Når datamaskiner blir mindre, må maskinvarekomponenter som lagringsstasjoner også gjøre det. Introduksjonen av solid-state-stasjoner tillot tynnere design som Ultrabooks, men dette kolliderte med industristandarden SATA-grensesnitt.
mSATA-grensesnittet ble designet for å lage et tynt profilkort som kunne samhandle med SATA-grensesnittet. Et nytt problem dukket opp da SATA 3.0-standardene begrenset ytelsen til SSD-er. En ny form for kompaktkortgrensesnitt måtte utvikles for å rette opp disse problemene.
Opprinnelig k alt NGFF (Next Generation Form Factor), det nye grensesnittet har blitt standardisert til M.2-stasjonsgrensesnittet under SATA versjon 3.2-spesifikasjonene.
Raskere hastigheter
Mens størrelse er en faktor i utviklingen av et grensesnitt, er hastigheten på stasjonen like kritisk. SATA 3.0-spesifikasjonene begrenset den virkelige båndbredden til en SSD på stasjonsgrensesnittet til rundt 600 MB/s, som mange stasjoner har nådd. SATA 3.2-spesifikasjonene introduserte en ny blandet tilnærming for M.2-grensesnittet, slik den gjorde med SATA Express.
I hovedsak kan et nytt M.2-kort bruke eksisterende SATA 3.0-spesifikasjoner og begrenses til 600 MB/s. Eller den kan bruke PCI-Express, som gir en båndbredde på 1 GB/s under gjeldende PCI-Express 3.0-standarder. Den hastigheten på 1 GB/s er for en enkelt PCI-Express-bane, men det er mulig å bruke flere baner. Under M.2 SSD-spesifikasjonen kan opptil fire baner brukes. Å bruke to baner vil teoretisk gi 2,0 GB/s, mens fire baner vil gi opptil 4,0 GB/s.
Med den eventuelle utgivelsen av PCI-Express 4.0, ville disse hastighetene faktisk dobles. Utgivelsen av PCI-Express 5.0 i 2017 så en økning i båndbredde til 32 GT/s, med 63 GB/s i en 16-felts konfigurasjon. PCI-Express 6.0 (2019) fikk nok en dobling av båndbredden til 64 GT/s, noe som tillater 126 GB/s i hver retning.
Ikke alle systemer oppnår disse hastighetene. M.2-stasjonen og grensesnittet må settes opp i samme modus. M.2-grensesnittet bruker enten den eldre SATA-modusen eller de nyere PCI-Express-modusene. Stasjonen velger hvilken som skal brukes.
For eksempel er en M.2-stasjon designet med SATA legacy-modus begrenset til 600 MB/s. Mens M.2-stasjonen er kompatibel med PCI-Express opptil fire baner (x4), bruker datamaskinen bare to baner (x2). Dette resulterer i maksimalhastigheter på 2,0 GB/s. For å få mest mulig hastighet, sjekk hva stasjonen og datamaskinen eller hovedkortet støtter.
Mindre og større størrelser
Et av målene med M.2-diskdesignet var å redusere den totale størrelsen på lagringsenheten. Dette ble oppnådd på en av flere måter. For det første ble kortene gjort smalere enn i den forrige mSATA-formfaktoren. M.2-kort er 22 mm brede, sammenlignet med 30 mm mSATA. Kortene er også kortere i lengde med 30 mm lange, sammenlignet med 50 mm mSATA. Forskjellen er at M.2-kort støtter lengre lengder på opptil 110 mm. Det betyr at disse stasjonene kan være større, noe som gir mer plass til sjetonger og dermed høyere kapasitet.
I tillegg til lengden og bredden på kortene, er det mulighet for enten enkelt- eller dobbeltsidige M.2-brett. Enkeltsidige brett gir en tynn profil og er nyttige for ultratynne bærbare datamaskiner. Et dobbeltsidig kort gjør det mulig å installere dobbelt så mange brikker på et M.2-kort, noe som gir større lagringskapasitet. Dette er nyttig for kompakte skrivebordsapplikasjoner der plassen ikke er like kritisk.
Problemet er at du må være klar over hva slags M.2-kontakt som er på datamaskinen, i tillegg til plass til lengden på kortet. De fleste bærbare datamaskiner bruker kun en ensidig kontakt, noe som betyr at bærbare datamaskiner ikke kan bruke dobbeltsidige M.2-kort.
Kommandomoduser
I mer enn et tiår har SATA gjort lagring til en plug-and-play-operasjon. Dette skyldes det enkle grensesnittet og kommandostrukturen AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI er hvordan datamaskiner kommuniserer instruksjoner med lagringsenheter. Den er innebygd i alle moderne operativsystemer og krever ikke at flere drivere installeres når du legger til nye stasjoner.
AHCI ble utviklet i en tid da harddisker hadde begrenset evne til å behandle instruksjoner på grunn av den fysiske naturen til stasjonshodene og platene. En enkelt kommandokø med 32 kommandoer var tilstrekkelig. Problemet er at dagens solid-state-stasjoner gjør mye mer, men fortsatt er begrenset av AHCI-driverne.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) kommandostruktur og drivere ble utviklet for å eliminere denne flaskehalsen og forbedre ytelsen. I stedet for å bruke en enkelt kommandokø, gir den opptil 65 536 kommandokøer, med opptil 65 536 kommandoer per kø. Dette muliggjør mer parallell behandling av lagringslese- og skriveforespørsler, noe som øker ytelsen i forhold til AHCI-kommandostrukturen.
Selv om dette er flott, er det litt av et problem. AHCI er innebygd i alle moderne operativsystemer, men NVMe er det ikke. Drivere må installeres på toppen av de eksisterende operativsystemene for å få mest mulig ut av stasjonene. Det er et problem for mange eldre operativsystemer.
M.2-stasjonsspesifikasjonen tillater en av de to modusene. Dette gjør det enklere å ta i bruk det nye grensesnittet med eksisterende datamaskiner og teknologier. Ettersom støtten for NVMe-kommandostrukturen forbedres, kan de samme stasjonene brukes med denne nye kommandomodusen. Bytting mellom de to modusene krever imidlertid at stasjonene formateres på nytt.
Forbedret strømforbruk
En mobil datamaskin har begrenset driftstid basert på størrelsen på batteriene og strømmen som trekkes av komponentene. Solid-state-stasjoner reduserer energiforbruket til lagringskomponenten, men det er rom for forbedringer.
Siden M.2 SSD-grensesnittet er en del av SATA 3.2-spesifikasjonen, inkluderer det andre funksjoner utover grensesnittet. Dette inkluderer en ny funksjon k alt DevSleep. Ettersom flere systemer er designet for å gå inn i hvilemodus når de er lukket eller slått av, i stedet for å slå seg helt av, er det et konstant trekk på batteriet for å holde noen data aktive for rask gjenoppretting når enheten vekkes. DevSleep reduserer mengden strøm som brukes av enheter ved å opprette en ny lavere strømtilstand. Dette bør forlenge kjøretiden for datamaskiner som settes i hvilemodus.
Problems oppstart
M.2-grensesnittet er et fremskritt innen datamaskinlagring og ytelse. Datamaskiner må bruke PCI-Express-bussen for å få best mulig ytelse. Ellers kjører den på samme måte som enhver eksisterende SATA 3.0-stasjon. Dette virker ikke som en stor sak, men det er et problem med mange av de første hovedkortene som benytter seg av funksjonen.
SSD-stasjoner gir den beste opplevelsen når de brukes som rot- eller oppstartsstasjon. Problemet er at eksisterende Windows-programvare har et problem med mange stasjoner som starter opp fra PCI-Express-bussen i stedet for fra SATA. Dette betyr at det å ha en M.2-stasjon som bruker PCI-Express ikke vil være den primære stasjonen der operativsystemet eller programmene er installert. Resultatet er en rask datastasjon, men ikke oppstartsstasjonen.
Ikke alle datamaskiner og operativsystemer har dette problemet. For eksempel har Apple utviklet macOS (eller OS X) for å bruke PCI-Express-bussen for rotpartisjoner. Dette er fordi Apple byttet SSD-stasjonene sine til PCI-Express i 2013 MacBook Air-før M.2-spesifikasjonene ble ferdigstilt. Microsoft har oppdatert Windows 10 for å støtte de nye PCI-Express- og NVMe-stasjonene. Eldre versjoner av Windows kan også fungere hvis maskinvaren støttes og eksterne drivere er installert.
Hvordan bruk av M.2 kan fjerne andre funksjoner
Et annet problemområde, spesielt med stasjonære hovedkort, gjelder hvordan M.2-grensesnittet er koblet til resten av datasystemet. Det er et begrenset antall PCI-Express-baner mellom prosessoren og resten av datamaskinen. For å bruke et PCI-Express-kompatibelt M.2-kortspor, må hovedkortprodusenten ta disse PCI-Express-banene bort fra andre komponenter på systemet.
Hvordan disse PCI-Express-banene er delt mellom enhetene på brettene er en stor bekymring. For eksempel deler noen produsenter PCI-Express-banene med SATA-porter. Dermed kan bruk av M.2-stasjonssporet forbruke oppover fire SATA-spor. I andre tilfeller kan M.2 dele disse banene med andre PCI-Express utvidelsesspor.
Sjekk hvordan brettet er utformet for å sikre at M.2 ikke forstyrrer potensiell bruk av andre SATA-harddisker, DVD-stasjoner, Blu-ray-stasjoner eller andre utvidelseskort.
