Koska tietokoneet pienenevät, myös laitteistokomponenttien, kuten tallennusasemien, on pienenettävä. Solid-state-asemien käyttöönotto mahdollisti ohuemmat mallit, kuten Ultrabookit, mutta tämä oli ristiriidassa alan standardin mukaisen SATA-liitännän kanssa.
MSATA-liitäntä on suunniteltu luomaan ohut profiilikortti, joka voisi olla vuorovaikutuksessa SATA-liitännän kanssa. Uusi ongelma ilmeni, kun SATA 3.0 -standardit rajoittivat SSD-levyjen suorituskykyä. Näiden ongelmien korjaamiseksi oli kehitettävä uudenlainen kompakti korttiliitäntä.
Alunperin NGFF:ksi (Next Generation Form Factor) kutsuttu uusi liitäntä on standardoitu M.2-asemaliitäntään SATA-version 3.2 määritysten mukaisesti.
Nopeammat nopeudet
Vaikka koko on tärkeä tekijä liitännän kehittämisessä, aseman nopeus on yhtä kriittinen. SATA 3.0:n tekniset tiedot rajoittivat SSD-levyn todellisen kaistanleveyden asemarajapinnassa noin 600 Mt/s, jonka monet asemat ovat saavuttaneet. SATA 3.2 -määritykset esittelivät uuden yhdistetyn lähestymistavan M.2-liitännässä, kuten SATA Expressissä.
Pohjimmiltaan uusi M.2-kortti voi käyttää olemassa olevia SATA 3.0 -määrityksiä ja olla rajoitettu 600 Mt/s. Tai se voi käyttää PCI-Expressiä, joka tarjoaa 1 Gt/s kaistanleveyden nykyisten PCI-Express 3.0 -standardien mukaisesti. Tämä 1 Gt/s nopeus on yhdelle PCI-Express-kaistalle, mutta on mahdollista käyttää useita kaistaa. M.2 SSD -spesifikaatiossa voidaan käyttää jopa neljää kaistaa. Kahden kaistan käyttäminen antaisi teoriassa 2,0 Gt/s, kun taas neljä kaistaa antaisi jopa 4,0 Gt/s.
PCI-Express 4.0:n lopullisen julkaisun myötä nämä nopeudet kaksinkertaistuivat. PCI-Express 5:n julkaisu.0:ssa vuonna 2017 kaistanleveys kasvoi 32 GT/s:iin ja 63 Gt/s 16-kaistaisessa kokoonpanossa. PCI-Express 6.0 (2019) -version kaistanleveys kaksinkertaistui 64 GT/s, mikä mahdollistaa 126 Gt/s kumpaankin suuntaan.
Kaikki järjestelmät eivät saavuta näitä nopeuksia. M.2-asema ja liitäntä on asetettava samaan tilaan. M.2-liitäntä käyttää joko vanhaa SATA-tilaa tai uudempia PCI-Express-tiloja. Asema valitsee käytettävän.
Esimerkiksi M.2-asema, joka on suunniteltu SATA legacy -tilassa, on rajoitettu 600 Mt/s. Vaikka M.2-asema on yhteensopiva PCI-Expressin kanssa jopa neljään kaistaan (x4), tietokone käyttää vain kahta kaistaa (x2). Tämä johtaa maksiminopeuteen 2,0 Gt/s. Saat parhaan mahdollisen nopeuden tarkistamalla, mitä asema ja tietokone tai emolevy tukevat.
Pienemmät ja suuremmat koot
Yksi M.2-aseman suunnittelun tavoitteista oli pienentää tallennuslaitteen kokonaiskokoa. Tämä saavutettiin yhdellä useista tavoista. Ensin korteista tehtiin kapeammat kuin edellisessä mSATA-muodossa. M.2-kortit ovat 22 mm leveitä verrattuna 30 mm:n mSATA-korttiin. Kortit ovat myös pituudeltaan lyhyempiä, 30 mm:n pituisia, verrattuna 50 mm:n mSATA-korttiin. Erona on, että M.2-kortit tukevat pidempiä, jopa 110 mm:n pituuksia. Tämä tarkoittaa, että nämä asemat voivat olla suurempia, mikä antaa enemmän tilaa siruille ja siten suuremman kapasiteetin.
Korttien pituuden ja leveyden lisäksi on valittavissa joko yksi- tai kaksipuoliset M.2-laudat. Yksipuoliset levyt tarjoavat ohuen profiilin ja ovat hyödyllisiä erittäin ohuissa kannettavissa tietokoneissa. Kaksipuolinen levy mahdollistaa kaksinkertaisen määrän sirujen asentamisen M.2-levylle, mikä mahdollistaa suuremman tallennuskapasiteetin. Tästä on hyötyä pienikokoisissa työpöytäsovelluksissa, joissa tila ei ole niin tärkeä.
Ongelmana on, että sinun on oltava tietoinen siitä, millainen M.2-liitin tietokoneessa on, kortin pituuden lisäksi. Useimmat kannettavat tietokoneet käyttävät vain yksipuolista liitintä, mikä tarkoittaa, että kannettavat eivät voi käyttää kaksipuolisia M.2-kortteja.
Komentotilat
Yli vuosikymmenen ajan SATA on tehnyt tallennustilasta plug and play -toiminnon. Tämä johtuu yksinkertaisesta käyttöliittymästä ja AHCI (Advanced Host Controller Interface) -komentorakenteesta.
AHCI on tapa, jolla tietokoneet välittävät ohjeita tallennuslaitteiden kanssa. Se on sisäänrakennettu kaikkiin nykyaikaisiin käyttöjärjestelmiin, eikä se vaadi lisäohjaimien asentamista uusia asemia lisättäessä.
AHCI kehitettiin aikakaudella, jolloin kiintolevyillä oli rajoitettu kyky käsitellä ohjeita asemapäiden ja levyjen fyysisen luonteen vuoksi. Yksi komentojono, jossa oli 32 komentoa, riitti. Ongelmana on, että nykyiset SSD-asemat tekevät paljon enemmän, mutta silti AHCI-ohjaimet rajoittavat niitä.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) -komentorakenne ja ajurit kehitettiin poistamaan tämä pullonkaula ja parantamaan suorituskykyä. Sen sijaan, että käytettäisiin yhtä komentojonoa, se tarjoaa jopa 65 536 komentojonoa ja jopa 65 536 komentoa per jono. Tämä mahdollistaa muistin luku- ja kirjoituspyyntöjen rinnakkaisemman käsittelyn, mikä parantaa suorituskykyä AHCI-komentorakenteessa.
Vaikka tämä on hienoa, siinä on pieni ongelma. AHCI on sisäänrakennettu kaikkiin nykyaikaisiin käyttöjärjestelmiin, mutta NVMe ei ole. Ohjaimet on asennettava olemassa olevien käyttöjärjestelmien päälle, jotta asemista saadaan kaikki irti. Se on ongelma monille vanhemmille käyttöjärjestelmille.
M.2-aseman määritykset sallivat jommankumman kahdesta tilasta. Tämä helpottaa uuden käyttöliittymän käyttöönottoa olemassa olevien tietokoneiden ja teknologioiden kanssa. Kun NVMe-komentorakenteen tuki paranee, samoja asemia voidaan käyttää tässä uudessa komentotilassa. Kahden tilan välillä vaihtaminen edellyttää kuitenkin, että asemat on alustettava uudelleen.
Parempi virrankulutus
Kannettavan tietokoneen käyttöaika on rajoitettu sen akkujen koon ja komponenttien kuluttaman tehon perusteella. Solid-state-asemat vähentävät tallennuskomponentin energiankulutusta, mutta parantamisen varaa on.
Koska M.2 SSD -liitäntä on osa SATA 3.2 -spesifikaatiota, se sisältää muita ominaisuuksia liitännän lisäksi. Tämä sisältää uuden ominaisuuden nimeltä DevSleep. Koska yhä useammat järjestelmät on suunniteltu siirtymään lepotilaan, kun ne suljetaan tai sammutetaan, sen sijaan, että virta katkeaa kokonaan, akku kuluu jatkuvasti, jotta osa tiedoista pysyy aktiivisina nopeaa palautumista varten, kun laite herätetään. DevSleep vähentää laitteiden käyttämää tehoa luomalla uuden alhaisemman tehon tilan. Tämän pitäisi pidentää lepotilaan asetettujen tietokoneiden käyttöaikaa.
Käynnistysongelmia
M.2-käyttöliittymä on edistysaskel tietokoneen tallennus- ja suorituskyvyssä. Tietokoneiden on käytettävä PCI-Express-väylää parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi. Muuten se toimii samalla tavalla kuin mikä tahansa olemassa oleva SATA 3.0 -asema. Tämä ei vaikuta isolta jutulta, mutta se on ongelma monissa ensimmäisissä emolevyissä, jotka käyttivät tätä ominaisuutta.
SSD-asemat tarjoavat parhaan kokemuksen, kun niitä käytetään pää- tai käynnistysasemana. Ongelmana on, että olemassa olevalla Windows-ohjelmistolla on ongelma monien asemien käynnistyessä PCI-Express-väylältä SATA:n sijaan. Tämä tarkoittaa, että PCI-Expressiä käyttävä M.2-asema ei ole ensisijainen asema, johon käyttöjärjestelmä tai ohjelmat asennetaan. Tuloksena on nopea data-asema, mutta ei käynnistysasema.
Kaikissa tietokoneissa ja käyttöjärjestelmissä ei ole tätä ongelmaa. Esimerkiksi Apple on kehittänyt macOS:n (tai OS X:n) käyttämään PCI-Express-väylää juuriosioille. Tämä johtuu siitä, että Apple vaihtoi SSD-asemansa PCI-Expressiin vuoden 2013 MacBook Airissa ennen kuin M.2:n tekniset tiedot valmistuivat. Microsoft on päivittänyt Windows 10:n tukemaan uusia PCI-Express- ja NVMe-asemia. Myös Windowsin vanhemmat versiot voivat toimia, jos laitteistoa tuetaan ja ulkoiset ohjaimet on asennettu.
Kuinka M.2:n käyttäminen voi poistaa muita ominaisuuksia
Toinen huolenaihe, erityisesti pöytäkoneiden emolevyjen kohdalla, liittyy siihen, miten M.2-liitäntä liitetään muuhun tietokonejärjestelmään. Prosessorin ja muun tietokoneen välillä on rajoitettu määrä PCI-Express-kaistoja. Jos haluat käyttää PCI-Express-yhteensopivaa M.2-korttipaikkaa, emolevyn valmistajan on poistettava nämä PCI-Express-kaistat järjestelmän muista osista.
Se, kuinka nämä PCI-Express-kaistat on jaettu kortilla olevien laitteiden kesken, on suuri huolenaihe. Esimerkiksi jotkut valmistajat jakavat PCI-Express-kaistat SATA-porttien kanssa. Näin ollen M.2-asemapaikan käyttäminen voi kuluttaa yli neljä SATA-paikkaa. Muissa tapauksissa M.2 voi jakaa nämä kaistat muiden PCI-Express-laajennuspaikkojen kanssa.
Tarkista, miten kortti on suunniteltu varmistamaan, että M.2 ei häiritse muiden SATA-kiintolevyjen, DVD-asemien, Blu-ray-asemien tai muiden laajennuskorttien mahdollista käyttöä.
