Тъй като компютрите стават по-малки, трябва да се смалят и хардуерните компоненти като устройства за съхранение. Въвеждането на SSD устройства позволява по-тънки дизайни като Ultrabook, но това се сблъсква със стандартния за индустрията SATA интерфейс.
Интерфейсът mSATA е проектиран да създаде карта с тънък профил, която може да взаимодейства със SATA интерфейса. Нов проблем се появи, когато стандартите SATA 3.0 ограничиха производителността на SSD. Трябваше да се разработи нова форма на интерфейс на компактна карта, за да се коригират тези проблеми.
Първоначално наречен NGFF (Next Generation Form Factor), новият интерфейс е стандартизиран в интерфейса на устройството M.2 съгласно спецификациите SATA версия 3.2.
По-високи скорости
Докато размерът е фактор при разработването на интерфейс, скоростта на устройството е също толкова критична. Спецификациите на SATA 3.0 ограничиха честотната лента в реалния свят на SSD на интерфейса на устройството до около 600 MB/s, което много устройства са достигнали. Спецификациите на SATA 3.2 въведоха нов смесен подход за интерфейса M.2, както беше с SATA Express.
По същество една нова M.2 карта може да използва съществуващите SATA 3.0 спецификации и да бъде ограничена до 600 MB/s. Или може да използва PCI-Express, който осигурява честотна лента от 1 GB/s при текущите стандарти PCI-Express 3.0. Тази скорост от 1 GB/s е за една PCI-Express лента, но е възможно да се използват няколко ленти. Съгласно спецификацията M.2 SSD могат да се използват до четири ленти. Използването на две ленти теоретично би осигурило 2,0 GB/s, докато четири ленти биха осигурили до 4,0 GB/s.
С евентуалното пускане на PCI-Express 4.0, тези скорости ефективно ще се удвоят. Пускането на PCI-Express 5.0 през 2017 г. отбеляза увеличение на честотната лента до 32 GT/s, с 63 GB/s в конфигурация с 16 ленти. PCI-Express 6.0 (2019) отбеляза още едно удвояване на честотната лента до 64 GT/s, което позволява 126 GB/s във всяка посока.
Не всички системи постигат тези скорости. Устройството M.2 и интерфейсът трябва да бъдат настроени в същия режим. Интерфейсът M.2 използва или наследения SATA режим, или по-новите PCI-Express режими. Устройството избира кой да използва.
Например, M.2 устройство, проектирано с наследен SATA режим, е ограничено до 600 MB/s. Докато M.2 устройството е съвместимо с PCI-Express до четири ленти (x4), компютърът използва само две ленти (x2). Това води до максимални скорости от 2,0 GB/s. За да постигнете възможно най-голяма скорост, проверете какво поддържа устройството и компютърът или дънната платка.
По-малки и по-големи размери
Една от целите на дизайна на устройството M.2 беше да се намали общият размер на устройството за съхранение. Това беше постигнато по един от няколко начина. Първо, картите бяха направени по-тесни, отколкото в предишния mSATA форм фактор. M.2 картите са с ширина 22 mm, в сравнение с 30 mm на mSATA. Картите също са по-къси по дължина с 30 мм дължина, в сравнение с 50 мм на mSATA. Разликата е, че M.2 картите поддържат по-големи дължини до 110 mm. Това означава, че тези устройства могат да бъдат по-големи, което осигурява повече място за чипове и следователно по-висок капацитет.
В допълнение към дължината и ширината на картите, има опция за едностранни или двустранни M.2 платки. Едностранните платки осигуряват тънък профил и са полезни за ултратънки лаптопи. Двустранната платка позволява два пъти повече чипове да бъдат инсталирани на M.2 платка, което позволява по-голям капацитет за съхранение. Това е полезно за компактни настолни приложения, където пространството не е толкова критично.
Проблемът е, че трябва да сте наясно какъв вид M.2 конектор има на компютъра, в допълнение към пространството за дължината на картата. Повечето лаптопи използват само едностранен конектор, което означава, че лаптопите не могат да използват двустранни M.2 карти.
Командни режими
Повече от десетилетие SATA направи съхранението plug-and-play операция. Това се дължи на простия интерфейс и командната структура AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI е начинът, по който компютрите комуникират инструкции с устройствата за съхранение. Той е вграден във всички съвременни операционни системи и не изисква инсталиране на допълнителни драйвери при добавяне на нови устройства.
AHCI е разработен в епоха, когато твърдите дискове са имали ограничена способност да обработват инструкции поради физическото естество на главите и плочите на устройството. Една единствена опашка от команди с 32 команди беше достатъчна. Проблемът е, че днешните SSD устройства правят много повече, но все още са ограничени от AHCI драйверите.
Командната структура и драйверите на NVMe (Non-Volatile Memory Express) и драйверите са разработени, за да премахнат това пречка и да подобрят производителността. Вместо да използва една опашка от команди, той предоставя до 65 536 опашки от команди, с до 65 536 команди на опашка. Това позволява по-паралелна обработка на заявките за четене и запис на хранилището, което повишава производителността в сравнение с командната структура на AHCI.
Въпреки че това е страхотно, има малък проблем. AHCI е вграден във всички съвременни операционни системи, но NVMe не е. Драйверите трябва да бъдат инсталирани върху съществуващите операционни системи, за да извлечете максимума от устройствата. Това е проблем за много по-стари операционни системи.
Спецификацията на устройството M.2 позволява един от двата режима. Това прави възприемането на новия интерфейс по-лесно със съществуващите компютри и технологии. Тъй като поддръжката за командната структура на NVMe се подобрява, същите устройства могат да се използват с този нов команден режим. Превключването между двата режима обаче изисква дисковете да бъдат преформатирани.
Подобрена консумация на енергия
Мобилният компютър има ограничено време за работа въз основа на размера на батериите и мощността, консумирана от компонентите му. SSD устройствата намаляват консумацията на енергия от компонента за съхранение, но има място за подобрение.
Тъй като интерфейсът M.2 SSD е част от спецификацията SATA 3.2, той включва други функции извън интерфейса. Това включва нова функция, наречена DevSleep. Тъй като повече системи са проектирани да преминават в режим на заспиване, когато са затворени или изключени, вместо да се изключат напълно, има постоянно изразходване на батерията, за да поддържат някои данни активни за бързо възстановяване, когато устройството се събуди. DevSleep намалява количеството енергия, използвано от устройствата, като създава ново състояние на по-ниска мощност. Това трябва да удължи времето за работа на компютри, които са поставени в режим на заспиване.
Проблеми при зареждане
Интерфейсът M.2 е напредък в компютърното съхранение и производителност. Компютрите трябва да използват шината PCI-Express, за да получат най-добра производителност. В противен случай той работи по същия начин като всеки съществуващ SATA 3.0 диск. Това не изглежда като голяма работа, но е проблем с много от първите дънни платки, които използват функцията.
SSD устройствата предлагат най-доброто изживяване, когато се използват като основно или зареждащо устройство. Проблемът е, че съществуващият софтуер на Windows има проблем с много дискове, зареждащи се от шината PCI-Express, а не от SATA. Това означава, че наличието на M.2 устройство, използващо PCI-Express, няма да бъде основното устройство, където са инсталирани операционната система или програмите. Резултатът е бързо устройство за данни, но не и устройство за стартиране.
Не всички компютри и операционни системи имат този проблем. Например, Apple разработи macOS (или OS X), за да използва шината PCI-Express за root дялове. Това е така, защото Apple превключи своите SSD устройства на PCI-Express в MacBook Air от 2013 г. - преди спецификациите на M.2 да бъдат финализирани. Microsoft актуализира Windows 10, за да поддържа новите PCI-Express и NVMe устройства. По-старите версии на Windows може също да работят, ако хардуерът се поддържа и са инсталирани външни драйвери.
Как използването на M.2 може да премахне други функции
Друга проблемна област, особено при дънните платки за настолни компютри, се отнася до това как M.2 интерфейсът е свързан с останалата част от компютърната система. Между процесора и останалата част от компютъра има ограничен брой PCI-Express ленти. За да използвате PCI-Express-съвместим M.2 слот за карта, производителят на дънната платка трябва да отдели тези PCI-Express ленти далеч от другите компоненти на системата.
Как тези PCI-Express ленти са разделени между устройствата на платките е основен проблем. Например, някои производители споделят PCI-Express лентите със SATA портове. По този начин използването на слота за устройство M.2 може да изразходва повече от четири SATA слота. В други случаи M.2 може да споделя тези ленти с други PCI-Express слотове за разширение.
Проверете как е проектирана платката, за да сте сигурни, че M.2 няма да пречи на потенциалното използване на други SATA твърди дискове, DVD устройства, Blu-ray устройства или други разширителни карти.
