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闪存的胜利 相机存储卡发展简史
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簡介在1987年,東芝公司也就是現在鎧俠公司發(fā)明了NAND閃存,這是一項至關重要的發(fā)明,它直接改變了整個儲存器市場格局,讓PC淘汰了軟盤、刻錄光盤等低效率的移動儲存方式,而且為數碼相機普及奠定了一個關鍵基 ...
在1987年,東芝公司也就是現在鎧俠公司發(fā)明了NAND閃存,這是一項至關重要的發(fā)明,它直接改變了整個儲存器市場格局,讓PC淘汰了軟盤、刻錄光盤等低效率的移動儲存方式,而且為數碼相機普及奠定了一個關鍵基礎,更是在上世紀90年代引起了一場圍繞NAND技術的存儲卡之爭。
存儲卡興起
在1991年,柯達公司在德國Photokina展會上展示了一款數碼單反相機DCS,次年DCS正式上市,型號為DCS 100。DCS 100是一臺基于尼康膠片單反相機F3改造的數碼相機,搭載了一塊130萬像素、20.5 x 16.4mm大小的CCD傳感器,不過拍攝的照片是通過線纜輸出到外置的DSU(digital storage unit),容量為200Mb,售價兩萬美元起,在1991年至1994年數年間共售出了987臺。DCS 100雖是基于尼康F3機身,但是碩大的DSU決定了它毫無便攜性可言,只能固定位置部署,但它依然大獲成功,并指出數碼相機發(fā)展的最大瓶頸——存儲器。
在1994年Sandisk公司制定了一項名為CF(CompactFlash)的通用存儲卡標準,存儲卡大小為43*36mm,根據厚度分為3.3mm的Type I以及5mm的Type II兩種標準,后者一般用于容納微型硬盤或是其它設備,比如說哈蘇CFV數碼后備就是支持CF Type II標準,不過絕大部分數碼相機使用的是基于閃存技術的CF Type I。
CF卡的接口是68針PCMCIA接口的50針子集,因此完全兼容筆記本電腦上的PCMCIA插槽,讀取起來很方便。在傳輸協(xié)議上,它使用了PC上的IDE(PATA)并行協(xié)議,用“x”(1x=150KB/s)等級來標記速度,初期使用NOR閃存后來改為NAND閃存,1.0版之時就能提供了8.3MB/s帶寬與支持最大128GB容量。受益IDE協(xié)議,CF卡速度提升很快,但由于相同原因,在PC從PATA轉向SATA之時,CF卡也走到了終點,末代UDMA-7帶寬為167MB/s。
CF卡結構結實,尺寸合理,容量大,速度快,成功擊敗了Miniature卡、PCMCIA卡等標準,受到了數碼單反相機歡迎,尤其是中高端型號,比如尼康D3、佳能1D系列往往會配備雙CF卡,最后一款搭載CF卡的旗艦機型是尼康在2016年發(fā)布的D5單反相機。
不過對于俗稱小DC的固定鏡頭數碼相機來說,CF實在太大了,而且小DC對速度、容量也沒有那么高,因此在90年代業(yè)界陸續(xù)制定了新的標準,比如說東芝SM,Sandisk與西門子聯合制定的MMC。
SM(SmartMedia)是東芝制定的標準,最初它的名字是SSFDC(固態(tài)軟盤卡),造型類似一塊迷你的3.5英寸軟盤。它在一塊薄薄的塑料卡中嵌入了單塊NAND閃存芯片,沒有控制器,因此成本低,尺寸能做到很小,只有45.0×37.0×0.76mm,重1.8g,而且可通過轉接器插入軟驅中使用。但同樣因為沒有控制器,兼容性表現不太好而且可靠性表現一般。
MMC(MultiMediaCard)是一種比SM長寬更短的存儲卡,大小為32×24×1.4 mm,重2g,由Sandisk與西門子在1997年制定,初期使用1bit的串行接口,后期升級到4bit或是8bit,后期還衍生出RS-MMC、MMCplus、MMCmobile、SecureMMC多個標準。
CF、SD稱雄
不過無論是SM,還是MMC都沒有笑到最后,它們最終被東芝、松下、Sandisk建立的新標準SD擊敗,其后SD與CF共同統(tǒng)治了相機存儲卡標準10多年時間,SD至今仍是中低端無反相機標配存儲卡。
在1999年,東芝、松下、Sandisk三家企業(yè)聯合推出了SD卡(Secure Digital ),它比MMC卡厚了0.7mm,尺寸32×24×1.4mm,因此可以容納更大的閃存顆粒,同時采用MMC卡一樣的軌道式設計,向上兼容MMC卡,并且增加了SDMI協(xié)議,具有版權保護功能,大大受音樂業(yè)界歡迎,因此迅速代替了MMC卡。
后來SD還衍生出兩種不同物理規(guī)格——miniSD、microSD(也稱TF),miniSD大小為21.5×20.0×1.4mm,不到SD卡一半,不過相對后來者——只有15.0×11.0×1.0mm大小的microSD,miniSD還是太大了,性能又沒有質的優(yōu)勢,所以它最后被microSD淘汰,microSD成為智能手機、運動相機、無人機、行車記錄儀中最受歡迎的存儲卡。
在20多年發(fā)展中,SD標準經歷了多次革新,初期SD1.0規(guī)范時代和CF卡一樣,用“x”標記速度,到了SD2.0規(guī)范時代,用Class2、Class4、Class6和Class10來標記存儲卡速度,到了SD3.01規(guī)范中引入了UHS(Ultra High Speed ,超高速總線),UHS-I帶寬達到了104 MB/s,到了SD4.0規(guī)范中增加了針腳數量,從而將最大帶寬提升至312MB/s。期間還出現了SDHC、SDXC標準,用于擴大SD卡容量。后來業(yè)界推出了帶寬達到624MB/s的UHS III標準以及基于PCIe總線的SD Express,但是在售SD最高標準依然停留UHS II,大部分microSD停留在UHS I,反而出現了一些超頻UHS I標準SD卡,在搭配專用讀卡器下能夠實現170MB/s讀取速度。
在SD卡標準誕生之初,并非沒有對手的,奧林巴斯與富士于2002年推出的XD-Picture,以及索尼獨力支持的記憶棒(Memory Stick)就是對手之一。只是XD-Picture卡雖然小,只有20×25×1.7mm、重2g,但是不是一個開放標準,且采用直讀閃存的設計,因此初期問題不少,比如說不能讀卡器格式存儲卡,傳輸照片時不能剪切否則會導致存儲卡出錯,因此難以獲得富士、奧林巴斯之外廠商支持,最終在2009年走向謝幕。
記憶棒是索尼2006年在CES上公布的標準,除了標準版本Memory Stick外,還衍生出多個Memory Stick PRO、Memory Stick Duo、Memory Stick PRO Duo、Memory Stick Micro規(guī)格,除了誕生時間較晚外,它還有索尼自定義標準大部分通病——不開放,早期只有索尼生產,后來才開放給Apacer等第三方廠商生產;壟斷導致產品價格高,而性能、尺寸比SD卡又沒有優(yōu)勢,在很長時間內記憶棒反而是宰索尼產品用戶利刃,比如說PSP用戶就深受其害。
在SD卡大殺四方的同時,CF卡并非沒有受到挑戰(zhàn),在2008年CF協(xié)會推出了CFast標準,它和PC一樣,使用了新串行SATA總線,支持全雙工模式(CF卡為半雙工),帶寬達到了3Gbps。然而在2008年NAND閃存價格高、性能也不夠強,比如說東芝同年發(fā)布的MLC顆粒、2.5英寸固態(tài)硬盤THNS256GE8BC,順序讀寫速度分別只能達到了120MB/s、70MB/s,連CF卡都喂不飽,CFast生不逢時。
CFast走向成功關鍵是ARRI在IBC2013上發(fā)布了使用CFast 2.0存儲卡的電影機Amira,CFast 2.0使用SATA 6Gbps接口,與Amira同步推出的CFast 2.0性能達到了驚人的450MB/s,自從CFast 2.0逐漸在電影機中普及,不過在相機市場中只有佳能EOS-1D X Mark II使用了CFast 2.0卡。
CF卡的淘汰與新兩強局面
把CF卡拍到岸上的后浪是CFexpress Type B卡,但要介紹此卡就不得不提XQD卡。XQD是一種基于PCIe總線技術的存儲卡,在2010年11月Sandisk、索尼和尼康首次公布此標準,并在次年定型,存儲卡大小為38.5× 29.8×3.8mm。由于使用了PCIe總線,帶寬大幅度提高,達到了4Gbps,2012年6月發(fā)布XQD2.0更是升級到PCIe 3.0總線,帶寬提高到8Gbps。
XQD速度雖然遙遙領先,但是支持廠商寥寥無幾且力度不大,尼康在前期只在旗艦機型D4、D4S等相機使用XQD,索尼更是只有少數攝影機支持,如PXW-Z100,Phase One XF IQ4則是少數第三方支持者,因此XQD卡一直不溫不火。
事情轉機發(fā)生在2016年,CF協(xié)會在XQD基礎上,加入了NVMe協(xié)議,推出了CFxpress Type B存儲卡,它的尺寸與XQD一模一樣,不少XQD設備可以通過固件升級支持CFxpress Type B。CFxpress Type B卡1.0版本就擁有2條PCIe 3.0通道,帶寬可達1.97GB/s,到了2.0版中衍生出CFxpress Type A、CFxpress Type B和CFxpress Type C三個版本,分別擁有1、2、4條PCIe 3.0通道,對應帶寬是1.0 GB/s、2.0 GB/s、4.0 GB/s,其中CFxpress Type A大小為20x28x2.8 mm,CFxpress Type B大小為54x74x4.8 mm在今天,CFxpress Type B借著佳能EOS R5的熱賣,已經徹底淘汰CF和XQD,成為中高端相機的標配,只有使用CFxpress Type A的索尼相機例外,CFxpress Type C缺少電影機、攝像機制造商支持,至今沒有量產上市。
憑借著出色的性能、合適的大小、不算高的發(fā)熱量以及較高性價比,CFxpress Type B會像當年的CF一樣,在未來多年時間里牢牢抓住中高端相機存儲卡市場。SD(UHS II)雖然標準老舊,但是312MB/s足夠滿足大部分應用場景——甚至包括8K30P RAW視頻需求(Z9的8K30P RAW最低碼率為1740MBps),它的問題和CFxpress Type A一樣,要在小尺寸下實現高速高容量成本太高了,升級標準的意義有限。但憑借便宜、夠用SD卡仍會抓緊中低端市場,與CFxpress Type B卡一同稱霸相機市場,而CFxpress Type A堪比記憶棒復刻,給索尼Alpha相機用戶重溫PSP用戶體驗。真正笑道最后的是NAND閃存,它淘汰了NOR閃存、微硬盤,成為數碼相機唯一儲存技術。
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