Як M.2 SSD зробить ваш комп’ютер ще швидшим
У міру того як комп’ютери стають меншими, так і апаратні компоненти, як-от накопичувачі. Введення в твердотільні накопичувачі допускається для більш тонких конструкцій, як ультрабуки, але це суперечило стандартному інтерфейсу SATA.
Інтерфейс mSATA був розроблений для створення карти тонкого профілю, яка могла б взаємодіяти з Інтерфейс SATA. Нова проблема виникла, коли стандарти SATA 3.0 обмежили продуктивність SSD. Щоб виправити ці проблеми, потрібно було розробити нову форму інтерфейсу компактної карти.
Спочатку під назвою NGFF (форм-фактор наступного покоління), новий інтерфейс був стандартизований в інтерфейс диска M.2 відповідно до специфікацій SATA версії 3.2.
Вищі швидкості
Незважаючи на те, що розмір є фактором розробки інтерфейсу, швидкість накопичувача не менш важлива. Специфікації SATA 3.0 обмежували реальну пропускну здатність SSD на інтерфейсі накопичувача приблизно до 600 МБ/с, якої досягли багато дисків. Специфікації SATA 3.2 запровадили новий змішаний підхід для інтерфейсу M.2, як і з SATA Express.
По суті, нова карта M.2 може використовувати існуючі специфікації SATA 3.0 і бути обмежена до 600 МБ/с. Або він може використовувати PCI-Express, що забезпечує пропускну здатність 1 ГБ/с відповідно до поточних стандартів PCI-Express 3.0. Ця швидкість 1 Гб/с призначена для однієї лінії PCI-Express, але можна використовувати кілька смуг. Відповідно до специфікації M.2 SSD, можна використовувати до чотирьох смуг. Використання двох смуг теоретично забезпечить 2,0 ГБ/с, а чотири смуги забезпечить до 4,0 ГБ/с.
З кінцевим випуском PCI-Express 4.0 ці швидкості фактично подвоїться. Випуск PCI-Express 5.0 у 2017 році показав збільшення пропускної здатності до 32 ГТ/с із 63 Гб/с у 16-смужній конфігурації. У PCI-Express 6.0 (2019) пропускна здатність зросла вдвічі до 64 ГТ/с, дозволяючи 126 Гб/с в кожному напрямку.
Не всі системи досягають такої швидкості. Привід M.2 та інтерфейс мають бути налаштовані в одному режимі. Інтерфейс M.2 використовує або застарілий режим SATA, або новіший PCI-Express режими. Привід вибирає, який з них використовувати.
Наприклад, диск M.2, розроблений із застарілим режимом SATA, обмежений до 600 МБ/с. Хоча диск M.2 сумісний із PCI-Express до чотирьох смуг (x4), комп’ютер використовує лише дві смуги (x2). Це призводить до максимальної швидкості 2,0 Гб/с. Щоб отримати максимально можливу швидкість, перевірте, що підтримують диск і комп’ютер чи материнська плата.
Менші та більші розміри
Однією з цілей конструкції накопичувача M.2 було зменшити загальний розмір накопичувача. Це було досягнуто одним із кількох способів. По-перше, карти були зроблені вужчими, ніж у попередньому форм-факторе mSATA. Карти M.2 мають ширину 22 мм у порівнянні з 30 мм у mSATA. Карти також коротші за довжиною 30 мм у порівнянні з 50 мм у mSATA. Різниця в тому, що карти M.2 підтримують більшу довжину до 110 мм. Це означає, що ці накопичувачі можуть бути більшими, що забезпечує більше місця для мікросхем і, отже, більшу ємність.
На додаток до довжини та ширини карток є варіант для односторонніх або двосторонніх плат M.2. Односторонні плати забезпечують тонкий профіль і корисні для ультратонких ноутбуків. Двостороння плата дозволяє встановити вдвічі більше мікросхем на платі M.2, що дозволяє збільшити ємність зберігання. Це корисно для компактних настільних додатків, де простір не такий критичний.
Проблема в тому, що ви повинні знати, який роз’єм M.2 є на комп’ютері, крім місця для довжини карти. Більшість ноутбуків використовують лише односторонній роз’єм, що означає, що ноутбуки не можуть використовувати двосторонні карти M.2.
Командні режими
Протягом більше десяти років SATA перетворює сховище на функцію plug-and-play. Це пов’язано з простим інтерфейсом і структурою команд AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI – це те, як комп’ютери передають інструкції з пристроями зберігання даних. Він вбудований у всі сучасні операційні системи і не вимагає встановлення додаткових драйверів під час додавання нових дисків.
AHCI був розроблений в епоху, коли жорсткі диски мали обмежену здатність обробляти інструкції через фізичну природу головок і дисків. Було достатньо однієї черги команд із 32 командами. Проблема в тому, що сучасні твердотільні накопичувачі роблять набагато більше, але все ще обмежені драйверами AHCI.
Структура команд і драйвери NVMe (Non-Volatile Memory Express) були розроблені для усунення цього вузького місця та підвищення продуктивності. Замість того, щоб використовувати одну чергу команд, він надає до 65 536 черг команд з до 65 536 команд на чергу. Це дозволяє здійснювати більш паралельну обробку запитів на читання та запис сховища, що підвищує продуктивність у порівнянні зі структурою команд AHCI.
Хоча це чудово, є певна проблема. AHCI вбудований у всі сучасні операційні системи, але NVMe ні. Драйвери повинні бути встановлені поверх існуючих операційних систем, щоб отримати максимальну віддачу від дисків. Це проблема багатьох старих операційних систем.
Специфікація накопичувача M.2 допускає один із двох режимів. Це полегшує впровадження нового інтерфейсу з наявними комп’ютерами та технологіями. Оскільки підтримка структури команд NVMe покращується, ті самі диски можна використовувати в цьому новому командному режимі. Однак перемикання між двома режимами вимагає переформатування дисків.
Покращене енергоспоживання
Мобільний комп’ютер має обмежений час роботи в залежності від розміру його батарей і потужності, що споживається його компонентами. Твердотільні накопичувачі зменшують енергоспоживання компонента накопичувача, але є куди вдосконалюватися.
Оскільки інтерфейс M.2 SSD є частиною специфікації SATA 3.2, він містить інші функції, крім інтерфейсу. Сюди входить нова функція під назвою DevSleep. Оскільки все більше систем призначені для переходу в сплячий режим при закритті або вимкненні, а не вимиканні повністю, батарея постійно розряджається, щоб підтримувати деякі дані активними для швидкого відновлення, коли пристрій прокидається. DevSleep зменшує кількість енергії, що використовується пристроями, створюючи новий стан низької потужності. Це має продовжити час роботи комп’ютерів, які переведені в режим сну.
Проблеми із завантаженням
Інтерфейс M.2 є прогресом у пам’яті комп’ютера та продуктивності. Комп’ютери повинні використовувати шину PCI-Express для досягнення найкращої продуктивності. В іншому випадку він працює так само, як і будь-який наявний накопичувач SATA 3.0. Це не здається великою проблемою, але це проблема багатьох перших материнських плат, які використовують цю функцію.
SSD накопичувачі пропонують найкращий досвід, якщо вони використовуються як кореневий або завантажувальний диск. Проблема в тому, що існуюче програмне забезпечення Windows має проблему з багатьма дисками, які завантажуються з шини PCI-Express, а не з SATA. Це означає, що наявність диска M.2 з використанням PCI-Express не буде основним диском, на якому інстальовано операційну систему або програми. Результатом є швидкий накопичувач даних, але не завантажувальний диск.
Не всі комп’ютери та операційні системи мають цю проблему. Наприклад, Apple розробила macOS (або OS X) для використання шини PCI-Express для кореневих розділів. Це пов’язано з тим, що в MacBook Air 2013 року Apple перемкнула свої SSD-накопичувачі на PCI-Express — до того, як були остаточно розроблені специфікації M.2. Microsoft оновила Windows 10 для підтримки нових дисків PCI-Express і NVMe. Старші версії Windows також можуть працювати, якщо апаратне забезпечення підтримується та встановлені зовнішні драйвери.
Як за допомогою M.2 можна видалити інші функції
Ще одна проблематика, особливо з настільні материнські плати, стосується того, як інтерфейс M.2 підключений до решти комп’ютерної системи. Між процесором і рештою комп’ютера існує обмежена кількість ліній PCI-Express. Щоб використовувати PCI-Express-сумісний слот для карти M.2, виробник материнської плати повинен відсторонити ці лінії PCI-Express від інших компонентів системи.
Те, як ці лінії PCI-Express розділені між пристроями на платах, викликає серйозне занепокоєння. Наприклад, деякі виробники поділяють лінії PCI-Express з портами SATA. Таким чином, використання гнізда дисковода M.2 може споживати більше чотирьох слотів SATA. В інших випадках M.2 може спільно використовувати ці лінії з іншими слотами розширення PCI-Express.
Перевірте, як плата розроблена, щоб переконатися, що M.2 не заважатиме потенційному використанню інших SATA жорсткі диски, DVD диски, Blu-Ray накопичувачі або інші карти розширення.