下一代專業相機就在這裡，具有比以往任何時候都更高的分辨率和更多的色位深度。 所有這些都帶來了更多的數據和對更高數據速率的需求。 CFexpress 是專為這些相機設計的下一代媒體，提供遠超 1GB/s 的驚人速度，而且體積比標準 SD 卡大不了多少。 隨著更高容量的卡能夠實現超過 1,700MB/s 的讀取速度，需要更快的存儲。 對於數字成像技術人員或數字加載人員的現場工作流程來說，能夠跟上從攝像機中輸出的媒體是至關重要的。 在本文中，我們將探索不同的選項來實現快速、可靠的存儲，以便能夠在現實的假設中跟上數據。 我們還將了解一下 CompactFlash 的簡要歷史以及下一代相機內媒體的未來。
CompactFlash 的（節略）歷史到今天
第一個 CompactFlash 存儲設備由 SanDisk 創建並於 1994 年推向市場。最初設計用於筆記本電腦和 PDA 的可擴展存儲，它們於 25 年被用於柯達的 DC1996，這是第一款使用 CF 的數碼相機。這款相機於ska 的夏天，在其 0.27MB 內部存儲器和可選的 2MB CF 卡上捕獲了驚人的 4 兆像素。
在CF卡剛問世的時候，你可以抓起尋呼機，跳上你嶄新的本田Del Sol，去趟Wiz商店，就能買到一張容量高達15MB的CF卡。這些年來，CF卡的容量增長迅速，最初的規範理論上支援高達137GB的容量，而截至2010年的最新5.0版本更是支援128PB ！不過，實際上，由於早期CF卡所使用的FAT16檔案系統的固有限制，大多數早期CF卡的容量都從未超過2GB，即使是現在的CF卡，容量也從未超過256GB，而且可能永遠不會超過（值得一提的是，Lexar曾短暫銷售過512GB的CF卡，但銷量不佳，上市時間也很短）。
隨著容量的增加，CF 標准開始顯示出其局限性。 就像前面提到的 Honda del Sol 一樣，它只是沒有跟上現代技術的速度。 基於並行 ATA，與您的舊 IDE 硬盤驅動器使用的技術相同，它們被限制在大約 167MB/s，即使在最高端的卡上也是如此。 隨著 4k 和更高的攝像機以及百萬像素的高像素靜態攝像機進入市場，CF 不再打算削減它了。
成立於 1995 年的 CompactFlash Association 借鑒了自己的經驗，基於當前的行業標準硬盤驅動器接口 Serial ATA 創建了下一代存儲卡。 這種被稱為 CFast 的代際飛躍基於 SATA-II，在 300 年可以進行高達 2009MB/s 的讀寫。它很快更新為 SATA-III，如今 CFast 2.0 經常出現在場景中，大多數卡定期保持 550MB/s 的寫入速度。 使用 CFast 2.0 的最著名相機是 Arri Alexa Mini、佳能 C300 MkII 和佳能 1DX MkII。
在我看來，在開發出具有更高數據速率上限的接口之前，CFast 只是權宜之計。 問題在於 CFast 2.0 卡以其最大實際速度出現。 他們的 SATA 接口已經飽和，沒有更多的增長空間。
在 CFast 2.0 發布前後，索尼與 CF 協會合作宣布將 XQD 作為替代方案。 基於 PCI Express 2.0，它最初的速度與 CFast 2.0（約 500MB/s）非常相似，僅使用單個 PCIe 通道。 2014 年，它更新為支持雙通道，有效地將理論吞吐量翻了一番，不過目前最快的 XQD 卡最高讀取速度為 440MB/s，寫入速度為 400MB/s。 這種限制很可能是因為使用它們的相機不需要更快的速度，但這是我個人的猜測。
然而，XQD 提供了 CFast 所不具備的優勢：可擴展性。 SATA 技術已走向衰落，正被基於 PCIe 的 NVMe 技術逐步取代。這意味著 CFast 2.0 將是 CFast 技術發展至今速度的極限，並且無法向下相容未來的記憶卡。而基於 PCIe 的 XQD 則不存在這個問題。 CFexpress 正好彌補了這個缺陷。由於它同樣基於 PCIe，因此在電氣上與 XQD 相容。正如Lexar 的一位員工在接受 Nikon Rumors 採訪時所說：「CFexpress 本質上是 XQD 的升級版，應該能夠完全向下兼容 XQD。」尼康和 Phase One 也已證實了這一點，他們表示部分基於 XQD 的相機將透過韌體更新支援 CFexpress。
所以你可能會問，既然XQD還有更大的發展空間，為什麼我們要轉向CFexpress？好吧，讓我們先來做一些推測，因為這些都還沒有被證實，但也不難理解。目前，索尼是唯一生產XQD卡的公司，而且在XQD誕生的六年裡，採用XQD的相機數量相當有限，尤其與CF卡和SD卡相比更是如此。 CFexpress希望將高端高速儲存媒體標準化，用於影片和照片拍攝，而且到目前為止，它似乎正在朝著這個方向發展，許多不同的製造商都已在其相機中採用CFexpress。如今，市面上的CFexpress卡使用兩個PCIe 3.0頻道，讀取速度超過1700MB/s，寫入速度超過1400MB/s。
| 標準版 | CF卡 | 的CFast | 西清德 | 快車 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 版本 | 1.0 | 3.0 | 4.0 | 6.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 |
| 推出 | 1995 | 2004 | 2006 | 2010 | 2008 | 2012 | 2011 | 2014 | 2017 | 2019 |
| 公交車 | PATA | 亞太地區 (UDMA 66) | 亞太地區 (UDMA 133) | PATA（UltraDMA 模式 7） | SATA-300 | SATA-600 | PCIe 2.0 x1 | PCIe 2.0 x2 | PCIe 3.0 x2 | PCIe 3.0 x4 |
| 速度（最大理論值） | 8.3 MB / s的 | 66 MB / s的 | 133 MB / s的 | 167 MB / s的 | 300 MB / s的 | 600 MB / s的 | 500 MB / s的 | 1,000 MB / s的 | 2,000 MB / s的 | 4,000 MB / s的 |
CFexpress 卡在今天意味著什麼
現在我們知道了 CFexpress 可以在數據吞吐量方面為相機製造商提供什麼，讓我們來看看它在功能方面的作用。 第一款採用 CFexpress 的電影攝影機是佳能 C500 Mark II。 憑藉其兩個卡槽，C500 MkII 能夠使用佳能的 RAW Light 格式以全 5.9 位色深錄製 59.94k、12fps。 這為現場的電影攝影師提供了很大的自由度，可以按照他們想要的方式進行照明，而不必擔心因壓縮而丟失數據。 它還為後期製作中的調色師提供了很大的迴旋餘地，可以精確調整他們想要的外觀，更不用說 VFX 藝術家欣賞的大量數據了。
在攝影方面，佳能還在其旗艦靜態相機 1D X Mark III 中採用了 CFexpress。 憑藉雙 CFexpress 插槽，1D X 能夠以高達 20.1fps 的速度連續拍攝完整的 20MP RAW 靜止圖像。 其 RAW 照片緩衝區容量超過 1000 張圖像，這得益於 CFexpress 上超快的速度。 作為參考，使用 CFast 的 1D X Mark II 在緩衝區滿之前只能處理大約 170 張圖像。 儘管它主要是靜態相機，但 1D X MkIII 可以以 5.5fps 和 59.94 位色深拍攝 10K RAW 視頻，而 MkII 的壓縮格式為 4k 59.94fps。 所有令人印象深刻的東西，尤其是與上一代相機相比。 尼康也在其許多高端相機中採用了 CFexpress，結果和性能相似。
所有這些數據都需要儲存；而且數據量非常龐大。在最高畫質下，C500 MkII 僅拍攝 60 分鐘的影片就會佔用 1TB 的記憶卡空間。想想看，像《火星救援》這樣的大製作電影，特效非常豐富，能夠充分利用額外的儲存空間，總共拍攝了約 250 小時的素材。如果他們使用 C500 MkII 拍攝，就會產生四分之一PB的數據。
回到現實。假設你在片場管理兩台C500 Mk II攝影機的拍攝數據，它們使用較為溫和但合理的XF-AVC編碼，碼率為810Mbps。這樣每張512GB的記憶卡大約可以錄製1小時20分鐘。這是一場雙機位採訪，你使用一台連接了Sonnet Thunderbolt 3雙卡槽CFexpress讀卡機的Mac Mini或MacBook Pro，並安裝了SilverStack軟體進行檔案驗證。每次訪談大約持續1小時，第二助理攝影師會在每次訪談結束後給你一張記憶卡。每張卡片大約儲存了400GB的素材，而當天安排了4場採訪。為了跟上攝影機輸出的所有素材，避免因為需要在拍攝結束後留下來一個小時來卸載存儲介質而惹惱製片人（別問我怎麼知道的），我們需要滿足哪些要求？
我們需要：
- 至少 3,200GB 的存儲空間（加上混音器文件的空間）
- 足夠的速度下載 並驗證 一小時 800GB
- 該目標是大約 450MB/s 讀寫
- 可靠性，因此 RAID 和/或專業級存儲
- 為了安全起見至少兩個
考慮到這一點，我們來探討一些方案。首先，單硬碟方案肯定不行。你能找到的最快機械硬碟速度大約是 230MB/s，只有我們目標速度的一半。最起碼，一個雙磁碟 DAS（分散式陣列儲存），例如TerraMaster TD2，組成 RAID 0 陣列，就能讓我們非常接近目標速度。 USB 3.1 或 Thunderbolt 3 介面都可以，因為 USB 3.1 的速度最高可達 1,000MB/s 左右。如果預留一些頻寬，再搭配兩塊高速硬碟，例如WD Red Pro或Seagate IronWolf Pro，我們預期實際速度可達 450MB/s 左右。這與 G-Technology G-RAID 硬碟的性能非常接近，而 G-Technology G-RAID 硬碟在影視拍攝中非常常見。我們也可以把這些機械硬碟換成 2TB 的固態硬碟來滿足儲存需求，並在組成 RAID 0 陣列時獲得更高的速度。不過，這些方案在速度方面並沒有為我們留下太多提升空間。如果我們想要進一步提升速度，可以選擇兩塊容量為 3.84TB 的G-Technology G-DRIVE Pro SSD。在我們的測試中，這兩塊「怪獸級」固態硬碟能夠以接近 1GB/s 的速度吞噬數據，並且驗證速度更是達到了實際速度的兩倍。這為我們提供了相當不錯的速度提升空間，也避免了在一天工作結束時有人需要等待。如果製作團隊不想花 6000 美元購買容量小於 8TB 的儲存空間怎麼辦？幸運的是，G-Tech 再次提供了解決方案。幾乎售價一半的 16TB G-SPEED Shuttle 固態硬碟是絕佳的選擇。它支援多種 RAID 配置，並且在實際使用中（RAID 0 模式下）速度可達 750-1,000MB/s，能夠確保我們及時處理素材，並在需要時提供額外的安全保障。 CalDigit T4 也提供了相同的功能，使用者可以選擇使用自己的硬碟或固態硬碟。就網路附加儲存而言，任何能夠充分利用 10GbE 連結的 RAID 陣列都非常理想。光纖通道陣列也是如此；任何能夠充分利用 16Gb 鏈路的陣列都能很好地工作。作為參考，我的家用 NAS 配置了八塊 4TB 7,200 轉的硬碟，組成 raidz1 陣列（本質上是 RAID 5），讀取速度可以達到 1,200MB/s 的 10GbE 鏈路滿負荷，寫入速度約為 600MB/s。如果我使用速度更快的硬碟，寫入速度可以輕鬆大幅提升。
在 RAID2 中使用一對 6TB WD Red Pro 對 TerraMaster TD0 進行速度測試。
CFexpress 卡的未來
CFexpress 今天就在這裡，對更高速存儲的需求是顯而易見的。 未來只會看到更多使用這項技術的相機和設備，包括最近發布的尼康 D6。 甚至傳聞下一代 Xbox Series X 支持 CFexpress 作為可擴展存儲，因此我預計 CFexpress 將變得無處不在。 它還有很大的發展空間，因為它仍然只使用 PCI Express 3.0 規範； 看到未來的 CFe 卡使用 PCIe 4.0 並非不可能，使相機能夠提供更大的 RAW 傳感器輸出、更高的幀速率和更高分辨率。 想像各種可能性當然令人興奮。
我希望我上面的假設場景能讓您很好地了解需要什麼類型和速度的存儲來跟上這一代性能的飛躍。 來自 G-Technology、CalDigit、LaCie 等公司的新產品將開始滿足這一需求，而且隨著普及率的提高，人們的負擔能力也會越來越強。 專業人士，包括我自己，都不能倖免於標價衝擊，並且不會破壞銀行的高速、大容量存儲解決方案的潛力令人興奮地期待。
如果您想了解更多關於 CFexpress 的信息，請收聽我們的播客節目， Brian Beeler 在節目中採訪了 SanDisk 的 Dakota Calvert，討論了 SanDisk 如何才能成為內容創作者的可靠夥伴，以及新興技術如何支持創作者。
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