По мере того, как компьютеры становятся меньше, должны уменьшаться и аппаратные компоненты, такие как накопители. Появление твердотельных накопителей позволило создавать более тонкие конструкции, такие как ультрабуки, но это противоречило стандартному для отрасли интерфейсу SATA.
Интерфейс mSATA был разработан для создания карты с тонким профилем, которая могла бы взаимодействовать с интерфейсом SATA. Новая проблема возникла, когда стандарты SATA 3.0 ограничили производительность твердотельных накопителей. Чтобы исправить эти проблемы, необходимо было разработать новую форму интерфейса компактной карты.
Первоначально названный NGFF (форм-фактор следующего поколения), новый интерфейс был стандартизирован в интерфейсе диска M.2 в соответствии со спецификациями SATA версии 3.2.
Более высокие скорости
Хотя размер является важным фактором при разработке интерфейса, скорость накопителя не менее важна. Спецификации SATA 3.0 ограничивали реальную пропускную способность SSD на интерфейсе накопителя примерно до 600 МБ/с, чего достигли многие накопители. Спецификации SATA 3.2 представили новый смешанный подход к интерфейсу M.2, как это было с SATA Express.
По сути, новая карта M.2 может использовать существующие спецификации SATA 3.0 и иметь ограничение до 600 МБ/с. Или он может использовать PCI-Express, который обеспечивает пропускную способность 1 ГБ/с в соответствии с текущими стандартами PCI-Express 3.0. Эта скорость 1 ГБ/с предназначена для одной линии PCI-Express, но можно использовать несколько линий. В соответствии со спецификацией M.2 SSD можно использовать до четырех дорожек. Использование двух линий теоретически обеспечит скорость 2,0 ГБ/с, а четырех линий - до 4,0 ГБ/с.
С окончательным выпуском PCI-Express 4.0 эти скорости фактически удвоятся. Выпуск PCI-Express 5.0 в 2017 году увеличил пропускную способность до 32 ГТ/с, с 63 Гбайт/с в конфигурации с 16 линиями. PCI-Express 6.0 (2019) снова удвоил пропускную способность до 64 ГТ/с, что позволяет передавать 126 ГБ/с в каждом направлении.
Не все системы достигают таких скоростей. Диск M.2 и интерфейс должны быть настроены в одном и том же режиме. Интерфейс M.2 использует либо устаревший режим SATA, либо более новые режимы PCI-Express. Привод выбирает, какой из них использовать.
Например, диск M.2, разработанный с устаревшим режимом SATA, ограничен 600 МБ/с. В то время как диск M.2 совместим с PCI-Express до четырех линий (x4), компьютер использует только две линии (x2). Это приводит к максимальной скорости 2,0 ГБ/с. Чтобы получить максимально возможную скорость, проверьте, что поддерживают дисковод и компьютер или материнская плата.
Меньшие и большие размеры
Одной из целей дизайна накопителя M.2 было уменьшение общего размера устройства хранения. Это было достигнуто одним из нескольких способов. Во-первых, карты сделали более узкими, чем в предыдущем форм-факторе mSATA. Карты M.2 имеют ширину 22 мм по сравнению с 30 мм у mSATA. Карты также короче на 30 мм по сравнению с 50 мм у mSATA. Разница в том, что карты M.2 поддерживают карты большей длины до 110 мм. Это означает, что эти накопители могут быть больше, что обеспечивает больше места для чипов и, следовательно, большую емкость.
В дополнение к длине и ширине карт существует возможность использования односторонних или двусторонних плат M.2. Односторонние платы имеют тонкий профиль и подходят для ультратонких ноутбуков. Двусторонняя плата позволяет установить в два раза больше чипов на плату M.2, что обеспечивает большую емкость хранилища. Это полезно для компактных настольных приложений, где пространство не так критично.
Проблема в том, что нужно знать, что за разъем M.2 на компьютере, кроме места под длину карты. Большинство ноутбуков используют только односторонний разъем, а это означает, что ноутбуки не могут использовать двусторонние карты M.2.
Режимы команд
На протяжении более десяти лет SATA превращает хранение в операцию plug-and-play. Это связано с простым интерфейсом и структурой команд AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI - это то, как компьютеры передают инструкции устройствам хранения. Он встроен во все современные операционные системы и не требует установки дополнительных драйверов при добавлении новых дисков.
AHCI был разработан в эпоху, когда возможности жестких дисков по обработке инструкций были ограничены из-за физической природы головок и пластин дисков. Одной очереди команд с 32 командами было достаточно. Проблема в том, что современные твердотельные накопители делают гораздо больше, но все еще ограничены драйверами AHCI.
Командная структура и драйверы NVMe (Non-Volatile Memory Express) были разработаны для устранения этого узкого места и повышения производительности. Вместо использования одной очереди команд он обеспечивает до 65 536 очередей команд, по 65 536 команд в каждой очереди. Это обеспечивает более параллельную обработку запросов на чтение и запись хранилища, что повышает производительность по сравнению со структурой команд AHCI.
Несмотря на то, что это здорово, есть небольшая проблема. AHCI встроен во все современные операционные системы, а NVMe - нет. Драйверы должны быть установлены поверх существующих операционных систем, чтобы получить максимальную отдачу от накопителей. Это проблема многих старых операционных систем.
Спецификация накопителя M.2 допускает любой из двух режимов. Это упрощает внедрение нового интерфейса с существующими компьютерами и технологиями. По мере улучшения поддержки структуры команд NVMe в этом новом командном режиме можно использовать одни и те же диски. Однако для переключения между двумя режимами необходимо переформатировать диски.
Улучшенное энергопотребление
Мобильный компьютер имеет ограниченное время работы в зависимости от размера его батарей и мощности, потребляемой его компонентами. Твердотельные накопители снижают энергопотребление компонента хранения, но есть возможности для улучшения.
Поскольку интерфейс твердотельного накопителя M.2 является частью спецификации SATA 3.2, он включает в себя другие функции, помимо интерфейса. Это включает в себя новую функцию под названием DevSleep. Поскольку все больше систем предназначены для перехода в спящий режим при закрытии или выключении, а не для полного отключения питания, батарея постоянно потребляет энергию, чтобы поддерживать активность некоторых данных для быстрого восстановления после пробуждения устройства. DevSleep уменьшает количество энергии, используемой устройствами, создавая новое состояние пониженного энергопотребления. Это должно увеличить время работы компьютеров, переведенных в спящий режим.
Проблемы с загрузкой
Интерфейс M.2 - это прогресс в области хранения и производительности компьютера. Компьютеры должны использовать шину PCI-Express для достижения наилучшей производительности. В остальном он работает так же, как и любой существующий диск SATA 3.0. Это не кажется большой проблемой, но это проблема многих первых материнских плат, использующих эту функцию.
Накопители SSD предлагают наилучшие возможности при использовании в качестве корневого или загрузочного диска. Проблема в том, что в существующем программном обеспечении Windows многие диски загружаются с шины PCI-Express, а не с SATA. Это означает, что диск M.2 с использованием PCI-Express не будет основным диском, на котором установлены операционная система или программы. В результате получается быстрый диск с данными, но не загрузочный.
Не все компьютеры и операционные системы имеют эту проблему. Например, Apple разработала macOS (или OS X) для использования шины PCI-Express для корневых разделов. Это связано с тем, что Apple переключила свои SSD-накопители на PCI-Express в MacBook Air 2013 года - до того, как были завершены спецификации M.2. Microsoft обновила Windows 10 для поддержки новых дисков PCI-Express и NVMe. Старые версии Windows также могут работать, если оборудование поддерживается и установлены внешние драйверы.
Как использование M.2 может удалить другие функции
Еще одна проблемная область, особенно с материнскими платами для настольных ПК, связана с тем, как интерфейс M.2 подключается к остальной части компьютерной системы. Между процессором и остальной частью компьютера имеется ограниченное количество линий PCI-Express. Чтобы использовать разъем для карты M.2, совместимый с PCI-Express, производитель материнской платы должен отделить эти линии PCI-Express от других компонентов системы.
То, как эти линии PCI-Express разделены между устройствами на платах, вызывает серьезную озабоченность. Например, некоторые производители делят линии PCI-Express с портами SATA. Таким образом, использование слота для диска M.2 может занять более четырех слотов SATA. В других случаях M.2 может использовать эти линии совместно с другими слотами расширения PCI-Express.
Проверьте конструкцию платы, чтобы убедиться, что M.2 не будет мешать потенциальному использованию других жестких дисков SATA, дисководов DVD, Blu-ray или других плат расширения.
