SD Express und microSD Express: PCIe NVMe Speed mit bis zu 985 MB/s

Der technologische Quantensprung: NVMe im Formfaktor einer SD-Karte

Seit Jahrzehnten basiert die Datenübertragung bei SD- und microSD-Karten auf proprietären Bus-Protokollen der SD Association. Während UHS-I bei 104 Megabyte pro Sekunde und UHS-II bei 312 Megabyte pro Sekunde limitiert sind, verlangten moderne Anwendungen nach drastisch höheren Übertragungsraten: 8K-Videoströme, 360-Grad-Virtual-Reality, künstliche Intelligenz auf Mobilgeräten und anspruchsvolles Gaming auf Handheld-Konsolen.

Mit der Veröffentlichung der Spezifikation SD 7.0 im Jahr 2018 ging die SD Association einen radikalen Schritt: Statt eigene Bussysteme weiterzuentwickeln, adaptierte man die dominierenden Industriestandards aus dem PC- und Servermarkt. Eine SD Express Karte ist im Kern nichts anderes als eine vollwertige M.2-NVMe-Solid-State-Disk, geschrumpft auf die Größe einer Fingernagel-großen Speicherkarte.

Durch die direkte Anbindung an den PCIe-Bus des Host-Geräts entfallen aufwendige Protokoll-Übersetzungen. Der Hauptprozessor kommuniziert über Standard-NVMe-Befehle direkt mit dem Flash-Controller der Karte. Dies senkt nicht nur die Signal-Latenzen drastisch, sondern reduziert auch die Prozessorlast bei intensiven Schreibzugriffen spürbar.

Die Spezifikationen im Überblick: SD 7.0, 7.1 und SD 8.0

Der Standard wurde über mehrere Evolutionsstufen hinweg kontinuierlich ausgebaut, um mit den Fortschritten der PCI-Express-Technologie Schritt zu halten:

• SD 7.0 (SD Express): Nutzt eine einzelne PCIe Gen3 Lane (PCIe 3.0 x1) mit dem NVMe 1.3 Protokoll. Die maximale Brutto-Datenübertragungsrate liegt bei 985 Megabyte pro Sekunde.
• SD 7.1 (microSD Express): Überträgt dieselbe PCIe 3.0 x1 Technologie auf den ultrakompakten microSD-Formfaktor, was Übertragungsraten von nahezu 1 Gigabyte pro Sekunde in Smartphones und Drohnen ermöglicht.
• SD 8.0: Verdoppelt die Bandbreite wahlweise durch PCIe Gen4 oder durch die Hinzunahme einer zweiten Lane. Mit PCIe 4.0 x1 werden bis zu 1970 MB/s erreicht, mit zwei Lanes (PCIe 4.0 x2) klettert die theoretische Obergrenze auf atemberaubende 3940 Megabyte pro Sekunde.
• Energiemanagement (L1 Substates): SD Express nutzt moderne PCIe-Stromsparmodi (L1.1 und L1.2). Im Leerlauf sinkt die Leistungsaufnahme auf wenige Milliwatt, was die Akkus mobiler Geräte schont.

Das Dilemma der Abwärtskompatibilität: Der UHS-II-Konflikt

Auf dem Papier klingt SD Express wie der perfekte Alleskönner. In der Praxis kämpft der Standard jedoch mit einem gravierenden Akzeptanzproblem in der Fotobranche: Er teilt sich mechanisch die Pins der zweiten Reihe mit UHS-II, nutzt diese Pins jedoch für völlig andere elektrische Signale (Differenzialpaare für PCIe Tx/Rx statt LVDS).

Steckt man eine hochmoderne SD-Express-Karte in eine professionelle Systemkamera von Sony, Canon, Nikon oder Fujifilm, die über einen schnellen UHS-II-Schacht verfügt, können Kamera und Karte nicht im High-Speed-Modus kommunizieren. Die Karte fällt mangels UHS-II-Unterstützung auf den uralten UHS-I-Standard zurück. Eine Karte, die am PC mit 900 Megabyte pro Sekunde glänzt, schreibt in der Kamera plötzlich nur noch mit mageren 80 bis 90 Megabyte pro Sekunde. Aus diesem Grund verweigern die großen Kamerahersteller SD Express bisher weitgehend die Unterstützung und setzen im Profibereich stattdessen auf CFexpress Typ B.

Kamerahersteller argumentieren zudem mit der Wärmeableitung: Während CFexpress-Karten ein massives Metallgehäuse besitzen, besteht die klassische SD-Karte aus dünnem Kunststoff. Bei kontinuierlichen PCIe-Schreibströmen von über 800 MB/s staut sich die Abwärme im Inneren, was in kompakten Kameragehäusen ohne Lüfter zu raschem thermischem Throttling führt.

microSD Express als Hoffnungsträger für Handhelds und Smartphones

Während SD Express im klassischen Kameramarkt ins Hintertreffen geraten ist, zeichnet sich für microSD Express ein riesiges Zukunftspotenzial ab. Insbesondere in Handheld-Gaming-Konsolen (wie dem potenziellen Nachfolger der Nintendo Switch) und KI-fähigen Smartphones stößt der UHS-I-Bus mit 100 MB/s an harte Grenzen.

microSD Express ermöglicht Ladezeiten auf dem Niveau moderner interner SSDs, ohne dass Hersteller teure proprietäre Speichermodule entwickeln müssen. Speicherspezialisten wie Lexar Professional Hochgeschwindigkeits-Speicherkarten* und SanDisk haben bereits marktreife microSD-Express-Karten mit Übertragungsraten von über 800 MB/s im Sortiment.

Ein weiteres spannendes Anwendungsfeld für SD Express und microSD Express ist der Bereich der Embedded Systems, Drohnen-Kartografie und industriellen Automatisierung. Drohnen zur industriellen Gebäudeinspektion und photogrammetrischen Vermessung erfassen pro Flugstunde zehntausende hochauflösende Einzelbilder und LiDAR-Punktwolken. Das Auslesen solch riesiger Datensätze am Einsatzort auf Feld-Laptops schrumpft mit SD-Express-Speicherkarten von vormals fast einer Stunde auf wenige Minuten, was die Produktivität im Feld massiv steigert.

Wer heute über die Anschaffung nachdenkt, sollte jedoch genau prüfen, ob das eigene Host-Gerät das PCIe-NVMe-Protokoll im Kartenschacht explizit unterstützt. Für herkömmliche Kameras bleibt UHS-II vorerst die überlegene Wahl. Weiterführende Vergleiche zu alternativen PCIe-Medien finden Sie in unserer Analyse zu CFexpress Typ A versus Typ B sowie im Ratgeber über UHS-I versus UHS-II.