为什么会有80GB/320GB的存储卡?

摘要:

在过去很长时间里,存储卡的容量都是2的N次方,比如2GB、4GB、8GB、16GB……但在CFast、XQD、CFexpress卡出现以后,市场上就出现了80GB、120GB、240GB、325GB……等“非标准规格”。这背后的原因是什么?正式动笔后,我发现这件事情并不是三言两语能够讲清楚的……

ET会尽量剥离掉与大家关系不大的知识点,大家在阅读时也可以忽略括号和*内的部分。

另外,这篇文章包括科普和实测两部分,看在ET码了这么多字的份上,拜托大家至少看到第二部分。比心!

科普

存储卡、固态硬盘都以闪存颗粒(NAND Flash)作为存储介质,而闪存颗粒本身是有擦写次数限制的(即写入寿命)。为了平衡闪存颗粒不同区块(block)的磨损程度,延长使用寿命,就需要借助一些预留空间 —— 这就是第1层OP空间(Inherent OP)。

几乎所有存储卡、固态硬盘都会因为因为第1层OP空间而产生容量差额,128GB存储卡可用容量约为118GB、512GB存储卡可用容量约为474GB……这个差额并不是固定值,但总体上会在7%左右。

大概是因为机械硬盘也会因为1000进制和1024进制而产生约7%的差额,所以厂商们并不会因为第1层OP空间而变更产品的标注容量 —— 所以,第1层OP空间的存在无法解释为什么会有标称容量为80GB、120GB、240GB的产品。

* 1TB机械硬盘在操作系统内显示的可用容量约为931GB。

预留空间不仅关系到寿命,它的大小还会影响存储性能(特别是随机读写和低可用容量时的性能)。所以,一些厂商就会在剩余容量里再划走一部分 —— 这就是第2层OP空间(Factory-set)。因为又少了一部分容量,厂商们必须要调整标称容量了:所以从128GB中衍生出了120GB、256GB中衍生出240GB、512GB中衍生出500GB和480GB。

* 在固态硬盘上还有第3层OP空间,这里不再展开。

小结一下:因为第2层OP空间的原因,所以出现了120GB、240GB、480GB这样“非标准”容量的产品。而无论是64GB、128GB、256GB这样的标准容量,还是120GB、240GB、480GB这样的非标准容量,都会因为第1层OP容量而产生标称容量和实际可用容量的差别。

讲完了么?不好意思,还没有……接下来我们要讲另一个因素。

闪存技术的最主要发展方向是密度更高、单价更低,与之相比,速度和寿命其实是排在次要位置的。从SLC、MLC再到现在的TLC、QLC,容量大了、价格低了,但也带来了“掉速”问题 —— 持续写入较多数据时,写入速度会出现断崖式下降。明明存储卡标称速度超过了1000MB/s,结果无法持续录制2600Mbps(325MB/s)的视频,这就是掉速造成的。

为了解决这个问题,一些存储卡厂商使用了名为“全盘pSLC”的工作模式(p=pseudo,有伪/假的意思,也翻译成“模拟SLC”),直白来说就是把当前主流的TLC闪存颗粒当作SLC颗粒使用。这确实能让写入速度成倍提高,而且几乎不存在“掉速”问题,但代价就是可用容量只有原本的1/3。

产品1:使用256GB TLC闪存颗粒,产品标称容量为80GB,实际可用容量只有约74.4GB。

产品2:使用512GB TLC闪存颗粒,产品标称容量为160GB,实际可用容量为148GB。

产品3:使用1TB TLC闪存颗粒,产品标称容量为320G,实际可用容量为298GB。

产品4:使用2TB TLC闪存颗粒,产品标称容量为660GB。实际可用容量为614GB。

必须强调的是:市场上也有采用“部分pSLC”模式的产品。比如某产品的标称容量为80GB,系统显示规格为86GB,实测持续写入超过16GB后出现掉速。推测它将48GB 空间设置为pSLC模式,获得70GB低速+16GB高速的空间组合(实际可用容量接近80GB)。

这意味着连续写入超过16GB数据后,清空缓存的速度会大幅下降容易出现卡壳情况,高码率视频拍摄也可能发生中断。

* 在固态硬盘产品上,其实还有更灵活的OP空间和pSLC模式。

看晕了?那只记结论吧:并不是标称容量为80GB、160GB的产品都不会掉速。尤其是一些价格比较便宜的产品,还要看看实际测试。

实测

无论是第2层OP空间还是全盘pSLC,都是以牺牲容量为代价换取更高性能。这样做不仅会增加成本,并直接反应在售价上,同时还有一个更致命的问题:无法实现更大存储容量(存储卡能容纳的闪存颗粒是有限的)。

以全盘pSLC模式的660GB CFexpress B型卡为例,它的实际容量(614GB)仅为闪存颗粒容量(2TB)的约30%,损失率高达70%!使用8K 60p高品质RAW格式拍摄时,一张卡只能保存约15分钟的视频。无法实现长时间连续不中断的拍摄,也意味着在拍摄项目时需要频繁换卡、导出。

所以,有没有不牺牲容量的实现方法呢?答案是有的:至誉Nitro系列“真速”CFexpress B型卡。这是第一款通过VPG400速度认证CFexpress B型卡,官方宣称可以提供1700MB/s的持续写入速度。

它的最大容量可以达到1TB —— 是的,这张卡并没有使用全盘pSLC模式也没有设置第2层OP空间。以我手中的512GB产品为例,实际可用容量为476GB,非常的标准!

测试这张存储卡的时候,ET发现自己的电脑成了最大瓶颈:USB 3.2 Gen 2x2接口虽然具有20Gbps的理论速度,但通过附加扩展卡获得的方式通常会带来性能损失;而我正在使用的SSD也无法实现每秒1.6GB以上的持续写入速度……

总之,下面展示的数据只是ET在自己电脑上测试得到成绩,并不能完全反应至誉Nitro CFexpress B型卡的性能。升级电脑的想法已经提上日程了,大家多点赞、分享、转发,ET就会有更大动力尽快付之行动。

在ET现有硬件配置下取得的顺序读写成绩。

在ET现有硬件配置下取得的200GB持续读写成绩,可以看到写入曲线接近直线。

从至誉Nitro CFexpress B型卡上将数据复制到电脑硬盘上,这时候电脑固态硬盘的持续写入速度成了很大瓶颈。如果换成雷电4接口读卡器和更快的固态硬盘,理论上只要约5分钟就能完成512GB存储卡的整卡复制。

说完理论测试结果,我们再来看看至誉Nitro CFexpress B型卡在相机上的表现。在尼康Z 9上,使用Nitro CFexpress B型卡可以在20fps+无损压缩下连续拍摄约79张照片不卡壳(和官方数据一样)、20fps+高效率☆下拍摄超过700张照片(超过官方数据,此成绩受画面内容影响),20fps+高效率下实现无限连拍。

根据无损压缩RAW连拍时相机指示灯(约5.16秒)和拍摄后文件大小(约4.26GB),可以计算出机内的平均写入速度达到了约845MB/s!

而在视频录制上,我们也选择了V2.0固件增加的8K 60p N-RAW高品质格式,此时的码率为5780Mbps,即每秒产生722.5MB的数据量。512GB的存储卡,也只能保存约11分钟的视频(相机会生成一个代理文件,占用约4GB空间)。录制时,环境温度约为27℃,11分钟的高码率连续写入下,相机并没有出现存储卡过热提示。

值得一提的是,至誉Nitro CFexpress B型卡还内置了超薄石墨烯散热片,可以更高效地将存储卡内部温度传导到出去。

完成N-RAW视频录制后,测的存储卡表面温度约为50℃。(测量温度时在外壳上贴了3M胶布,发射率0.97,距离0.15m,受设备限制,结果仅供参考)

我们测试时使用的至誉原厂读卡器也具备主动散热风扇,虽然全速工作时确实有点吵,但它确实能保障文件传输时的稳定性(对比不使用主动散热的产品)。关于噪音问题,还好一次最多忍耐10分钟。至誉也表示未来会不断优化,直到彻底改善这个问题。

小结

尼康Z 9毫无疑问是消费类相机中对于存储卡要求最高的产品,而至誉Nitro CFexpress B型卡则能完全胜任Z 9的要求。特别对于需要高强度连续拍摄的视频创作者,至誉Nitro CFexpress B型卡可以说是目前市面上最好的选择。

CFexpress存储卡本质上确实是固态硬盘,但它尺寸小、散热环境差,工况其实是比大多数电脑固态硬盘更严苛的,接近工业固态硬盘的使用场景。同时,由于相机的使用特点和续航能力,也决定了CFexpress存储卡无法像固态硬盘那样利用空闲时间进行数据整理和优化……

至誉Nitro存储卡向我们证明即使在这样苛刻的条件下,依然能有不损失容量也能达成高速写入、全盘不掉速的方法。我当然也很好奇他们具体是怎样做的,得到的答复是“DRAM + 强力主控”。考虑到至誉本身就有面向企业级和工业级的产品,相信他们在解决这类问题上是更有经验的。

最后,至誉Nitro系列存储卡还具有IP67防水防尘和原厂数据恢复支持服务 —— 我希望大家永远用不到这两个特性,但在小概率事件出现时,这确实能让我们的重要数据多一些保障。

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