时，它会自动降级为UHS-I模式工作，确保了基础的可用性。
正确匹配卡片与主机设备的接口标志，是发挥SD卡全部性能潜力的关键。例如，将一张UHS-II卡插入仅支持UHS-I的相机中，其速度将被限制在104 MB/s以内。同理，只有使用支持SD Express的读卡器或设备，才能体验到媲美SSD的极速传输。
写入速度
对于SD卡而言，包装上标注的“最高读取速度”往往只在理想条件下才能达到，而真正决定其在视频录制、高速连拍和应用运行中表现的，是**最低持续写入速度**。一个瞬间的速度下降就可能导致视频录制中断或应用卡顿。
为此，SD协会建立了一套多维度、多版本的性能等级体系，以满足不同应用场景的精确需求。这个体系从最初简单的**速度等级(C)**，发展到面向高清视频的**UHS速度等级(U)**和**视频速度等级(V)**，再到衡量随机读写性能的**应用性能等级(A)**，以及为SD Express定义的最新**E等级**。
1. 速度等级 (Speed Class – ‘C’)
这是最早的性能标准，主要针对使用标准/高速度接口的卡片。它保证了在考虑**文件碎片化**情况下的最低写入速度，因此非常可靠，但数值较低。
- C2, C4, C6, C10: 分别保证最低2, 4, 6, 10 MB/s的写入速度。
- 核心特点: C2/C4/C6等级的测试考虑了最坏情况，即在非连续的闪存空间（碎片）中写入数据。这种操作会触发NAND闪存复杂的“读取-修改-写入”内部流程，导致性能下降。因此，这个等级的保证值相对保守，如今已基本被市场淘汰。
2. UHS速度等级 (UHS Speed Class – ‘U’) – 高清视频的标配
随着UHS-I总线的普及，为满足高清（1080p）和早期4K视频录制的需求，UHS速度等级应运而生。它的测试前提是**连续写入**，更符合视频码流的写入模式。
- U1: 保证最低10 MB/s的写入速度（等同于C10）。
- U3: 保证最低30 MB/s的写入速度。
U3等级在很长一段时间内是4K视频录制的黄金标准，至今仍是许多消费级无人机和相机的推荐规格。
3. 视频速度等级 (Video Speed Class – ‘V’) – 为4K/8K专业影像而生
随着视频分辨率、帧率和码率的不断攀升，U3的30MB/s已无法满足专业需求。为此，SD 5.0标准引入了视频速度等级，提供了更广的性能阶梯，并确保支持更大的数据块写入，以适应高规格视频流。
- V6, V10: 对应C6和C10，保证最低6MB/s和10MB/s。
- V30: 保证最低30 MB/s（等同于U3）。
- V60: 保证最低60 MB/s。
- V90: 保证最低90 MB/s。
**应用场景**: V30是当前主流4K视频录制的基础；V60和V90则是为8K视频、高帧率4K视频（如4K 120fps）、高码率RAW视频或360°全景视频等专业应用而设计的。
4. 应用程序性能等级 (Application Performance Class – ‘A’) – 运行游戏与应用程序需要重点考虑
上述所有等级都只关注**顺序写入**性能。然而，当SD卡被用作智能手机、便携式游戏机（如Nintendo Switch, Steam Deck）的扩展存储，直接运行应用程序时，**随机读写性能**变得至关重要。应用和操作系统需要频繁读写大量细碎的小文件，这正是传统SD卡的弱项。为此，A等级应运而生。
- A1:
最低随机读取: 1500 IOPS (每秒输入/输出操作次数)
- 最低随机写入: 500 IOPS
- 最低持续顺序写入: 10 MB/s
**A2**:
- 最低随机读取: 4000 IOPS
- 最低随机写入: 2000 IOPS
- 最低持续顺序写入: 10 MB/s
- 技术要求: A2标准要求卡片和主机支持命令队列(Command Queuing)和缓存(Cache)等高级功能，能更高效地处理多个随机I/O请求，性能远超A1。
5. SD Express速度等级 (SD Express Speed Class – ‘E’) – SSD级别的性能
这是在SD 9.1标准中为**SD Express**卡定义的最新性能等级。由于SD Express采用PCIe/NVMe架构，其性能已达到SSD级别，需要一套全新的保证体系。
- E150, E300, E450, E600: 分别保证在使用PCIe总线时，最低持续写入速度达到150, 300, 450, 600 MB/s。
该等级主要面向需要极高带宽和稳定性的专业应用，如多路8K视频流的同步录制、高速数据采集系统等。
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性能等级总览与选择指南
| 指标体系 | 标志 | 最低持续写入速度 | 核心应用场景 | 关键技术/假设 |
|---|---|---|---|---|
| 速度等级 | C2, C4, C6, C10 | 2-10 MB/s | 早期标清/高清录制 | 考虑文件碎片 |
| UHS速度等级 | U1, U3 | 10, 30 MB/s | 全高清、主流4K视频 | 顺序写入 |
| 视频速度等级 | V6 至 V90 | 6-90 MB/s | 高规格4K、8K、RAW视频 | 顺序写入 (支持大块) |
| 应用性能等级 | A1, A2 | 10 MB/s | 手机/游戏机 运行应用 | 随机读写 (IOPS) |
| SD Express速度等级 | E150 至 E600 | 150-600 MB/s | 专业多路8K录制、数据采集 | PCIe/NVMe模式 |
SD 存储卡徽标和规格
按文件系统标准划分的 SD 标志和数据容量
用于大容量数据传输的 UHS 总线接口规范
SD Express/ 创新的 SD 存储卡标准
用于视频拍摄的速度等级规范
所有速度等级均可确保在视频录制和其他应用中，在规定条件下达到所需的最低连续卡访问性能。
用于智能手机应用程序运行的应用程序性能等级标准
此标准规定了应用程序运行时所需的随机和顺序读/写的最低处理速度。
参考资料
https://www.sdcard.org/