SD小型记忆卡结合半导体（Solid-state electronic）制程之快闪记忆体（Flash Memory），成为新一代多媒体资料储存装置，已经广泛的应用在数位相机、数位摄影机、手持式或膝上型电脑、手机、电子随身听、电子录音机、手持式个人资料处理器及其他家用电子器材...等。目前使用SD Memory Card为储存装置的自有品牌厂商已高达222家，在产品种类方面已达31大类，共有高达2602件的产品行销于世界各地；如(图一)。

《图一 SD卡相关产品及应用领域》

＜资料来源：SDA＞

小型记忆卡提供了可重复抹写、无需电源保存资料之储存装置、外型轻巧及具较佳之防震、防磁及防尘之环境适应特性。从1990年起快闪记忆体卡（Flash Memory Card）问市后，陆续有Compact Flash（CF）、Smart Media（SM）、Multi Media Card（MMC）、Memory Stick（MS）、Secure Digital（SD） 、xD-Picture Card（xD）及Trans Flash（T-Flash）等七种小型记忆卡陆续推出，造成一股记忆卡的市场争夺战，其中又以MMC、MS、SD三种记忆卡竞争最为激烈。以下先介绍各种不同规格的小型记忆卡，再针对SD卡的市场与技术现况深入分析。

《表一 小型记忆卡规格特性比较》

小型记忆卡的规格演进

针对市售小型记忆卡规格及外形尺寸大小进行分析比较，结果如(表一)及(图二)。小型记忆卡的演进如(图六)，而其演进过程及发展特性分述如下：

《图二 小型记忆卡尺寸大小比较》

小型记忆卡规格演进

@小标CF卡

CF卡在1994年正式推出，并于1995年10月成立Compact Flash Association，持续推动CF卡，直到现今以其具有高储存容量的特质，仍在小型记忆卡中占有一席之地，其多数应用在专业之数位相机及需要大量资料储存之装置中，如手持式医疗设备。而使用者并不计较其体积的大小（体积是目前小型记忆卡中最大，42.8mm× 36.4mm×3.3mm；5.14 ml），目前最大容量为4GB。

《图三 小型记忆卡发展历史》

SIM卡

Smart Media Card是于1996年推出，在1996年4月成立的SSFDC Forum推动下，是当时第一个规格标准化的小型记忆卡，由于其厚度为目前最薄的小型记忆卡，其具弹性的外表容易毁损，记忆卡本身并不包含控制器（Controller），其最大容量受限于128MB，后来为Fujifilm及Olympus共同主导推广，目前已经为其下一代xD-Picture Card所取代。

MMC卡

MMC是紧接着SM Card于1997年11月由当时的SanDisk及Siemens共同推出，并成立MMCA推广，是另一早期标准化的记忆卡，由于其坚硬的塑胶外壳设计，较SM Card不易受损，且其接脚可与后来推出的SD Memory Card相容，亦可插入SD Memory Card插槽（SD卡较厚，插槽可相容于MMC Card），但MMC无保密机制，无法相容于具CPRM保密机制之SD Music Player, MMC以1 bit传输资料，相较于SD 以4 bits的资料传输速率，已经渐渐被市场上追逐高传输速率的使用者所淘汰。其为手机设计之RS-MMC，也就是半截的MMC，目前已经为国际手机大厂（如Nokia、Siemens）选为标准配备，近期亦公布MMC 4.0的新规格，其具有8 bits的资料传输速率，已深受小型记忆卡厂商重视，可望与SD Memory Card展开下一波传输速率的竞赛。目前MMC最大容量可达1GB，RS-MMC目前最大容量可达512MB。

MS卡

于1998年7月由日本Sony自行开发、制造的Memory Stick小型记忆卡，正式对外界推出，同时并授权Aiwa, Kenwood, Pioneer, Sanyo, Sharp及Fujitsu等六家公司，共同开发Memory Stick Digital Audio的应用及推广，以必免重蹈当年Betamax被影像品质略逊一筹的VHS Video format所打败的命运。 Sony挟持其制造小型家电及手持电子设备之优式，采用Memory Stick Card介面之产品快速成长，而其推出之小型Memory Stick Duo也被大量使用在手机、数位相机及Music Player等小型化产品上。由于Memory Stick定址容量限制，其最高容量为128MB，采用two-bank switch的方式，可达256MB的容量。为了超越此一容量限制，Sony推出Memory Stick Pro，目前记忆容量可达2GB，虽然体型外观与Memory Stick相同，但是确无法相容于旧有使用Memory Stick的Host产品。 Memory Stick Duo Pro，目前记忆容量可达512MB。

SD卡

1999年8月由Matsushita、Toshiba、SanDisk

三家公司共同协议开发SD Memory Card，并于2000年1月正式成立SD Association。 SD Memory Card具有CPRM保密机制，可提供需要智权保护之产品应用。近期手机大厂Nokia亦申请加入SDA，并成为17家SDA理事会（Board of Directors）会员之一，未来对推广miniSD Card将会有很大助益。 SD Memory Card容量仅次于CompactFlash Card预计2005年可达2GB，miniSD Memory Card目前可达512MB。

xD卡

数位相机制造业者Fujifilm及Olympus于2002年7月，共同推出xD-Picture Card以取代之前的SmartMedia Card，由于其并无控制器（Controller）之设计，Host端必须增加成本，但是其不论容量及传输速率都有显著的进步。目前最高容量为512MB。

T-Flash卡

2004年2月26日SanDisk正式向全世界宣布，世界最小之小型记忆卡T-Flash（11mm x 15mm x 1mm）诞生，其采用与SanDisk之前开发的miniSD及TriFlash相同之低单价高容量设计理念，此为SanDisk研发之NAND MLC（Multi-Level Cell） Flash技术，其主要是能允许两个位元（Two Bits）资料可以储存在一个记忆单元（Memory Cell）内，打破传统的每一个记忆单元（ Memory Cell）只能储存一个位元的资料，如此可增加相对空间资料的储存量。T-Flash主要是针对3G 手机（Third Generation Cell Phone）之应用而开发，可提供完整的多媒体储存及应用功能。其传输界面透过SD Adapter（转接卡），可以完全相容于SD Memory Card（未来极有可能成为micro-SD Card的新规格），并具有CPRM的智权保护机制。目前最高容量为128MB。

《图四 SD卡的结构》

＜资料来源：SDA＞

SD小型记忆卡演进及技术发展

SD记忆卡于1999年8月由松下电子（Matsushita Electric）、SanDisk及东芝（Toshiba）

三家公司共同达成开发协议，为下一世代的半导体储存装置制定新的产业标准规格，并共同命名为“SD”（SD亦为早期DVD的称呼）记忆卡。随后并成立一家名为SD-3C的公司负责将相关技术规格授权厂商制造。并于2000年1月正式成立SD Association（www.sdcard.org），向全世界推广SD记忆体标准规格，并进行制定SD卡相关应用产品规格及检测规范。

由于储存媒体的演进同时也改变了数位内容复制的观念，从早期数位内容保护是以控制的观念为思考模式（仅有禁止及自由复制两种思维，两者以外就是盗版行为）；而新的数位时代，由于个人创作产品及内容逐渐普及，于是衍生出高品质数位内容复制的需求，同时也掀起了拥有数位内容版权者、多样化保护智慧财产权的需求，在强调个人数位版权管理的时代，新的数位内容使用规则于是产生；SD记忆卡具有CPRM（Content Protection for Recordable Media）智权保护机制，可使用在Music Player上，具有数位音源保护的功能，CPRM主要由四家公司主导（IBM、Intel、Toshiba及Matsushita），并成立一家名为4C Entity的公司进行相关智权保护应用产品使用及制造授权；由于SD卡强调的是Secure Digital，因此只要是SD Memory Card，必需具有CPRM之智权保护机制，以配合不同种类应用产品的资料保护需求。

SD Memory Card并设计具有I/O功能（如：UART、Bluetooth、GPS、Camera、PHS、Wireless LAN），其多用途之应用机制是造成目前电子产品制造业争相投入的关键。其亦设计小型之miniSD Card，可用在手机、数位相机及Music Player等小型化电子商品上，以与RS-MMC及Memory Stick Duo Pro竞争。

SD记忆卡内部的结构如(图四)，可区分为卡控制器（Card Controller）、记忆体控制器（Memory Controller）及记忆体（Memory Chip）三大部份。卡控制器包含了：卡与应用产品端之介面​​传输协定机制、编码机制及版权保护机制。记忆体控制器主要是负责，将卡控制器指令转换成对记忆体存取之功能；可依据不同的记忆体构造技术进行搭配设计，以获得最佳之资料储存及传输功能。Flash记忆体用于目前小型记忆卡资料储存方面，可大致区分为AND及NAND Flash技术两种，存取资料方式依不同技术而有所不同。

SD卡（24×32×21 mm）外壳包装接脚相容于Multi Media Card（24×32×14 mm），但比Multi Media Card多出0.7mm的厚度，可提供较多的记忆体摆设空间，侧边滑轨可防止卡片上下反插，具有如同VHS或MD防止写入的保护开关，9个金属接脚提供4bit资料并行传输介面；如(图五)。

《图五 SD Card的规格特性架构》

＜资料来源：SDA＞

SD卡各项规格特性详述

目前有SD卡的外型规格有两种：SD记忆卡及miniSD卡，如(表二)。 miniSD卡主要是为了因应手机应用，缩小SD记忆卡尺寸设计而成，具有11个金属接脚，较SD 记忆卡多出2支接脚，可做为未来增加功能的使用，如非接触式的天线设计。电子商务（e-commerce）亦是未来手机应用的趋势，卡的资讯保护机制（CPRM）仍是必备的特性之一，miniSD卡亦可透过转接器（Adapter）相容于既有的SD记忆卡应用环境。

《表二 SD Memory Card and miniSD Card规格比较》

＜资料来源：SDA＞

如图五，SD Card的规格特性架构包含了实体层（Physical Layer），负责定义卡的外型（Form factor）、电器特性（Electric characteristic）及一般的指令（General command）操作。档案系统层（File System Layer），负责定义逻辑档案（Logical File）架构。保密层（Security Layer），负责定义保密指令的操作。应用层（Application Layer），则包含11种产品应用，如SD-Audio、SD-Picture、SD-Vice、SD-pDocument、SD-Video、SD-PIM、SD-Image、SD-ePublish, SD- Sound 、SD-Binding、SD-Map、SD Card等，另外又定义SDIO特性，IO应用范围包含：Bluetooth（Type-A/B）、Camera、GPS、PHS、Wireless LAN...等。

在智慧财产内容的保护上，SD Card有以下特性：

《图六 SD Card保护著作权架构》

＜资料来源：SDA、4C Entity＞

结论

SD卡在SDA组织的推波助澜之下，在不到四年的时间，市场占有率从7.5％成长到2003年的29.1％（Gartner 2003），并从IDC 2003年的报告显示，SD Memory Card荣登2003年小型记忆卡世界销售冠军。 SDA会员人数也从2000年成立之初的71家会员厂商，扩充到现今786家会员（请参考图七）。在市场规格激烈竞争之下，不同规格的小型记忆卡为因应市场需求，除了增加产品外形（小卡支援3G手机）、应用功能（保密机制、IO功能及支援e-Commerce）、提升效能（资料传输速率更快）及增加储存容量之外，更应该透过Association, Forum或Alliance组织结盟架构方式，增加会员厂商参与制定应用产品新规格（如SDA下的Technical Committee），并进行市场产品的推广（如SDA下的Marketing Committee），最后再以Compliance Committee来制定产品验证测试规范，以确保产品使用安全及流通的相容性。

《图七 SDA Membership》

＜资料来源：SDA＞

在全球如Samsung及Hynix DRAM大厂，决定停止量产DRAM，全力投入Flash Memory制造下，台湾目前仅有少数厂商决定投入，其主要瓶颈在于生产及制程技术操纵在Toshiba/SanDisk、Samsung、STMicroelectronics/ Hynix、Renesas、Saifun/Infineon...等国际大厂手里。由于Flash Memory Chip占目前小型记忆卡总产值的一半左右，在未来可以预见的小型记忆卡市场激烈竞争之下，国内厂商若无法充分掌握生产Flash Memory的技术，相对于国际Flash Memory大厂，逐渐转投入生产小型记忆卡；国内小型记忆卡厂商届时将无招架之力。 （作者任职于工研院光电所）