UHS-II対応のSDカードリーダーはUHS-Iのカードでも速いのか？

牧瀬ねう

2023年4月30日 16:23

はじめに

SDカードのスピードクラスは多々存在するが、読み書きする側のカードリーダーの性能がどう影響してくるのか興味が湧いたためベンチマークを取ってみることにした。

おそらくSDカード・USBインタフェイス間の制御チップが異なるため、そこでの差異が生まれてくるものと考えた。

SDカードのスピードクラスについて

様々な速度規格があり、覚えてられないので少しまとめてみる。
各規格は、SDカードの仕様を取りまとめる「SDアソシエーション」によって策定されている。

スピードクラス（Class 2～10）

データ書き込みの最低保証速度を示す。
「Class」に続く数字が最低保証速度（MB/s単位）となる。

たとえば「Class 10」は、このカードは少なくとも10MB/s以上で読み書きできますよ、という指標になる。

UHSバスインターフェイススピード（UHS-I～III）

UHS(Ultra High Speed)バスインターフェイスの速度規格。

UHS-I (最大104MB/s)
UHS-II (最大312MB/s)
UHS-III (最大624MB/s)

なお、UHS-II以上になるとデータ転送端子が増えるため、物理的に見分けがつきやすいだろう。
ちなみに、UHS-IIIを超える転送速度を実現する規格として、SD Expressという規格も存在する。

UHSスピードクラス（U1, U3）

UHSバスインターフェイス製品の最低保証速度を表す速度規格。

U1 (最低保証速度10MB/s)
U3 (最低保証速度30MB/s)

ビデオスピードクラス（V6～V90）

SDカードの最低保証速度を表す速度規格。

「V」に続く数字が最低保証速度（MB/s単位）となる。
たとえば「V90」は、少なくとも90MB/sのデータ転送速度が出ますよ、という指標となる。

アプリケーションパフォーマンスクラス（A1、A2）

SDカードに対するランダムリード・ランダムライトの最低保証処理速度を表す規格。

A1：ランダムリード 1,500 IOPS、ランダムライト 500 IOPS
A2：ランダムリード 4,000 IOPS、ランダムライト 2,000 IOPS

なお、ランダム性能のベンチマーク測定手法については、SD6.0仕様物理編に記載がされているようだ。
仕様書の完全版はSDアソシエーション会員でないと閲覧することができないが、英語の「Part1: Physical Layer Simplified Specification」に手がかりがあった。
（ライセンスの関係上ここに記載はしない）

使用機材

SDカード

SUNEAST（旭東エレクトロニクス） ULTIMATE PRO microSDXC UHS-I Card
(SE-MSDU112818ON)

スピードクラス： Class 10, U3, V30, UHS-I, A2
公称速度：[読込］98MB/s ［書込］90MB/s

上記規格情報と照らし合わせると、下記スペックが保証されていることになる。

30MB/s～104MB/sのシーケンシャル転送速度
ランダムリード 4,000 IOPS、ランダムライト 2,000 IOPS

SDカードリーダー

Buffalo BSCR27U3 Series

USB3対応の一般的なSDカードリーダー。
UHS-I U3対応。

Sony MRW-S1

USB3.1 Gen1対応のSDカードリーダー。
UHS-II対応。

川宇®

謎のmicroSDカードリーダー。
おそらくUSB2だろう。

ベンチマーク

さて、早速だがベンチマークを取っていこうと思う。

ベンチマーク環境は下記の通り。

Minisforum DMAF5 (Ryzen 5 3550H, 16GB RAM)
Windows 11 Pro 22H2
Crystal Disk Mark 8.0.4 x64 (1GiB, 5 Attempt)

Buffalo BSCR27U3 Series

------------------------------------------------------------------------------
CrystalDiskMark 8.0.4 x64 (C) 2007-2021 hiyohiyo
                                  Crystal Dew World: https://crystalmark.info/
------------------------------------------------------------------------------
* MB/s = 1,000,000 bytes/s [SATA/600 = 600,000,000 bytes/s]
* KB = 1000 bytes, KiB = 1024 bytes

[Read]
  SEQ    1MiB (Q=  8, T= 1):    97.365 MB/s [     92.9 IOPS] < 85377.52 us>
  SEQ    1MiB (Q=  1, T= 1):    96.349 MB/s [     91.9 IOPS] < 10875.04 us>
  RND    4KiB (Q= 32, T= 1):    12.212 MB/s [   2981.4 IOPS] < 10702.20 us>
  RND    4KiB (Q=  1, T= 1):    10.595 MB/s [   2586.7 IOPS] <   385.65 us>

[Write]
  SEQ    1MiB (Q=  8, T= 1):    93.364 MB/s [     89.0 IOPS] < 88732.77 us>
  SEQ    1MiB (Q=  1, T= 1):    92.047 MB/s [     87.8 IOPS] < 11358.78 us>
  RND    4KiB (Q= 32, T= 1):     7.690 MB/s [   1877.4 IOPS] < 16991.46 us>
  RND    4KiB (Q=  1, T= 1):     6.973 MB/s [   1702.4 IOPS] <   586.13 us>

Profile: Default
   Test: 1 GiB (x5) [E: 0% (0/118GiB)]
   Mode: [Admin]
   Time: Measure 5 sec / Interval 5 sec 
   Date: 2023/04/30 15:45:09
     OS: Windows 11 Professional [10.0 Build 22621] (x64)
Comment: SE-MSDU112818ON, Buffalo BSCR27U3 Series

Sony MRW-S1

------------------------------------------------------------------------------
CrystalDiskMark 8.0.4 x64 (C) 2007-2021 hiyohiyo
                                  Crystal Dew World: https://crystalmark.info/
------------------------------------------------------------------------------
* MB/s = 1,000,000 bytes/s [SATA/600 = 600,000,000 bytes/s]
* KB = 1000 bytes, KiB = 1024 bytes

[Read]
  SEQ    1MiB (Q=  8, T= 1):    99.602 MB/s [     95.0 IOPS] < 83332.73 us>
  SEQ    1MiB (Q=  1, T= 1):    98.791 MB/s [     94.2 IOPS] < 10593.82 us>
  RND    4KiB (Q= 32, T= 1):     7.665 MB/s [   1871.3 IOPS] < 17054.19 us>
  RND    4KiB (Q=  1, T= 1):     6.792 MB/s [   1658.2 IOPS] <   601.86 us>

[Write]
  SEQ    1MiB (Q=  8, T= 1):    93.184 MB/s [     88.9 IOPS] < 88812.42 us>
  SEQ    1MiB (Q=  1, T= 1):    90.885 MB/s [     86.7 IOPS] < 11507.93 us>
  RND    4KiB (Q= 32, T= 1):     5.390 MB/s [   1315.9 IOPS] < 24233.18 us>
  RND    4KiB (Q=  1, T= 1):     5.015 MB/s [   1224.4 IOPS] <   815.30 us>

Profile: Default
   Test: 1 GiB (x5) [E: 0% (0/118GiB)]
   Mode: [Admin]
   Time: Measure 5 sec / Interval 5 sec 
   Date: 2023/04/30 15:51:48
     OS: Windows 11 Professional [10.0 Build 22621] (x64)
Comment: SE-MSDU112818ON, Sony MRW-S1

川宇®

------------------------------------------------------------------------------
CrystalDiskMark 8.0.4 x64 (C) 2007-2021 hiyohiyo
                                  Crystal Dew World: https://crystalmark.info/
------------------------------------------------------------------------------
* MB/s = 1,000,000 bytes/s [SATA/600 = 600,000,000 bytes/s]
* KB = 1000 bytes, KiB = 1024 bytes

[Read]
  SEQ    1MiB (Q=  8, T= 1):    20.741 MB/s [     19.8 IOPS] <388127.77 us>
  SEQ    1MiB (Q=  1, T= 1):    20.760 MB/s [     19.8 IOPS] < 50351.54 us>
  RND    4KiB (Q= 32, T= 1):     6.757 MB/s [   1649.7 IOPS] < 19345.77 us>
  RND    4KiB (Q=  1, T= 1):     6.293 MB/s [   1536.4 IOPS] <   649.80 us>

[Write]
  SEQ    1MiB (Q=  8, T= 1):    20.957 MB/s [     20.0 IOPS] <382697.07 us>
  SEQ    1MiB (Q=  1, T= 1):    21.137 MB/s [     20.2 IOPS] < 49467.73 us>
  RND    4KiB (Q= 32, T= 1):     6.492 MB/s [   1585.0 IOPS] < 20130.19 us>
  RND    4KiB (Q=  1, T= 1):     6.060 MB/s [   1479.5 IOPS] <   674.55 us>

Profile: Default
   Test: 1 GiB (x5) [E: 0% (0/118GiB)]
   Mode: [Admin]
   Time: Measure 5 sec / Interval 5 sec 
   Date: 2023/04/30 16:10:51
     OS: Windows 11 Professional [10.0 Build 22621] (x64)
Comment: SE-MSDU112818ON, 川宇®

結果

各SDカードリーダーで、若干の差異があることが確認できた。

シーケンシャルリード・ライトについては、Buffalo・Sonyのカードリーダーでカードのスペック近辺を叩き出したので、これがカード側の限界値だろうと考えられる。
川宇®については、USB2.0という制約があるためトップスピードは遠く及ばなかった。

ランダムリード・ライトについては、Buffaloのカードリーダーがリード転送・処理速度で頭一つ抜きんでていた。
処理速度に余裕があるはずなので速いだろうと予想していたUHS-II対応カードリーダー（Sony MRW-S1）で速度・IOPSともに低く出たのは予想外だった。
USB2.0の制約がある川宇®については、健闘したと言っていいだろう。

サンプル数が極めて少ないため一概に言えることではないかもしれないが
PCで使う分には、カードリーダーが対応しているSDカードの規格よりも、カードリーダーとPCのインターフェイス（USB）の規格を気にした方がよいのかもしれない。

というかこのカード、アプリケーションパフォーマンスクラス「A2」を標榜しているのに、その最低保証処理速度が出ないというのは割とアレだと思う…
（計測方法の違いによるものが大きいのかもしれないが）