MicroSD-kaarten voor de Pi

MicroSD-kaarten hebben zich ontwikkeld tot hét universele opslagmedium, zowel voor smartphones en camera’s als bij minicomputers zoals de Raspberry Pi. Negen van de geteste kaarten gaan lang mee, drie bieden heel veel opslagruimte.

MicroSD-kaarten worden gebruikt als geheugenuitbreiding voor smartphones, als foto-opslag in digitale camera’s en als opstartschijven bij minicomputers. Maar bij het kiezen van een geheugenkaart moet je er wel op letten dat die betrouwbaar en snel is. Een goedkope no-name kaart uit de aanbiedingenbak is dan zeker niet de beste keuze.

Vooral bij een Raspberry Pi hebben geheugenkaarten te maken met hoge belastingen. Het bliksemsnel opstarten van het besturingssysteem en de applicaties is daarbij net zo belangrijk als het snel opslaan van grote hoeveelheden gegevens – en dat jarenlang zonder problemen.

Op Pi-forums wordt vaak gevraagd wat goede microSD-kaarten zijn. We hebben een aantal fabrikanten gevraagd welke van hun kaarten ze voor dat doel aanbevelen – tenslotte kennen zij hun producten toch het beste. Uit de eerste antwoorden bleek al dat ze de voorkeur geven aan modellen met een hoge ‘endurance’. Die worden op de markt gebracht als bijzonder robuust en tolereren daarom veel schrijfbenaderingen.

Voor de test hebben we een Adata High Endurance, Integral High Speed microSD Card, Kingston High Endurance, Kioxia (Toshiba) Exceria M303, PNY micro SDHC Elite, Samsung Pro Endurance, SanDisk High Endurance en Transcend High Endurance in huis gehaald. We hebben ook een industriële kaart van de Zwitserse fabrikant Swissbit op de proef gesteld, de S-45u. De capaciteit van de testexemplaren is 32 GB, met één uitzondering: van de Kioxia-kaart konden we alleen een 64GB-versie bemachtigen, een 32 GB-versie was niet beschikbaar. 32 GB is genoeg voor een eenvoudig Pi-systeem, kleinere modellen zijn niet veel goedkoper.

Daarnaast hebben we drie microSD-kaarten gekocht met een bijzonder hoge capaciteit van 512 GB

per stuk: een Kingston Canvas Select Plus, Lexar High-Performance en PNY Pro Elite. Dergelijke kaarten zijn zowel geschikt voor het opslaan van uitgebreide muziekverzamelingen op je smartphone als bestandsopslag in een kleine NAS (zie de vorige artikelen). Bij de keuze voor die kaarten hebben we ons voornamelijk laten leiden door de prijs. Ten tijde van de test waren die kaarten de goedkoopste microSD-kaarten met 512 GB.

EISEN

Bij sequentiële transfers is een extreem hoge snelheid niet belangrijk voor de Pi. Hoewel de snelheid van de sd-kaartverbinding bij de huidige Pi 4B is verbeterd, is 50 MB/s het maximaal haalbare – veel microSD-kaarten kunnen dat aan. Hoge IOPS-waarden beloven een snelle start van het systeem en de programma’s.

Hetzelfde geldt voor het gebruik van microSD-kaarten in smartphones: hoe sneller de kaarten reageren op verzoeken om willekeurige adressen, des te sneller de op de kaart opgeslagen apps opstarten. De SD Card Association, die verantwoordelijk is voor de sd-standaard, heeft daar haar eigen eisen voor geformuleerd. De app-klassen A1 en A2 definiëren de minimumwaarden voor sequentiële transfers en benaderingen van willekeurige adressen (random access). Terwijl aan de eerste met 10 MB/s nog steeds makkelijk te voldoen is, vergen de andere eisen meer. De A1-specificatie vergt 1500 IOPS voor het lezen en 500 voor het schrijven, A2 verhoogt die waarden tot respectievelijk 4000 en 2000 IOPS.

Niet alle exemplaren zijn geschikt voor gebruik in camera’s. Voor snelle serieopnames of het opnemen van video’s in hoge resoluties zijn sommige te langzaam bij het schrijven. Fotografen en videomakers moeten vooral op het videologo letten. De V30-specificatie belooft bijvoorbeeld een continue opnamesnelheid van 30 MB/s. In de handleiding van de camera is meestal te vinden welke schrijfsnelheden nodig zijn bij welke resoluties.

TESTS OP PC, PI EN SMARTPHONE

Voor dit artikel hebben we ons standaard testprogramma flink uitgebreid. Op de pc moesten de geheugenkaarten niet alleen de synthetische benchmarks

IOmeter en WinSat doorlopen, maar ook de toepassingsbenchmark PCMark10 met de onderdelen Data Drive en System Drive. Vooral die laatste geeft aan hoe goed de geheugenkaarten geschikt zijn voor het gebruik als boot-drive voor een Raspberry Pi.

Op de smartphone gebruikten we AndroBench. Er zijn wel steeds minder smartphones met een microSDslot, maar in Europa zijn dat toch nog meer dan 1300 modellen. We hebben getest met een Samsung Galaxy S10e. We noemen de meetgegevens alleen bij grote afwijkingen van het gemiddelde.

Met de huidige Raspberry Pi 4B hebben we ook enkele tests uitgevoerd. We gebruikten het benchmarkprogramma agnostics, dat waarden levert voor het schrijven van sequentiële data en voor het lezen en schrijven naar willekeurige adressen. Aangezien de waarden echter sterk uiteenliepen, hebben we de metingen telkens tienmaal uitgevoerd. In de staafdiagrammen staan twee waarden: de gemiddelde en de maximale waarde. Het programma laat bovendien met een simpel rood-groen stoplicht zien of de kaart voldoet aan de eisen van de A1-standaard. Natuurlijk start een Raspberry Pi ook wel op van sd-kaarten die voor deze test faalden, maar dan langzamer.

Verder hebben we de opstarttijden van een actuele Raspbian-versie gemeten en de opbouw van een videodatabase met het mediaspelerprogramma Kodi. Die moest een nep-database met video’s integreren. Die kun je downloaden bij de link op de laatste pagina van dit artikel. Een netwerkverbinding is voor deze test niet nodig, zodat alleen de performance van de microSD-kaart gemeten wordt.

MICROSD-KAARTEN MET SLC-CACHE

Net als bij ssd’s en andere op flashgeheugen gebaseerde opslagmedia zijn de prijzen van microSD-kaarten al lange tijd aan het dalen. Een reden daarvoor is dat de fabrikanten de productiekosten steeds weer weten te drukken. Twee factoren spelen daarbij een bijzondere rol: de productie van de geheugencellen in 3D-structuur met 96 of nog meer lagen en het aantal bits die iedere afzonderlijke cel kan opslaan.

Bij microSD-kaarten is op dit moment TLC-flash de standaard, oftewel 3-bit geheugencellen. Bij sommige kaarten wordt al QLC-flash met 4 bit per cel gebruikt. Swissbit en Transcend gebruiken bij de geteste kaarten het bestendigere MLC-flash (2 bit per cel).

Tegenover een hogere opslagdichtheid staat een lagere snelheid. QLC-flash is bij het beschrijven langzamer dan MLC. Bij ssd’s gebruiken de fabrikanten sinds enige tijd de truc om een deel van de geheugencellen in een 1-bit modus te schakelen, de SLC-mode. De te schrijven data belanden eerst in deze SLC-cache, en pas wanneer de ssd niets te doen heeft verplaatst de controller de data naar het langzamere TLC- of QLC-flash.

Bij microSD-kaarten wordt SLC-caching tot nog toe niet gebruikt. Transcend heeft eind maart als eerste zo’n kaart aangekondigd, plannen van andere fabrikanten zijn tot nu toe niet bekend.

Bij het gebruik in een Raspberry Pi zou een SLC-cache ook maar weinig voordeel opleveren. De schrijfsnelheid van de 32GB-geheugenkaarten in deze test ligt tussen 20 en 40 MB/s met een Pi. Een kaart met SLC-cache kan tot 50 MB/s halen, omdat de Pi-interface niet meer aankan. Dat maximum van 40 MB/s bereiken de kaarten echter permanent, niet alleen totdat een cache van onbekende grootte vol is.

ENDURANCE

Zoals in het begin vermeld, raden sd-kaartfabrikanten vrijwel zonder uitzondering endurance-kaarten aan voor de Raspberry Pi. Maar hoe hoog hun uithoudingsvermogen is, daarover bestaat slechts vage informatie.

Samsung belooft bijvoorbeeld 17.520 uur aan fullhd opnames. Het opnemen van video met 1920×1080 pixels leidt tot een videodatasnelheid van 26 Mbit/s. Dat komt overeen met 3,25 MB/s, oftewel ongeveer 11,7 GB per uur. De endurance van de 32GB-kaart uitgedrukt in Total Bytes Written (TBW) bedraagt dus zo’n 200 TB.

Transcend noemt 6000 opname-uren voor zijn kaart, het bedrijf berekent het uithoudingsvermogen volgens dezelfde methode – maar dat hoefden we niet te vragen: Transcend geeft die informatie al aan op zijn website. De endurance is ongeveer 170 TB. Kingston belooft een aantal van 5000 gebruiksuren. Dat is dan omgerekend iets minder dan 60 TB. Kingston vermeldt die details echter niet.

Swissbit noemt een endurance van 14 TB, maar dan wel voor een enterprise-workload met grotendeels toevallige benaderingen onder minder omstandigheden (van -40 tot +85 graden). Dat belast een opslagmedium veel meer dan de eenvoudige opslag van video’s.

OPSLAG VOOR SPECIALE GEVALLEN

De S-45u van Swissbit is ontworpen voor een industriële omgeving, als opslaguitbreiding voor een smartphone zou hij veel te duur zijn. Je betaalt dan ook niet zozeer voor een bijzonder hoge snelheid, maar vooral voor een hoge betrouwbaarheid en de garantie dat die kaart ook over enkele jaren nog met dezelfde specificaties beschikbaar zal zijn. Dat is met name belangrijk voor gecertificeerde producten, bijvoorbeeld in de medische sector.

Bovendien belooft Swissbit een hoge dataretentie: ook zonder voeding moeten de data tien jaar lang op de kaarten bewaard kunnen blijven. Bij normale ssd’s bedraagt die tijd volgens de JEDEC-specificatie niet meer dan een jaar.

Een ander verschil met de andere kaarten in deze test is dat de Swissbit-kaarten beter bestand zijn tegen stroomstoringen. Die zijn bij ons redelijk zeldzaam, maar microSD-kaarten worden in een Android-smartphone heel vaak uitgeschakeld om energie te besparen. Aangezien het besturingssysteem geen rekening houdt met wat de kaart aan het doen is, kan het de kaart ook onderbreken tijdens belangrijke opruimwerkzaamheden. Na het weer inschakelen van de voeding kunnen de kaarten dat meestal zelf wel repareren, maar niet altijd. Volgens Swissbit is dat een van de meest voorkomende oorzaken voor het uitvallen van microSD-kaarten in smartphones

Daarom zijn de prijzen voor die industriële kaarten ook aanzienlijk hoger dan die van de andere in deze test.

We kwamen prijzen tegen van rond de 40 euro inclusief btw. Swissbit-kaarten zijn in de detailhandel moeilijk te krijgen, Swissbit levert vooral aan grootafnemers. Onze twee testexemplaren werden geleverd in een tray met ruimte voor 120 microSD-kaarten.

CONCLUSIE

Voor een Raspberry Pi heb je meestal genoeg aan een kaart van 32 GB. Als je alleen naar de Pi-benchmarks kijkt, springen de kaarten van Kingston en PNY eruit. Die onderscheiden zich door snelle starttijden en lage tijden voor de Kodi-benchmark. Bovendien vertonen ze ook hoge IOPS-waarden bij het lezen en schrijven. Voor de smartphone, waar het snel wegschrijven van cameravideo’s of foto’s belangrijker is, zijn de kaarten van Samsung en SanDisk meer geschikt.

Bij de grotere microSD-kaarten met 512 GB is vooral de PNY Pro Elite geschikt voor een Raspberry Pi, gevolgd door de modellen van Kingston en Lexar. Dezelfde volgorde geldt ook voor het gebruik als gegevensopslag in een smartphone. Of de bijzonder bestendige microSD-kaarten in een smartphone of Raspberry Pi in afzonderlijke gevallen daadwerkelijk langer meegaan dan andere kaarten is niet te voorspellen. Maar de geringe meerprijs mag je er zeker niet van weerhouden om dat zelf uit te proberen.