SD卡标准与规格详细说明

自2000年首次亮相以来，SD（Secure Digital）存储卡已成为全球应用最广泛的便携式存储媒介。从数码相机、智能手机到无人机、单板计算机，乃至最新的便携式游戏机，SD卡无处不在。根据 SD 协会（SD Association, http://www.sdcard.org/）在 2025 年 5 月 21 日发布的官方数据，全球累计售出的 SD 卡和 microSD 卡总量已超过120 亿张。

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。

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：

  1. 容量突破2GB：引入SDHC（High Capacity）标准，将最大容量从2GB提升至32GB。

  2. 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。

  3. 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：

  1. 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。

  2. 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）。

  3. 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：

  1. 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。

  2. 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：

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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

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

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。

性能等级总览与选择指南

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/

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