Jak se zmenšují počítače, musí se zmenšovat i hardwarové komponenty, jako jsou úložné jednotky. Zavedení disků SSD umožnilo tenčí provedení, jako jsou ultrabooky, ale to bylo v rozporu s průmyslovým standardem rozhraní SATA.
Rozhraní mSATA bylo navrženo pro vytvoření tenké profilové karty, která by mohla komunikovat s rozhraním SATA. Nový problém se objevil, když standardy SATA 3.0 omezily výkon SSD. K nápravě těchto problémů bylo nutné vyvinout novou formu rozhraní kompaktních karet.
Nové rozhraní, původně nazývané NGFF (Next Generation Form Factor), bylo standardizováno na rozhraní disku M.2 podle specifikace SATA verze 3.2.
Vyšší rychlosti
Zatímco velikost je faktorem při vývoji rozhraní, rychlost disku je stejně důležitá. Specifikace SATA 3.0 omezily skutečnou šířku pásma SSD na rozhraní disku na přibližně 600 MB/s, čehož dosáhlo mnoho disků. Specifikace SATA 3.2 zavedly nový smíšený přístup pro rozhraní M.2, stejně jako u SATA Express.
V podstatě může nová karta M.2 využívat stávající specifikace SATA 3.0 a být omezena na 600 MB/s. Nebo může použít PCI-Express, který poskytuje šířku pásma 1 GB/s podle aktuálních standardů PCI-Express 3.0. Tato rychlost 1 GB/s je pro jeden pruh PCI-Express, ale je možné použít více pruhů. Podle specifikace M.2 SSD lze použít až čtyři pruhy. Použití dvou pruhů by teoreticky poskytlo 2,0 GB/s, zatímco čtyři pruhy by poskytly až 4,0 GB/s.
S případným vydáním PCI-Express 4.0 by se tyto rychlosti efektivně zdvojnásobily. Vydání PCI-Express 5.0 v roce 2017 zaznamenal nárůst šířky pásma na 32 GT/s, s 63 GB/s v konfiguraci 16 linek. PCI-Express 6.0 (2019) zaznamenal další zdvojnásobení šířky pásma na 64 GT/s, což umožňuje 126 GB/s v každém směru.
Ne všechny systémy dosahují těchto rychlostí. Pohon M.2 a rozhraní musí být nastaveny ve stejném režimu. Rozhraní M.2 používá buď starší režim SATA, nebo novější režimy PCI-Express. Jednotka vybere, kterou z nich použít.
Například disk M.2 navržený se starším režimem SATA je omezen na 600 MB/s. Zatímco jednotka M.2 je kompatibilní s PCI-Express až se čtyřmi pruhy (x4), počítač využívá pouze dva pruhy (x2). Výsledkem je maximální rychlost 2,0 GB/s. Chcete-li získat nejvyšší možnou rychlost, zkontrolujte, co disk a počítač nebo základní deska podporují.
Menší a větší velikosti
Jedním z cílů návrhu disku M.2 bylo zmenšit celkovou velikost úložného zařízení. Toho bylo dosaženo jedním z několika způsobů. Za prvé, karty byly vyrobeny užší než v předchozím formátu mSATA. Karty M.2 jsou široké 22 mm ve srovnání s 30 mm mSATA. Karty jsou také kratší na délku – 30 mm, ve srovnání s 50 mm mSATA. Rozdíl je v tom, že karty M.2 podporují delší délky až 110 mm. To znamená, že tyto disky mohou být větší, což poskytuje více místa pro čipy a tím i vyšší kapacity.
Kromě délky a šířky karet existuje možnost pro jednostranné nebo oboustranné desky M.2. Jednostranné desky poskytují tenký profil a jsou užitečné pro ultratenké notebooky. Oboustranná deska umožňuje nainstalovat dvojnásobný počet čipů na desku M.2, což umožňuje větší úložné kapacity. To je užitečné pro kompaktní desktopové aplikace, kde prostor není tak kritický.
Problém je v tom, že si musíte být vědomi toho, jaký typ M.2 konektoru je na počítači, kromě místa na délku karty. Většina notebooků používá pouze jednostranný konektor, což znamená, že notebooky nemohou používat oboustranné karty M.2.
Příkazové režimy
SATA již více než deset let dělá z úložiště operaci typu plug-and-play. To je způsobeno jednoduchým rozhraním a strukturou příkazů AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI je způsob, jakým počítače komunikují pokyny s úložnými zařízeními. Je zabudován do všech moderních operačních systémů a při přidávání nových disků nevyžaduje instalaci dalších ovladačů.
AHCI bylo vyvinuto v době, kdy pevné disky měly omezenou schopnost zpracovávat instrukce kvůli fyzické povaze hlav a ploten disků. Jedna fronta příkazů s 32 příkazy byla dostačující. Problém je v tom, že dnešní SSD umí mnohem více, ale stále jsou omezeny ovladači AHCI.
Struktura příkazů NVMe (Non-Volatile Memory Express) a ovladače byly vyvinuty za účelem odstranění tohoto úzkého hrdla a zlepšení výkonu. Namísto použití jedné fronty příkazů poskytuje až 65 536 front příkazů s až 65 536 příkazy na frontu. To umožňuje paralelnější zpracování požadavků na čtení a zápis do úložiště, což zvyšuje výkon oproti struktuře příkazů AHCI.
I když je to skvělé, je tu trochu problém. AHCI je zabudováno do všech moderních operačních systémů, ale NVMe nikoli. Ovladače musí být nainstalovány nad stávající operační systémy, aby bylo možné disky co nejlépe využít. To je problém mnoha starších operačních systémů.
Specifikace pohonu M.2 umožňuje jeden ze dvou režimů. To usnadňuje přijetí nového rozhraní se stávajícími počítači a technologiemi. Jak se zlepšuje podpora struktury příkazů NVMe, lze v tomto novém příkazovém režimu používat stejné jednotky. Přepínání mezi těmito dvěma režimy však vyžaduje přeformátování disků.
Vylepšená spotřeba energie
Mobilní počítač má omezenou dobu provozu na základě velikosti jeho baterií a výkonu spotřebovaného jeho součástmi. Jednotky SSD snižují spotřebu energie součástí úložiště, ale existuje prostor pro zlepšení.
Vzhledem k tomu, že rozhraní M.2 SSD je součástí specifikace SATA 3.2, zahrnuje i další funkce nad rámec rozhraní. To zahrnuje novou funkci nazvanou DevSleep. Vzhledem k tomu, že více systémů je navrženo tak, aby po zavření nebo vypnutí přešly do režimu spánku, místo aby se úplně vypínaly, dochází k neustálému spotřebovávání baterie, aby zůstala některá data aktivní pro rychlé obnovení, když je zařízení probuzeno. DevSleep snižuje množství energie spotřebované zařízeními vytvořením nového stavu nižší spotřeby. To by mělo prodloužit dobu běhu počítačů, které jsou uvedeny do režimu spánku.
Problémy se zaváděním
Rozhraní M.2 představuje pokrok v oblasti ukládání a výkonu počítače. Počítače musí používat sběrnici PCI-Express, aby dosáhly nejlepšího výkonu. Jinak běží stejně jako jakýkoli stávající disk SATA 3.0. Nezdá se to jako velký problém, ale u mnoha prvních základních desek, které tuto funkci využívaly, je to problém.
SSD disky nabízejí nejlepší zážitek při použití jako kořenový nebo spouštěcí disk. Problém je v tom, že stávající software Windows má problém se spouštěním mnoha disků ze sběrnice PCI-Express spíše než ze SATA. To znamená, že disk M.2 využívající PCI-Express nebude primárním diskem, na kterém je nainstalován operační systém nebo programy. Výsledkem je rychlý datový disk, ale ne spouštěcí disk.
Tento problém nemají všechny počítače a operační systémy. Apple například vyvinul macOS (nebo OS X) pro použití sběrnice PCI-Express pro kořenové oddíly. Je to proto, že Apple přešel své SSD disky na PCI-Express v roce 2013 MacBook Air - předtím, než byly dokončeny specifikace M.2. Microsoft aktualizoval Windows 10, aby podporoval nové jednotky PCI-Express a NVMe. Starší verze systému Windows mohou také fungovat, pokud je podporován hardware a jsou nainstalovány externí ovladače.
Jak může použití M.2 odstranit další funkce
Další oblast zájmu, zejména u základních desek pro stolní počítače, se týká toho, jak je rozhraní M.2 připojeno ke zbytku počítačového systému. Mezi procesorem a zbytkem počítače je omezený počet linek PCI-Express. Chcete-li použít slot pro kartu M.2 kompatibilní s PCI-Express, musí výrobce základní desky odstranit tyto pruhy PCI-Express od ostatních komponent v systému.
Jak jsou tyto linky PCI-Express rozděleny mezi zařízení na deskách, je hlavním problémem. Někteří výrobci například sdílejí linky PCI-Express s porty SATA. Použití slotu pro jednotku M.2 tedy může spotřebovat více než čtyři sloty SATA. V ostatních případech může M.2 sdílet tyto pruhy s jinými rozšiřujícími sloty PCI-Express.
Zkontrolujte, jak je deska navržena, abyste se ujistili, že M.2 nebude kolidovat s potenciálním použitím jiných pevných disků SATA, jednotek DVD, jednotek Blu-ray nebo jiných rozšiřujících karet.
