El controlador SM2708 está caliente y rápido

Los medios extraíbles basados ​​en flash, como las tarjetas SD, tienen una variedad de casos de uso en productos que van desde dispositivos de captura de contenido hasta consolas de juegos portátiles. Muchos sistemas informáticos (incluidos los ordenadores personales y los teléfonos inteligentes) también los utilizan para aumentar la capacidad de almacenamiento disponible. Hay dos organismos principales de estandarización en este segmento: la Asociación SD (SDA) y la Asociación CompactFlash (CFA), siendo la SDA responsable de las tarjetas Secure Digital (SD / microSD) y la CFA para los mercados de tarjetas CompactFlash y CFast. .

Los productos que actualmente sirven a este segmento de mercado se basan en estándares de tecnología desarrollados cuando SATA era el pináculo del rendimiento de almacenamiento interno, pero de hecho ambos organismos de estándares se subieron al tren de NVMe a finales de la década de 2010. Las tarjetas de memoria extraíbles basadas en PCIe / NVMe están emergiendo lentamente: CFexpress de CFA y SD Express de SDA. Tanto ADATA como Lexar han anunciado que lanzarán sus tarjetas SD Express en los próximos trimestres. Las tarjetas de ambos fabricantes se basan en el controlador Silicon Motion SM2708.

Silicon Motion nos probó su diseño de referencia SM2708 (con una capacidad de 250 GB) para probar nuestro riguroso paquete de evaluación para tarjetas de memoria. Esta prueba analiza en detalle el rendimiento de la tarjeta junto con el diseño de referencia del lector de tarjetas RTL9211DS de Realtek. También sirve como una vista previa de lo que los consumidores pueden esperar de las tarjetas SD Express que se lanzarán en los próximos trimestres.

Vamos: el auge de PCIe y NVMe

Las tarjetas SD y las tarjetas CompactFlash se han establecido como los medios de almacenamiento preferidos para los dispositivos de captura de contenido, como cámaras digitales y videocámaras. Las tarjetas SD también se admiten en el campo de las consolas de juegos portátiles y como unidades de arranque para computadoras de placa única. Las tarjetas SD y CF actuales se basan en estándares que se desarrollaron cuando SATA ganó la delantera como el protocolo de transferencia de elección para los dispositivos de almacenamiento interno.

Cuando NVMe basado en PCIe tomó por asalto el mercado de almacenamiento SSD, tanto SDA como CFA introdujeron estándares basados ​​en PCIe para tarjetas extraíbles. El CFA en realidad cambió a PCIe bastante temprano, con un estándar de 1 Gbit / s en 2011: el formato de tarjeta XQD. Sin embargo, la falta de compatibilidad con versiones anteriores de los lectores CompactFlash existentes significó que el formato nunca se puso de moda a pesar de su entrada en el mercado. Mientras que las tarjetas CF originales se basaban en PATA (el precursor de SATA), una versión más rápida basada en SATA se introdujo como CFast en 2009. En 2016, la CFA anunció planes para el estándar CFexpress y se lanzó a mediados de 2017. Las tarjetas CFexpress mantienen el factor de forma XQD y algunas tarjetas CFexpress ya están en el mercado.

Las tarjetas SD también son populares en varios segmentos del mercado. Con el fin de satisfacer las necesidades de todos los mercados atendidos, la Asociación SD introdujo el estándar SD Express basado en NVMe (SD 7.0) en 2018, con un sucesor de SD 8.0 en 2020. Se han realizado tarjetas SD y lectores de tarjetas basados ​​en estos nuevos estándares. circulando en varias ferias comerciales desde 2019. Sin embargo, ninguno de ellos apareció en el comercio. Eso debería cambiar en los próximos meses, ya que tanto ADATA como Lexar anuncian planes para lanzar al mercado sus tarjetas SD-Express basadas en el controlador de tarjetas Silicon Motion SM2708 en los próximos trimestres.

Índice

    Lo que estamos probando hoy: diseños de referencia SD 7.1

    Los consumidores necesitan tanto tarjetas SD Express como lectores de tarjetas para aprovechar al máximo PCIe / NVMe en el factor de forma SD. Si bien las tarjetas SD-Express se activan mediante controladores como el SM2708, las plataformas de lectores de tarjetas basadas en JMicron y Realtek también han aparecido en varias ferias comerciales (como el RTS5261 que se muestra en Computex 2019). Silicon Motion se ha coordinado con Realtek para probar su diseño de referencia SM2708 de 250 GB junto con un lector de tarjetas basado en Realtek RTL9211DS y RTS5261 para esta prueba.

    El controlador de tarjeta SM2708 de Silicon Motion es compatible con SD UHS-I y PCIe Gen 3.0 x2 en el lado ascendente. En el lado del flash, se admiten las interfaces Toggle 3.0 y ONFI 4.1 NAND con 800 MT / s. El controlador está limitado a la operación de dos canales con 8 habilitaciones por canal y se pueden usar tanto 3D TLC como QLC.

    Silicon Motion ha calificado el SM2708 para funcionar con SanDisk / Kioxia 96L TLC (flash de 2 planos) y Micron B27B (96L) y B47R (176L) (ambos flash de 4 planos). Con flash de 4 niveles, Silicon Motion afirma tener un rendimiento de escritura de más de 700 MB / s con cuatro piezas de flash NAND. El rendimiento de escritura se ve muy afectado por el número de piezas flash, NAND tPROG y números de capa.

    El diseño de referencia de 250GB probado para verificación viene con el flash de 2 planos SanDisk / Kioxia BiCS 4 96L TLC.

    El lector de tarjetas Realtek es una solución de doble chip que utiliza RTL9211DS y RTS5261. El RTL9211DS se usa más comúnmente en puentes de almacenamiento que permiten usar SSD M.2 NVMe con un host USB. Tiene una interfaz ascendente USB 3.2 Gen 2 (10 Gbit / s) y una interfaz descendente PCIe 3.0 x2.

    La funcionalidad del lector de tarjetas es la misma: en el modo SD-Express, los carriles PCIe se conectan directamente a los pines de la tarjeta SD (los pines PCIe RTS5261 funcionan en modo bypass). Sin embargo, en el modo heredado, la operación de la interfaz UHS-I se implementa con el RTS5261 y el RTL9211DS solo funciona como un componente de la interfaz del host. En este caso, la comunicación entre RTL9211DS y RTS5261 es manejada por firmware.

    El estándar SD Express

    El estándar SD-Express de SDA tiene como objetivo facilitar la fabricación de tarjetas extraíbles en los factores de forma SD y microSD más antiguos mientras se mantiene la compatibilidad básica con versiones anteriores. Las tarjetas SD-Express admiten tanto la interfaz PCIe / NVMe como la interfaz UHS-I.

    La disposición de los pines de las tarjetas SD-Express es similar a la de las tarjetas UHS-II. Dependiendo de las capacidades del host, el controlador de la tarjeta puede cambiar entre los modos SD UHS-I o NVMe heredados. El controlador de la tarjeta reconoce las capacidades del host en función del voltaje de suministro: PCIe / NVMe requiere un suministro de 1.8 V y usa ambas filas de pines en la tarjeta, mientras que el modo heredado es la configuración predeterminada y solo usa la fila superior de pines para datos transmisión. Cabe señalar que el SD 8.0 introducido en 2020 permite una tercera fila de pines para admitir un segundo carril PCIe. Debido a las restricciones del factor de forma, microSD Express no admite la funcionalidad de dos pistas.

    Si bien la inicialización se puede realizar en cualquier modo, el acceso a través de PCIe permite que la tarjeta se presente al host como un dispositivo NVMe estándar. Esto es particularmente relevante para nuestro esquema de calificación, ya que el acceso SMART a través de NVMe permite el seguimiento de la temperatura y el monitoreo del estado de la tarjeta, entre otras cosas.

    Metodología de evaluación y configuración del banco de pruebas

    Los dispositivos de almacenamiento conectados directamente (incluidas las tarjetas SD Express) se evalúan con el Quartz Canyon NUC (esencialmente la versión Xeon / ECC del Ghost Canyon NUC) con 2x 16GB DDR4-2667 ECC SODIMM y un PCIe 3.0 x4 NVMe SSD - el IM2P33E8 1TB de ADATA.

    El aspecto más atractivo del Quartz Canyon NUC es la presencia de dos ranuras PCIe (eléctricas, x16 y x4) para tarjetas adicionales. En ausencia de una GPU discreta, que no es necesaria en un banco de pruebas DAS, ambas ranuras están disponibles. Para evitar cuellos de botella DMI al evaluar dispositivos Thunderbolt 3, hemos expandido la ranura M.2 22110 en la placa base, que está conectada directamente a la CPU, con un SSD SanDisk Extreme PRO M.2 NVMe de reemplazo. Esto aún permite que dos tarjetas complementarias funcionen con x8 (x16 eléctrico) y x4 (x4 eléctrico). Dado que el Quartz Canyon NUC no tiene un puerto USB 3.2 Gen 2x2 nativo, la tarjeta adicional SST-ECU06 de Silverstone se instaló en la ranura x4. Todos los dispositivos que no son Thunderbolt se prueban con el puerto tipo C activado por el SST-ECU06.

    Las especificaciones del banco de pruebas se resumen en la siguiente tabla:

    La configuración del banco de pruebas de AnandTech DAS 2021
    sistemaIntel Quartz Canyon NUC9vXQNX
    Procesador centralIntel Xeon E-2286M
    AlmacenamientoADATA Industry AD4B3200716G22
    32 GB (2 x 16 GB)
    DDR4-3200 ECC @ 22-22-22-52
    Unidad del sistema operativoADATA Industrial IM2P33E8 NVMe 1TB
    Unidad secundariaSSD SanDisk Extreme PRO M.2 NVMe 3D de 1 TB
    Tarjeta adicionalHost SilverStone Tek SST-ECU06 USB 3.2 Gen 2x2 Tipo-C
    sistema operativoWindows 10 Enterprise x64 (21H1)
    Gracias a ADATA, Intel y SilverStone Tek por los componentes de construcción

    El hardware del banco de pruebas es solo una parte de la evaluación. En los últimos años, las cargas de trabajo típicas de almacenamiento de conexión directa para tarjetas de memoria también han evolucionado. El video 4K de alta tasa de bits a 60 cuadros por segundo es desenfrenado y el video 8K está emergiendo. Gracias a las texturas y los gráficos de alta resolución, los tamaños de instalación de los juegos también han crecido de manera constante en las consolas de juegos portátiles. Teniendo esto en cuenta, nuestro esquema de clasificación de tarjetas de memoria incluye varias cargas de trabajo que se detallan en las secciones correspondientes.

    • Rendimiento listo para usar con cargas de trabajo CrystalDiskMark y fio Sequential Access
    • Simulación de uso avanzada con cargas de trabajo personalizadas de Robocopy y seguimiento de acceso en el mundo real con el punto de referencia de almacenamiento de PCMark 10
    • Evaluación de los efectos del uso a largo plazo con las cargas de trabajo CrystalDiskMark y fio Sequential Access
    • Prueba de recuperación de rendimiento

    El diseño de referencia del SM2708 se evaluó en dos modos: uno con el lector de tarjetas Realtek en modo SD Express y el otro con el lector Lexar Professional Workflow SR2 SDHC / SDXC UHS-II USB 3.0 (utilizado en nuestra clasificación estándar de SD / uSD - Tarjetas utilizadas). en modo UHS-I. Las secciones restantes de esta prueba cubrirán el rendimiento de la tarjeta en estos dos modos junto con algunas observaciones sobre el consumo de energía y las térmicas.

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