SD Memory Card

Speichermedium SecureDigital Memory Card (SD Card)
Logo der SD-Karte
Allgemeines
Typ	Halbleiterspeicher
Kapazität	SD: 8 MB bis 2 GB[1] SDHC: 4 GB bis 32 GB SDXC: 32 GB[2] bis max. 2 TB[3]
Größe	SD: 32,0 × 24,0 × 2,1 mm miniSD: 20,0 × 21,5 × 1,4 mm microSD: 11 × 15 × 1 mm
Schreib- geschwindigkeit	bis zu 30 MB/s = 200 x (2008: SanDisk Extreme III High Performance Card)
Gebrauch	mobile Geräte: Digitalkameras, Mobiltelefone, MP3-Player, Camcorder
Ursprung
Entwickler	SanDisk
Vorstellung	2001
Vorgänger	Multimedia Card

SD-Speicherkarten. Von oben: SD Card, miniSD, microSD (früher: Trans Flash)

Eine SD Memory Card (Kurzform für Secure Digital Memory Card; deutsch Sichere digitale Speicherkarte) ist ein digitales Speichermedium, das nach dem Prinzip der Flash-Speicherung arbeitet.

Die SD-Karte wurde im Jahr 2001 von SanDisk auf Basis des älteren MMC-Standards entwickelt. Der Name Secure Digital leitet sich von zusätzlichen Hardware-Funktionen für das Digital Rights Management (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 Konsortiums,^[4] die auch in ähnlicher Weise (CPPM) bei der DVD-Audio benutzt wird. Die genaue Spezifikation steht unter Verschluss und kann nur von den zahlenden Lizenznehmern der SD Card Association eingesehen werden. Die SD-Karten-Vereinigung hat nach eigenen Angaben derzeit weltweit 1000 Mitglieder mit 460 Handels- bzw. Firmenmarken, die Spezifizierung ist aber bisher nicht DIN-, EN-, IEC- oder ISO-genormt. Unabhängig hiervon ist jedoch ein Teil der Zugriffsprotokolle, ohne Zugang zum geschützten Speicherbereich, offengelegt. Hardwareseitig wird der Zugriff hier über SPI abgewickelt.^[5]

Aufbau der Karte

Die Speicherkarte besitzt einen integrierten Controller, ist 32 mm × 24 mm × 2,1 mm groß und hatte ursprünglich eine Kapazität von 8 Megabyte. Nachfolgende Karten verdoppelten den Speicherplatz jeweils (16, 32, … MB), so dass heute Kapazitäten von 32 Gigabyte^[6] und 64 GB verfügbar^[7] sind. Ausnahmen in diesem Schema sind 6 GB, 12 GB, 24 GB und 48 GB fassende Karten, die derzeit (Stand Dezember 2010) nur von Panasonic hergestellt werden.

An der Seite einer SD-Karte befindet sich ein kleiner Schieber für die Einstellung des Schreibschutzes. Dieser Schieber ist jedoch kein Schutzmechanismus auf der Karte selbst, sondern wird nur vom Kartenhalter erkannt und per Geräte-Software ausgewertet. Meist bedarf es lediglich einer ausreichend festen Schicht Klebeband anstelle des Schreibschutzschiebers, um beschädigte Karten wieder beschreibbar zu machen. Die Lesegeräte nutzen meist einen Metallabnehmer zur Statuserkennung, der durch ausreichend Kraft an der Position „beschreibbar“ heruntergedrückt werden muss.

Das Konsortium für SD-Karten definiert nur eine Kartenkapazität bis maximal 1 GB (SD 1.0) und 2 GB (SD 1.1). Karten mit einer Kapazität von 4 GB, die als SD-Karten (nicht SDHC) verkauft werden, entsprechen nicht den Spezifikationen und führen vor allem in etwas älteren Geräten manchmal zu Problemen, außerdem funktionieren sie in einigen SDHC-Geräten (beispielsweise in einigen Lumix-Modellen von Panasonic) nicht. Geräte, die nur SD 1.0 unterstützen (ältere Kartenleser und oft auch neuere interne von Notebooks), lesen 2-GB-Karten manchmal, verursachen aber diverse Fehler im Speicherbereich über 1 GB, so etwa Schreibfehler. Oft wird die Karte auch einfach nur mit der Kapazität von 1 GB angezeigt und partitioniert.

In der Konsortialspezifizierung werden verschiedene Zugriffsverfahren wie 1- oder 4-Bit serielle Datenübertragung festgelegt. Außerdem wird eine genau zu befolgende Initialisierungssequenz spezifiziert, anderweitig wird der Host-Controller des Kartenlesers/PDA abgeschaltet.

SDHC (SD 2.0)

Logos der SDHC-Tempoklassen. „Speed-Class 6“ besitzt eine Speichergeschwindigkeit von mindestens 6 Megabyte je Sekunde

Eine Erweiterung dieser Spezifizierung macht Speicherkapazitäten bis zu 32 GB unter der Bezeichnung SDHC (SD High Capacity) möglich. SDHC-Karten funktionieren nicht in Geräten, die lediglich mit SD-Karten umgehen können. Da dies nicht immer auf den Geräten vermerkt ist, sollte man das Zusammenspiel von Karte und Lesegerät vor dem Kauf testen. Die Abmessungen entsprechen denen von SD-Karten.

Darüber hinaus legt die SDHC-Spezifikation Leistungsklassen fest, die gesicherte Mindestübertragungsraten für die Aufzeichnung von MPEG-Datenströmen festschreiben: Bei Karten der Klasse 2 sind es 2 MByte/s, bei Klasse 4 sind es 4 MByte/s, bei Klasse 6 sind es 6 MByte/s, und bei Klasse 10 sind es mindestens 10 MByte/s. AVC-HD-Kameras benötigen meist mindestens 1 MByte/s, die Panasonic HDC-SD1 mit 13 MBit/s, also 1,6 MB/s, womit Klasse 2 ausreichend wäre. Höhere Datenraten sind vorteilhaft für die Serienbildaufnahme von Digitalkameras und die Übertragung zum PC. Nach diesem Schema sind die Klassen auf den SDHC-Speicherkarten mindestens mit einer der Zahlen 2, 4, 6 oder 10 innerhalb eines nach rechts offenen Kreises bedruckt (siehe Fotos). Die bisherigen SD-Spezifikationen sahen einen solchen für alle Hersteller allgemein verbindlichen Standard für Transferraten nicht vor.

Im August 2006 kam die erste 4-GB-SDHC-Speicherkarte auf den Markt, Anfang 2008 folgte die weltweit erste Klasse-6-Karte mit 32 GB, im Dezember 2009 die Klasse-10-Karten.^[8]

Da primär für den Gebrauch in Digitalkameras bestimmt, sind SDHC-Karten in der Regel mit dem Dateisystem FAT32 formatiert. Deshalb sind sie mit älteren Kameras, die lediglich das (bei SD-1.x-Karten übliche) FAT16-Format verstehen, nicht kompatibel. Für die Nutzung in älteren Kameras ist es möglich, SDHC-Karten mit FAT16 zu formatieren, was allerdings die nutzbare Kapazität auf 2 GB und 4 GB beschränkt. Prinzipiell sind SD-Karten (und somit auch SDHC-Karten) nicht auf das FAT-Dateisystem beschränkt. Es ist durchaus kein Problem, sie mit anderen Dateisystemen (wie etwa UFS, ZFS, ext3, NTFS oder HFS) zu verwenden, was diese Medien wegen ihrer Größe als Ersatz für USB-Sticks sowie für die Nutzung in digitalen Camcordern interessant macht. Zu beachten ist dabei jedoch, dass sie wegen mangelnder Unterstützung dieser Dateisysteme in Digitalkameras nicht angesprochen werden können und ein Kartenfehler gemeldet wird.

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  Logo der SD-HC-Karte

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  SDHC-Karte 8 GB Class 6

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  Die eigentlichen Speicherchips benötigen oft nur noch einen kleinen Teil des Gehäuses

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  Platine einer 64 MB-SD-Speicherkarte

SDXC (SD 3.0)

Auf der Consumer Electronics Show 2009 kündigte die SD Card Association den Nachfolger von SDHC an.^[9] Die Spezifikation der SDXC (SD eXtended Capacity) genannten Karten erlaubt eine Größe bis 2 TB (2.048 GB). Die Einteilung in Leistungsklassen wird beibehalten und reicht nun bis 104 MB/s, geplant sind 300 MB/s. Als Dateisystem kommt häufig das für Flashspeicher optimierte exFAT von Microsoft zum Einsatz.

Treiber für Microsofts exFAT gibt es unter Windows 7, in Windows Vista ab Service-Pack 1 und Mac OS X (ab 10.6.5). Für Windows XP ist ab Service-Pack 2 ein separates Update erhältlich. Mithilfe eines Patentaustauschabkommens mit Microsoft ist Tuxera nach eigenen Angaben daran, einen exFAT-Treiber für Embedded-Linux zu entwickeln. ^[10] Ob dieser Treiber jedoch wie Tuxeras NTFS-3G nach dem "Dual-Licensing"-Prinzip sowohl unter einer kommerziellen Lizenz, als auch unter einer Open-Source-Lizenz veröffentlicht wird, ist nicht bekannt.

Andere Dateisysteme wie FAT32 oder ext3 sind auch möglich, um die Kompatibilität zu älteren Geräten zu gewährleisten. SDXC-Karten sind nicht abwärtskompatibel zu SDHC-oder SD-Kartenlesern beziehungsweise -Hosts.

Pretec hat am 6. März 2009 die erste SDXC-Speicherkarte mit einer Speicherkapazität von 32 GB und einer Schreib- und Lesegeschwindigkeit von 50 MB/s vorgestellt.^[11] Panasonic brachte im Frühjahr 2010 Karten mit 48 und 64 GB auf den Markt.^[12] Die erste Karte mit einer Kapazität von 128 GB wurde im März 2011 von Lexar vorgestellt.^[13] Erste Geräte, die SDXC unterstützen, sind bereits auf dem deutschen Markt erhältlich.^[14][15]

Bauformen

miniSD

Für kleine Geräte wurde die miniSD entwickelt. Sie ist mit 20 mm × 21,5 mm × 1,4 mm etwa halb so groß wie die SD-Card. Mit Hilfe eines häufig beim Kauf mitgelieferten Adapters passt sie in jeden normalen SD-Slot. Diese kleinen Karten werden derzeit mit einer Speicherkapazität von 32 MB bis 16 GB (miniSDHC) angeboten. Seit September 2009 ist die Produktion aber weitestgehend eingestellt worden, es sind somit nur noch Restbestände erhältlich.

microSD

Micro-SD-Karte mit Adapter

→ Hauptartikel: microSD

Die microSD-Karte (ehemals unter dem Namen TransFlash bekannt) ist nochmals kleiner als die miniSD. Sie hat mit 11 mm × 15 mm × 1,0 mm^[16] gerade die Größe eines Fingernagels und ist (Stand 2011) die kleinste Flash-RAM-Speicherkarte der Welt. microSD-Karten werden derzeit mit einer Speicherkapazität bis 32 GB (microSDHC) angeboten.^[17]

Sowohl miniSD als auch microSD lassen sich per Adapter auf SD-Kartenformat bringen. Eine microSD-Karte kann zudem auch per Adapter auf miniSD-Format gebracht werden.

Spezielles

SD-Karten mit USB-Anschluss und Abdeckung

SD-Karte mit USB-Anschluss ohne Abdeckung

• Seit Januar 2005 gibt es spezielle SD-Karten, die über einen integrierten USB-Anschluss verfügen und somit auch ohne Adapter oder Speicherkartenlesegerät an eine USB-Buchse des Typs A angeschlossen werden können. Der USB-Anschluss ist meistens durch eine Abdeckung verdeckt, die entweder weggeklappt oder abgezogen werden kann.
• Seit Mitte 2008 gibt es SD-Karten mit einer integrierten WLAN-Funktion. Diese werden unter dem Handelsnamen Eye-Fi Card verkauft.^[18] Je nach Karten-Typ werden PC-Synchronisation, Internet-Upload über Hotspots oder Wireless Access Points ermöglicht, dazu noch das Abspeichern der geografischen Daten des Aufnahmeortes. Sie besitzen den gleichen Formfaktor wie SD-Karten und passen somit in die meisten Kamera-Modelle. Mögliche Geokoordinaten entstammen einer Datenbank örtlicher W-LAN-Stationen (Skyhook) und werden beim Durchleiten der Bilder durch das Internet den EXIF-Daten hinzugefügt.
• Für die microSD-Karten werden seit 2009 auch USB-Adapter angeboten.

Übertragungsgeschwindigkeit

SD-Platine mit zwei Speicherbänken

Lag anfangs die Übertragungsgeschwindigkeit bei ca. 3,6 MB/s (lesen) und 0,8 MB/s (schreiben), so erreichen selbst preiswerte Karten heute eine Schreibgeschwindigkeit bis zu 9 MB/s. Die sogenannten Highspeed-Karten erreichen mittlerweile bis zu 30 MB/s beim Schreiben.

Eine Möglichkeit, die Schreibgeschwindigkeit zu erhöhen, ist die Verwendung von zwei parallel angesprochenen Speicherbänken, wie hier nebenstehend am Beispiel einer 2-GB-Karte von extrememory, die in der aktuellen (2008) PERFORMANCE genannten Serie 15 MB/s betragen kann.

Die maximalen Werte schwanken jedoch stark und sind vom Hersteller und den zur Nutzung verwendeten Geräten abhängig. Die Übertragungsgeschwindigkeit wird meist nicht direkt angegeben, sondern als Faktor auf Basis der Lesegeschwindigkeit von CDs (= ca. 150 kB/s für die ursprünglichen single speed- oder 1x-Laufwerke). Diese Schreibweise hat sich, ausgehend von CD-Brennern, auch für andere beschreibbare Speichermedien verbreitet. Beispiel: High Speed SD Card 50x = ca. 7,5 MB/s Schreibgeschwindigkeit. Es ist zu beachten, dass eine zu geringe Schreibgeschwindigkeit von Speicherkarten die Leistungsfähigkeit bei Geräten mit einem schnell zu bearbeiteten, hohen Datenvolumen störend begrenzen kann. Bei digitalen Kameras kann die maximale Bildwiederholungsfolge unter der Herstellerangabe liegen, und beim Aufnehmen von Videos kann unter Umständen die mögliche Auflösung beschränkt sein.

Geschwindigkeitsklassen

In der SD-2.00-Spezifikation sind folgende Geschwindigkeitsklassen ("speed classes") als minimale Schreibgeschwindigkeiten^[19][20] definiert:

• Class 2: 16 Mbit/s (2 MB/s)
• Class 4: 32 Mbit/s (4 MB/s)
• Class 6: 48 Mbit/s (6 MB/s)
• Class 10: 80 Mbit/s (10 MB/s) (erst nachträglich in Version 3.0 definiert)

Am 23. Juni 2010 wurde die UHS-Klassifizierung (UHS: Ultra High Speed) für das UHS-Bus-System vorgestellt. Dieses ist der Nachfolger des bisherigen "Normal Bus I/F" (Speed Classes 2, 4 und 6) sowie "High Speed Bus I/F" (Speed Class 10).^[21][19] Auf der IFA 2010 wurden erste UHS-I SD-Speicherkarten vorgestellt sowie von der SD Association die Entwicklung von SD 4.0 bekanntgegeben.^[22][23]

• SDHC-UHS I und SDXC-UHS I: 104 MB/s - Ultra HighSpeed I (UHS-I)

Maximale Anzahl der Schreibvorgänge

USB-Kartenleser für SD- und MMC-Karten

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 physikalische Speicherbereiche umgelenkt (engl. „wear leveling“), 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, so dass es kaum eine Auswahlmöglichkeit nach Langlebigkeit gibt. 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.

Neben der Begrenzung durch Schreibvorgänge kann jede SD-Karte natürlich wie jedes andere technische Gerät auch kaputtgehen. Dazu zählen neben Ausfällen durch Alterung genauso elektrische Schäden (ESD, häufig fällt dann „nur“ der Kartencontroller aus, nicht der Flashspeicher selbst) und mechanische Schäden (Schäden durch Steckvorgänge, Schäden durch Verbiegungen der Karte, Auseinanderplatzen der Karte).

Nutzung

SD-Karten werden in vielen verschiedenen Geräten eingesetzt. Häufig kommen sie zur Aufnahme von Fotos in Digitalkameras, in MP3-Playern zur Wiedergabe von MP3-Dateien und in PDAs und Mobiltelefonen für unterschiedliche Anwendungsbereiche zum Einsatz. Mobile Navigationssysteme verwenden SD-Karten zum Abspeichern des Landkartenmaterials, ferner verwenden einige Handheld-Konsolen und inzwischen auch E-Book-Reader (z. B. von SONY) SD-Karten.

Geräte mit SD-Steckplatz sind meist abwärtskompatibel zu MMC-Karten. So lassen sich MMCs meist auch in Geräten betreiben, die für die SD-Memory-Card ausgelegt sind. Von einigen älteren Toshiba-Laptops wird der Betrieb von MMC-Karten im SD-Leser jedoch nicht unterstützt. Außerdem können schnelle MMC-Karten in reinen SD-Lesern nicht mit voller Geschwindigkeit angesprochen werden; hierfür ist eine vollwertige MMC-Unterstützung nötig. Das Betreiben von SD-Karten in Geräten, die nur für MMC ausgelegt sind, ist hingegen nicht möglich. Um Fehlbenutzungen zu vermeiden, haben SD-Karten ein etwas dickeres Gehäuse als MMC-Karten. Daher passen SD-Karten wegen ihrer Dicke normalerweise nicht in MMC-Steckplätze.

Abgesehen von der Digitalfotografie mit hohen Auflösungen und schneller Bildfolge oder der Aufnahme von Videos, ist für die meisten Geräte und Anwendungszwecke die Verwendung von SD-Karten mit hoher Schreibgeschwindigkeit ("high speed") nicht erforderlich. SDIO-kompatible Steckplätze (SDIO steht für „SD Input/Output“) ermöglichen auch den Anschluss anderer Geräte (Radio, Kamera, W-LAN).

Weblinks

 Commons: SD Memory Card – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• SD Card Association
• 22 SDHC/SDXC-Speicherkarten im Test abgerufen am 31. August 2011
• Speicherkarten: 24 SD-Modelle im Test abgerufen am 16. Mai 2008
• Test: 19 SDHC-Speicherkarten abgerufen am 6. Oktober 2010
• Infos/Testberichte zur Lese- und Schreibgeschwindigkeit von Speicherkarten
• Performance Database von CF/SD für digitale Kameras
• Secure Digital (SD) card connector pinout
• SD-HC und SD-XC mit Klasse I

Einzelnachweise

1. ↑ SD Association
2. ↑ Pretec kündigt 32GB SDXC an
3. ↑ Artikel zu SDXC-Karten von mobile2day.de
4. ↑ SD CPRM White Paper (PDF-Datei)
5. ↑ SD Card Developer Manual (PDF-Datei)
6. ↑ SDHC-Karten speichern 32 GByte
7. ↑ Panasonic kündigt 64 GB große SDXC-Karte an
8. ↑ Class 10 SDHC Speicherkarten von Transcend
9. ↑ Ankündigung SDXC (PDF-Datei)
10. ↑ Tuxera exFAT Embedded
11. ↑ dpreview: Pretec introduces world's first SDXC card (englisch)
12. ↑ SDXC-Speicherkarte Panasonic RP-SDW64GE1K
13. ↑ [1]
14. ↑ Panasonic Lumix Digitalkamera DMC-TZ10
15. ↑ Canon PowerShot A3000 IS Digital Compact Camera
16. ↑ http://www.sdcard.org/developers/tech/microsd/
17. ↑ [2]
18. ↑ www.eye.fi – SD-Karten mit WLAN-Funktion
19. ↑ ^{a b} Übersicht zu SD "Speed Classes"
20. ↑ Simplified Physical Layer Specification (PDF-Datei)
21. ↑ SD Association Pressemitteilung vom 23. Juni 2010 (PDF-Datei)
22. ↑ UHS I-SDHC-Karten vorgestellt
23. ↑ SD Association Pressemitteilung vom 2. September 2010 (PDF-Datei)