W miarę, jak komputery, zwłaszcza laptopy, stają się coraz mniejsze, komponenty, takie jak dyski do przechowywania, muszą być odpowiednio mniejsze. Wraz z wprowadzeniem dysków półprzewodnikowych łatwiej było umieścić je w coraz cieńszych konstrukcjach, takich jak Ultrabooki, ale problem nadal dotyczył standardowego interfejsu SATA. Ostatecznie interfejs mSATA został zaprojektowany w celu utworzenia cienkiej karty profilu, która nadal może wchodzić w interakcje z interfejsem SATA. Problem polega na tym, że standardy SATA 3.0 ograniczają wydajność dysków SSD. Aby rozwiązać te problemy, należy opracować nową formę interfejsu kart kompaktowych. Pierwotnie nazywane NGFF (Next Generation Form Factor), nowy interfejs został ostatecznie znormalizowany w nowym interfejsie dysku M.2 zgodnie ze specyfikacjami SATA w wersji 3.2.
Szybsze prędkości
Chociaż rozmiar jest oczywiście czynnikiem wpływającym na rozwój nowego interfejsu, szybkość napędów jest równie ważna. Specyfikacja SATA 3.0 ograniczyła rzeczywistą przepustowość dysku SSD w interfejsie dysku do około 600 MB / s, co jest obecnie dostępne dla wielu napędów. Specyfikacje SATA 3.2 wprowadziły nowe mieszane podejście do interfejsu M.2, podobnie jak w przypadku SATA Express. Zasadniczo nowa karta M.2 może wykorzystywać istniejące specyfikacje SATA 3.0 i ograniczać się do 600 MB / s lub może zamiast tego zdecydować się na użycie PCI-Express, który zapewnia przepustowość 1 GB / s pod obecną PCI-Express 3.0 standardy. Teraz prędkość 1 GB / s dotyczy pojedynczej linii PCI-Express. Możliwe jest korzystanie z wielu pasów i zgodnie ze specyfikacją M.2 SSD, można zastosować do czterech pasów. Korzystanie z dwóch pasm zapewnia 2,0 GB / s, podczas gdy cztery linie mogą zapewnić do 4,0 GB / s. Wraz z ostateczną wersją PCI-Express 4.0 prędkości te wzrosłyby dwukrotnie.
Teraz nie wszystkie systemy osiągną te prędkości. Napęd M.2 i interfejs na komputerze muszą być skonfigurowane w tym samym trybie. Interfejs M.2 został zaprojektowany do korzystania ze starszego trybu SATA lub nowszych trybów PCI-Express, ale napęd wybierze, który z nich będzie używany. Na przykład dysk M.2 zaprojektowany w trybie tradycyjnym SATA będzie ograniczony do prędkości 600 MB / s. Teraz napęd M.2 może być zgodny z PCI-Express do 4 linii (x4), ale komputer używa tylko dwóch linii (x2). Powoduje to maksymalną prędkość wynoszącą zaledwie 2,0 GB / s. Aby uzyskać jak największą prędkość, musisz sprawdzić, co dysk i komputer lub płyta główna obsługują.
Mniejsze i większe rozmiary
Jednym z celów projektu napędu M.2 było zmniejszenie całkowitego rozmiaru urządzenia pamięci masowej. Osiąga się to na jeden z kilku różnych sposobów. Po pierwsze, sprawili, że karty były węższe niż poprzedni współczynnik mSATA. Karty M.2 mają tylko 22 mm szerokości w porównaniu do 30 mm mSATA. Karty można również zwierać tylko o 30 mm w porównaniu do 50 mm mSATA. Różnica polega na tym, że karty M.2 obsługują również dłuższe długości do 110 mm, co oznacza, że mogą być większe, co zapewnia więcej miejsca na żetony, a tym samym większą pojemność.
Oprócz długości i szerokości kart dostępna jest również opcja płyt jednostronnych lub dwustronnych M.2. Dlaczego dwie różne grubości? Cóż, płyty jednostronne zapewniają bardzo cienki profil i są przydatne dla ultracienkich laptopów. Z drugiej strony, dwustronna płyta pozwala na zainstalowanie dwa razy więcej układów na płycie M.2 w celu zwiększenia pojemności, co jest przydatne w przypadku kompaktowych aplikacji biurowych, gdzie przestrzeń nie jest tak ważna. Problem polega na tym, że musisz wiedzieć, jaki rodzaj złącza M.2 znajduje się na komputerze oprócz miejsca na długość karty. Większość laptopów używa tylko jednostronnego złącza, co oznacza, że nie mogą używać kart dwustronnych M.2.
Tryby poleceń
Od ponad dekady SATA stworzyła pamięć do komputerów typu plug and play. Jest to możliwe dzięki bardzo prostemu w użyciu interfejsowi, ale także dzięki strukturze poleceń AHCI (Advanced Host Controller Interface). W ten sposób komputer może komunikować instrukcje z urządzeniami pamięci masowej. Jest wbudowany we wszystkie nowoczesne systemy operacyjne i dlatego nie wymaga instalowania dodatkowych sterowników w systemie operacyjnym po dodaniu nowych napędów. Udało się to znakomicie, ale został opracowany w erze dysków twardych, które mają ograniczoną zdolność do przetwarzania instrukcji ze względu na fizyczny charakter głowic napędowych i talerzy. Jedna kolejka poleceń z 32 komendami była wystarczająca. Problem polega na tym, że napędy półprzewodnikowe mogą zrobić o wiele więcej, ale są ograniczone przez sterowniki AHCI.
Aby wyeliminować to wąskie gardło i poprawić wydajność, stworzono strukturę poleceń i sterowniki NVMe (Non-Volatile Memory Express), aby wyeliminować ten problem w przypadku dysków półprzewodnikowych. Zamiast używać pojedynczej kolejki poleceń, udostępnia do 65 536 kolejek poleceń z 65 536 komendami na kolejkę. Pozwala to na bardziej równoległe przetwarzanie żądań odczytu i zapisu pamięci, co pomoże zwiększyć wydajność w strukturze poleceń AHCI.
Chociaż jest to świetne, jest pewien problem. AHCI jest wbudowane we wszystkie nowoczesne systemy operacyjne, ale NVMe nie jest. Aby maksymalnie wykorzystać możliwości dysków, sterowniki muszą być zainstalowane na istniejących systemach operacyjnych, aby można było korzystać z tego nowego trybu poleceń. Jest to problem dla wielu osób na starszych systemach operacyjnych. Na szczęście specyfikacja dysku M.2 umożliwia użycie jednego z dwóch trybów. Dzięki temu łatwiej jest adoptować nowy interfejs z istniejącymi komputerami i technologiami za pomocą struktury poleceń AHCI.Następnie, gdy obsługa struktury poleceń NVMe zostanie ulepszona do oprogramowania, te same dyski mogą być używane z tym nowym trybem poleceń. Ostrzegamy, że przełączanie między tymi dwoma trybami będzie wymagać ponownego formatowania dysków.
Lepsze zużycie energii
Komputery przenośne mają ograniczony czas pracy w zależności od wielkości baterii i mocy pobieranej przez różne komponenty. Dyski półprzewodnikowe zapewniały pewne znaczące zmniejszenie zużycia energii przez komponent pamięci masowej, dzięki czemu poprawiono ich żywotność, ale istnieje możliwość poprawy. Ponieważ interfejs M.2 SSD jest częścią specyfikacji SATA 3.2, zawiera również inne funkcje poza samym interfejsem. Obejmuje to nową funkcję o nazwie DevSleep. Ponieważ coraz więcej systemów jest zaprojektowanych do przejścia w tryb uśpienia po zamknięciu lub wyłączeniu, a nie po całkowitym wyłączeniu zasilania, akumulator jest stale wciągany, aby niektóre dane były aktywne, aby można je było szybko odzyskać po obudzeniu urządzeń. DevSleep zmniejsza ilość energii zużywanej przez urządzenia takie jak M.2 SSD, tworząc nowy, niższy stan zasilania. Powinno to pomóc w wydłużeniu czasu działania tych systemów, a nie po wyłączeniu zasilania.
Problemy z uruchamianiem
Interfejs M.2 jest doskonałym dodatkiem do pamięci komputera i możliwością poprawy wydajności naszych komputerów. Jest jednak niewielki problem z wczesną jego implementacją. Aby uzyskać najlepszą wydajność z nowego interfejsu, komputer musi korzystać z magistrali PCI-Express, w przeciwnym razie działa tak samo, jak każdy istniejący dysk SATA 3.0. Nie wydaje się to wielkim problemem, ale w rzeczywistości jest to problem z wieloma z pierwszych płyt głównych, które korzystają z tej funkcji. Dyski SSD oferują najlepszą jakość, gdy są używane jako dysk główny lub rozruchowy. Problem polega na tym, że istniejące oprogramowanie Windows ma problem z uruchamianiem wielu dysków z magistrali PCI-Express, a nie z SATA. Oznacza to, że posiadanie dysku M.2 z szybkim dostępem PCI-Express nie będzie głównym dyskiem, na którym jest zainstalowany system operacyjny lub programy. Wynikiem jest szybki napęd danych, ale nie dysk rozruchowy.
Nie wszystkie komputery i systemy operacyjne mają ten problem. Na przykład firma Apple opracowała system OS X do korzystania z magistrali PCI-Express do partycji root. Wynika to z faktu, że Apple przełączył swoje dyski SSD na PCI-Express w MacBooku 2013 w wersji 2013, zanim sfinalizowane zostały specyfikacje M.2. Firma Microsoft zaktualizowała system Windows 10, aby w pełni obsługiwać nowe dyski PCI-Express i NVMe, jeśli sprzęt, na którym działa, również może. Starsze wersje systemu Windows mogą być w stanie, jeśli sprzęt jest obsługiwany i zainstalowane są sterowniki zewnętrzne.
W jaki sposób użycie M.2 może usunąć inne funkcje
Innym obszarem zainteresowania, szczególnie w przypadku płyt głównych na komputery, jest sposób połączenia interfejsu M.2 z resztą systemu. Widać, że istnieje ograniczona liczba linii PCI-Express między procesorem a resztą komputera. Aby korzystać z gniazda kart M.2 zgodnego ze standardem PCI-Express, producent płyty głównej musi odłączyć te pasy PCI-Express od innych komponentów systemu. Sposób, w jaki te pasy PCI-Express są podzielone między urządzenia na tablicach, jest poważnym problemem. Na przykład niektórzy producenci dzielą pasma PCI-Express z portami SATA. Dlatego użycie gniazda napędu M.2 może zabrać do góry cztery gniazda SATA. W innych sprawach. M.2 może współdzielić te ścieżki z innymi gniazdami rozszerzeń PCI-Express. Pamiętaj, aby sprawdzić, w jaki sposób płyta została zaprojektowana, aby upewnić się, że użycie M.2 nie zakłóci potencjalnego wykorzystania innych dysków twardych SATA, napędów DVD lub Blu-ray lub innych kart rozszerzeń.
