Kuna arvutid muutuvad väiksemaks, peavad ka riistvarakomponendid, nagu salvestusseadmed, muutuma väiksemaks. Tahkisdraivide kasutuselevõtt võimaldas kasutada õhemaid kujundusi, nagu Ultrabookid, kuid see läks vastuollu tööstusstandardi SATA-liidesega.
MSATA liides loodi õhukese profiilkaardi loomiseks, mis saaks SATA liidesega suhelda. Uus probleem ilmnes siis, kui SATA 3.0 standardid piirasid SSD-de jõudlust. Nende probleemide lahendamiseks tuli välja töötada uus kompaktse kaardi liides.
Uus liides, mida algselt nimetati NGFF-iks (Next Generation Form Factor), on SATA versiooni 3.2 spetsifikatsioonide alusel standarditud M.2 draivi liideseks.
Kiiremad kiirused
Kuigi suurus on liidese väljatöötamisel oluline tegur, on draivi kiirus sama oluline. SATA 3.0 spetsifikatsioonid piirasid SSD reaalajas ribalaiust draivi liidesel umbes 600 MB/s-ni, milleni paljud draivid on jõudnud. SATA 3.2 spetsifikatsioonid tutvustasid M.2 liidese jaoks uut kombineeritud lähenemisviisi, nagu SATA Expressi puhul.
Sisuliselt võib uus M.2 kaart kasutada olemasolevaid SATA 3.0 spetsifikatsioone ja olla piiratud kiirusega 600 MB/s. Või võib see kasutada PCI-Expressi, mis pakub praeguste PCI-Express 3.0 standardite kohaselt ribalaiust 1 GB/s. See 1 GB/s kiirus on ühe PCI-Expressi sõiduraja jaoks, kuid on võimalik kasutada mitut rada. M.2 SSD spetsifikatsiooni alusel saab kasutada kuni nelja rada. Kahe sõiduraja kasutamine annaks teoreetiliselt 2,0 GB/s, neli rada aga kuni 4,0 GB/s.
PCI-Express 4.0 lõpliku väljalaskmisega need kiirused kahekordistuvad. PCI-Express 5 väljalase.0 2017. aastal suurenes ribalaius 32 GT/s, 63 GB/s 16-rajalises konfiguratsioonis. PCI-Express 6.0 (2019) puhul kahekordistus ribalaius 64 GT/s, võimaldades mõlemas suunas 126 GB/s.
Kõik süsteemid ei saavuta seda kiirust. M.2-draiv ja liides peavad olema seadistatud samas režiimis. M.2 liides kasutab kas pärand-SATA-režiimi või uuemaid PCI-Expressi režiime. Draiv valib, millist kasutada.
Näiteks on SATA pärandrežiimiga loodud M.2-draivi kiirus piiratud 600 MB/s. Kui M.2-draiv ühildub PCI-Expressiga kuni nelja rada (x4), siis arvuti kasutab ainult kahte rada (x2). Selle tulemuseks on maksimaalne kiirus 2,0 GB/s. Suurima võimaliku kiiruse saavutamiseks kontrollige, mida draiv ja arvuti või emaplaat toetavad.
Väiksemad ja suuremad suurused
M.2 draivi disaini üks eesmärke oli vähendada salvestusseadme üldist suurust. See saavutati ühel mitmest viisist. Esiteks tehti kaardid kitsamaks kui eelmises mSATA vormingus. M.2 kaardid on 22 mm laiad, võrreldes 30 mm mSATA-ga. Kaardid on ka lühemad, 30 mm pikad, võrreldes 50 mm mSATA-ga. Erinevus seisneb selles, et M.2 kaardid toetavad pikemaid kuni 110 mm pikkusi. See tähendab, et need draivid võivad olla suuremad, mis annab kiipide jaoks rohkem ruumi ja seega suuremat võimsust.
Lisaks kaartide pikkusele ja laiusele on valikus kas ühe- või kahepoolsed M.2 tahvlid. Ühepoolsed tahvlid tagavad õhukese profiili ja on kasulikud üliõhukeste sülearvutite jaoks. Kahepoolne plaat võimaldab M.2 plaadile paigaldada kaks korda rohkem kiipe, mis võimaldab suuremat salvestusmahtu. See on kasulik kompaktsete töölauarakenduste jaoks, kus ruum ei ole nii kriitiline.
Probleem on selles, et lisaks kaardi pikkusele on vaja teada, milline M.2 pistik arvutis on. Enamik sülearvuteid kasutab ainult ühepoolset pistikut, mis tähendab, et sülearvutid ei saa kasutada kahepoolseid M.2 kaarte.
Käsurežiimid
SATA on rohkem kui kümne aasta jooksul muutnud salvestusruumi plug-and-play-toiminguks. See on tingitud lihtsast liidesest ja AHCI (Advanced Host Controller Interface) käsustruktuurist.
AHCI on see, kuidas arvutid edastavad juhiseid salvestusseadmetega. See on sisse ehitatud kõikidesse kaasaegsetesse operatsioonisüsteemidesse ja ei nõua uute draivide lisamisel täiendavate draiverite installimist.
AHCI töötati välja ajastul, mil kõvaketaste võime käske töödelda oli piiratud draivipeade ja taldrikute füüsilise olemuse tõttu. Piisas ühest käsujärjekorrast 32 käsuga. Probleem on selles, et tänapäevased pooljuhtkettad teevad palju rohkem, kuid AHCI draiverid piiravad neid siiski.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) käsustruktuur ja draiverid töötati välja selle kitsaskoha kõrvaldamiseks ja jõudluse parandamiseks. Selle asemel, et kasutada ühte käsujärjekorda, pakub see kuni 65 536 käsujärjekorda ja kuni 65 536 käsku järjekorra kohta. See võimaldab salvestusruumi lugemis- ja kirjutamistaotluste paralleelsemat töötlemist, mis suurendab jõudlust AHCI käsustruktuuri kaudu.
Kuigi see on suurepärane, on siiski väike probleem. AHCI on sisse ehitatud kõikidesse kaasaegsetesse operatsioonisüsteemidesse, kuid NVMe mitte. Draiverid tuleb installida olemasolevate operatsioonisüsteemide peale, et draividest maksimumi saada. See on paljude vanemate operatsioonisüsteemide probleem.
M.2 draivi spetsifikatsioon võimaldab mõlemat kahest režiimist. See muudab uue liidese kasutuselevõtu olemasolevate arvutite ja tehnoloogiatega lihtsamaks. Kuna NVMe käsustruktuuri tugi paraneb, saab samu draive kasutada selle uue käsurežiimiga. Kahe režiimi vahel ümberlülitumiseks tuleb aga draivid ümber vormindada.
Parem energiatarve
Mobiilarvuti tööaeg on piiratud akude suuruse ja komponentide tarbitava võimsuse alusel. Pooljuhtdraivid vähendavad salvestuskomponendi energiatarbimist, kuid arenguruumi on veel.
Kuna M.2 SSD liides on osa SATA 3.2 spetsifikatsioonist, sisaldab see ka muid funktsioone peale liidese. See hõlmab uut funktsiooni nimega DevSleep. Kuna rohkem süsteeme on kavandatud nii, et need lähevad suletud või välja lülitatuna unerežiimile, mitte täielikult välja lülitada, on aku pidev energiatarve, et hoida osa andmeid aktiivsena, et seade pärast äratamist kiiresti taastada. DevSleep vähendab seadmete energiatarbimist, luues uue väiksema energiatarbega oleku. See peaks pikendama puhkerežiimi lülitatud arvutite tööaega.
Probleemid käivitamisel
M.2 liides on arvuti salvestamise ja jõudluse areng. Arvutid peavad parima jõudluse saavutamiseks kasutama PCI-Expressi siini. Vastasel juhul töötab see samamoodi nagu mis tahes olemasolev SATA 3.0 draiv. See ei tundu olevat suur asi, kuid see on probleem paljudel esimestel emaplaatidel, mis seda funktsiooni kasutasid.
SSD-draivid pakuvad parimat kogemust, kui neid kasutatakse juur- või alglaadimisdraivina. Probleem on selles, et olemasoleval Windowsi tarkvaral on probleem paljude draividega, mis käivituvad PCI-Expressi siinilt, mitte SATA-lt. See tähendab, et PCI-Expressi kasutav M.2-draiv ei ole peamine draiv, kuhu operatsioonisüsteem või programmid installitakse. Tulemuseks on kiire andmedraiv, kuid mitte alglaadimisdraiv.
Kõigil arvutitel ja operatsioonisüsteemidel pole seda probleemi. Näiteks Apple on välja töötanud macOS-i (või OS X), et kasutada juursektsioonide jaoks PCI-Expressi siini. Selle põhjuseks on asjaolu, et Apple lülitas 2013. aasta MacBook Airis oma SSD-draivid PCI-Expressile enne M.2 spetsifikatsioonide lõplikku kinnitamist. Microsoft on värskendanud Windows 10, et toetada uusi PCI-Expressi ja NVMe draive. Windowsi vanemad versioonid võivad samuti töötada, kui riistvara on toetatud ja välised draiverid on installitud.
Kuidas M.2 kasutamine eemaldada muid funktsioone
Teine probleem, eriti lauaarvutite emaplaatide puhul, on seotud sellega, kuidas M.2 liides on ühendatud ülejäänud arvutisüsteemiga. Protsessori ja ülejäänud arvuti vahel on piiratud arv PCI-Expressi radasid. PCI-Expressiga ühilduva M.2 kaardipesa kasutamiseks peab emaplaadi tootja need PCI-Expressi rajad süsteemi muudest komponentidest eemale võtma.
See, kuidas need PCI-Expressi rajad plaatidel olevate seadmete vahel jagunevad, on suur probleem. Näiteks jagavad mõned tootjad PCI-Expressi radasid SATA-portidega. Seega võib M.2 draivipesa kasutamine kulutada kuni neli SATA pesa. Muudel juhtudel võib M.2 neid radu jagada teiste PCI-Expressi laienduspesadega.
Kontrollige, kuidas tahvel on konstrueeritud tagamaks, et M.2 ei segaks teiste SATA-kõvaketaste, DVD-draivide, Blu-ray-draivide või muude laienduskaartide kasutamist.
