SD小型記憶卡結合半導體（Solid-state electronic）製程之快閃記憶體（Flash Memory），成為新一代多媒體資料儲存裝置，已經廣泛的應用在數位相機、數位攝影機、手持式或膝上型電腦、手機、電子隨身聽、電子錄音機、手持式個人資料處理器及其他家用電子器材...等。目前使用SD Memory Card為儲存裝置的自有品牌廠商已高達222家，在產品種類方面已達31大類，共有高達2602件的產品行銷於世界各地；如(圖一)。

《圖一　SD卡相關產品及應用領域》

＜資料來源：SDA＞

小型記憶卡提供了可重複抹寫、無需電源保存資料之儲存裝置、外型輕巧及具較佳之防震、防磁及防塵之環境適應特性。從1990年起快閃記憶體卡（Flash Memory Card）問市後，陸續有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）等七種小型記憶卡陸續推出，造成一股記憶卡的市場爭奪戰，其中又以MMC、MS、SD三種記憶卡競爭最為激烈。以下先介紹各種不同規格的小型記憶卡，再針對SD卡的市場與技術現況深入分析。

《表一　小型記憶卡規格特性比較》

小型記憶卡的規格演進

針對市售小型記憶卡規格及外形尺寸大小進行分析比較，結果如(表一)及(圖二)。小型記憶卡的演進如(圖六)，而其演進過程及發展特性分述如下：

《圖二　小型記憶卡尺寸大小比較》

小型記憶卡規格演進

@小標CF卡

CF卡在1994年正式推出，並於1995年10月成立Compact Flash Association，持續推動CF卡，直到現今以其具有高儲存容量的特質，仍在小型記憶卡中佔有一席之地，其多數應用在專業之數位相機及需要大量資料儲存之裝置中，如手持式醫療設備。而使用者並不計較其體積的大小（體積是目前小型記憶卡中最大，42.8mm× 36.4mm×3.3mm；5.14 ml），目前最大容量為4GB。

《圖三　小型記憶卡發展歷史》

SM卡

Smart Media Card是於1996年推出，在1996年4月成立的SSFDC Forum推動下，是當時第一個規格標準化的小型記憶卡，由於其厚度為目前最薄的小型記憶卡，其具彈性的外表容易毀損，記憶卡本身並不包含控制器（Controller），其最大容量受限於128MB，後來為Fujifilm及Olympus共同主導推廣，目前已經為其下一代xD-Picture Card所取代。

MMC卡

MMC是緊接著SM Card於1997年11月由當時的SanDisk及Siemens共同推出，並成立MMCA推廣，是另一早期標準化的記憶卡，由於其堅硬的塑膠外殼設計，較SM Card不易受損，且其接腳可與後來推出的SD Memory Card相容，亦可插入SD Memory Card插槽（SD卡較厚，插槽可相容於MMC Card），但MMC無保密機制，無法相容於具CPRM保密機制之SD Music Player, MMC以1 bit傳輸資料，相較於SD 以4 bits的資料傳輸速率，已經漸漸被市場上追逐高傳輸速率的使用者所淘汰。其為手機設計之RS-MMC，也就是半截的MMC，目前已經為國際手機大廠（如Nokia、Siemens）選為標準配備，近期亦公佈MMC 4.0的新規格，其具有8 bits的資料傳輸速率，已深受小型記憶卡廠商重視，可望與SD Memory Card展開下一波傳輸速率的競賽。目前MMC最大容量可達1GB，RS-MMC目前最大容量可達512MB。

MS卡

於1998年7月由日本Sony自行開發、製造的Memory Stick小型記憶卡，正式對外界推出，同時並授權Aiwa, Kenwood, Pioneer, Sanyo, Sharp及Fujitsu等六家公司，共同開發Memory Stick Digital Audio的應用及推廣，以必免重蹈當年Betamax被影像品質略遜一籌的VHS Video format所打敗的命運。Sony挾持其製造小型家電及手持電子設備之優式，採用Memory Stick Card介面之產品快速成長，而其推出之小型Memory Stick Duo也被大量使用在手機、數位相機及Music Player等小型化產品上。由於Memory Stick定址容量限制，其最高容量為128MB，採用two-bank switch的方式，可達256MB的容量。為了超越此一容量限制，Sony推出Memory Stick Pro，目前記憶容量可達2GB，雖然體型外觀與Memory Stick相同，但是確無法相容於舊有使用Memory Stick的Host產品。Memory Stick Duo Pro，目前記憶容量可達512MB。

SD卡

1999年8月由Matsushita、Toshiba、SanDisk

三家公司共同協議開發SD Memory Card，並於2000年1月正式成立SD Association。SD Memory Card具有CPRM保密機制，可提供需要智權保護之產品應用。近期手機大廠Nokia亦申請加入SDA，並成為17家SDA理事會（Board of Directors）會員之一，未來對推廣miniSD Card將會有很大助益。SD Memory Card容量僅次於CompactFlash Card預計2005年可達2GB，miniSD Memory Card目前可達512MB。

xD卡

數位相機製造業者Fujifilm及Olympus於2002年7月，共同推出xD-Picture Card以取代之前的SmartMedia Card，由於其並無控制器（Controller）之設計，Host端必須增加成本，但是其不論容量及傳輸速率都有顯著的進步。目前最高容量為512MB。

T-Flash卡

2004年2月26日SanDisk正式向全世界宣佈，世界最小之小型記憶卡T-Flash（11mm x 15mm x 1mm）誕生，其採用與SanDisk之前開發的miniSD及TriFlash相同之低單價高容量設計理念，此為SanDisk研發之NAND MLC（Multi-Level Cell） Flash技術，其主要是能允許兩個位元（Two Bits）資料可以儲存在一個記憶單元（Memory Cell）內，打破傳統的每一個記憶單元（Memory Cell）只能儲存一個位元的資料，如此可增加相對空間資料的儲存量。T-Flash主要是針對3G 手機（Third Generation Cell Phone）之應用而開發，可提供完整的多媒體儲存及應用功能。其傳輸界面透過SD Adapter（轉接卡），可以完全相容於SD Memory Card（未來極有可能成為micro-SD Card的新規格），並具有CPRM的智權保護機制。目前最高容量為128MB。

《圖四　SD卡的結構》

＜資料來源：SDA＞

SD小型記憶卡演進及技術發展

SD記憶卡於1999年8月由松下電子（Matsushita Electric）、SanDisk及東芝（Toshiba）

三家公司共同達成開發協議，為下一世代的半導體儲存裝置制定新的產業標準規格，並共同命名為“SD”（SD亦為早期DVD的稱呼）記憶卡。隨後並成立一家名為SD-3C的公司負責將相關技術規格授權廠商製造。並於2000年1月正式成立SD Association（www.sdcard.org），向全世界推廣SD記憶體標準規格，並進行制定SD卡相關應用產品規格及檢測規範。

由於儲存媒體的演進同時也改變了數位內容複製的觀念，從早期數位內容保護是以控制的觀念為思考模式（僅有禁止及自由複製兩種思維，兩者以外就是盜版行為）；而新的數位時代，由於個人創作產品及內容逐漸普及，於是衍生出高品質數位內容複製的需求，同時也掀起了擁有數位內容版權者、多樣化保護智慧財產權的需求，在強調個人數位版權管理的時代，新的數位內容使用規則於是產生；SD記憶卡具有CPRM（Content Protection for Recordable Media）智權保護機制，可使用在Music Player上，具有數位音源保護的功能，CPRM主要由四家公司主導（IBM、Intel、Toshiba及Matsushita），並成立一家名為4C Entity的公司進行相關智權保護應用產品使用及製造授權；由於SD卡強調的是Secure Digital，因此只要是SD Memory Card，必需具有CPRM之智權保護機制，以配合不同種類應用產品的資料保護需求。

SD Memory Card並設計具有I/O功能（如：UART、Bluetooth、GPS、Camera、PHS、Wireless LAN），其多用途之應用機制是造成目前電子產品製造業爭相投入的關鍵。其亦設計小型之miniSD Card，可用在手機、數位相機及Music Player等小型化電子商品上，以與RS-MMC及Memory Stick Duo Pro競爭。

SD記憶卡內部的結構如(圖四)，可區分為卡控制器（Card Controller）、記憶體控制器（Memory Controller）及記憶體（Memory Chip）三大部份。卡控制器包含了：卡與應用產品端之介面傳輸協定機制、編碼機制及版權保護機制。記憶體控制器主要是負責，將卡控制器指令轉換成對記憶體存取之功能；可依據不同的記憶體構造技術進行搭配設計，以獲得最佳之資料儲存及傳輸功能。Flash記憶體用於目前小型記憶卡資料儲存方面，可大致區分為AND及NAND Flash技術兩種，存取資料方式依不同技術而有所不同。

SD卡（24×32×21 mm）外殼包裝接腳相容於Multi Media Card（24×32×14 mm），但比Multi Media Card多出0.7mm的厚度，可提供較多的記憶體擺設空間，側邊滑軌可防止卡片上下反插，具有如同VHS或MD防止寫入的保護開關，9個金屬接腳提供4bit資料並行傳輸介面；如(圖五)。

《圖五　SD Card的規格特性架構》

＜資料來源：SDA＞

SD卡各項規格特性詳述

目前有SD卡的外型規格有兩種：SD記憶卡及miniSD卡，如(表二)。miniSD卡主要是為了因應手機應用，縮小SD記憶卡尺寸設計而成，具有11個金屬接腳，較SD 記憶卡多出2支接腳，可做為未來增加功能的使用，如非接觸式的天線設計。電子商務（e-commerce）亦是未來手機應用的趨勢，卡的資訊保護機制（CPRM）仍是必備的特性之一，miniSD卡亦可透過轉接器（Adapter）相容於既有的SD記憶卡應用環境。

《表二　SD Memory Card and miniSD Card規格比較》

＜資料來源：SDA＞

如圖五，SD Card的規格特性架構包含了實體層（Physical Layer），負責定義卡的外型（Form factor）、電器特性（Electric characteristic）及一般的指令（General command）操作。檔案系統層（File System Layer），負責定義邏輯檔案（Logical File）架構。保密層（Security Layer），負責定義保密指令的操作。應用層（Application Layer），則包含11種產品應用，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，另外又定義SDIO特性，IO應用範圍包含：Bluetooth（Type-A/B）、Camera、GPS、PHS、Wireless LAN...等。

在智慧財產內容的保護上，SD Card有以下特性：

《圖六　SD Card保護著作權架構》

＜資料來源：SDA、4C Entity＞

結論

SD卡在SDA組織的推波助瀾之下，在不到四年的時間，市場占有率從7.5％成長到2003年的29.1％（Gartner 2003），並從IDC 2003年的報告顯示，SD Memory Card榮登2003年小型記憶卡世界銷售冠軍。SDA會員人數也從2000年成立之初的71家會員廠商，擴充到現今786家會員（請參考圖七）。在市場規格激烈競爭之下，不同規格的小型記憶卡為因應市場需求，除了增加產品外形（小卡支援3G手機）、應用功能（保密機制、IO功能及支援e-Commerce）、提昇效能（資料傳輸速率更快）及增加儲存容量之外，更應該透過Association, Forum或Alliance組織結盟架構方式，增加會員廠商參與制定應用產品新規格（如SDA下的Technical Committee），並進行市場產品的推廣（如SDA下的Marketing Committee），最後再以Compliance Committee來制定產品驗證測試規範，以確保產品使用安全及流通的相容性。

《圖七　SDA Membership》

＜資料來源：SDA＞

在全球如Samsung及Hynix DRAM大廠，決定停止量產DRAM，全力投入Flash Memory製造下，台灣目前僅有少數廠商決定投入，其主要瓶頸在於生產及製程技術操縱在Toshiba/SanDisk、Samsung、STMicroelectronics/Hynix、Renesas、Saifun/Infineon...等國際大廠手裡。由於Flash Memory Chip占目前小型記憶卡總產值的一半左右，在未來可以預見的小型記憶卡市場激烈競爭之下，國內廠商若無法充分掌握生產Flash Memory的技術，相對於國際Flash Memory大廠，逐漸轉投入生產小型記憶卡；國內小型記憶卡廠商屆時將無招架之力。（作者任職於工研院光電所）