Ako sa zmenšujú počítače, musia sa zmenšovať aj hardvérové komponenty, ako sú úložné jednotky. Uvedenie SSD diskov umožnilo tenšie dizajny, ako sú ultrabooky, ale to bolo v rozpore so štandardným rozhraním SATA.
Rozhranie mSATA bolo navrhnuté na vytvorenie tenkej profilovej karty, ktorá by mohla interagovať s rozhraním SATA. Nový problém sa objavil, keď štandardy SATA 3.0 obmedzili výkon SSD. Na nápravu týchto problémov bolo potrebné vyvinúť novú formu rozhrania kompaktnej karty.
Pôvodne nazývané NGFF (Next Generation Form Factor), nové rozhranie bolo štandardizované do rozhrania disku M.2 podľa špecifikácií SATA verzie 3.2.
Vyššie rýchlosti
Zatiaľ čo veľkosť je faktorom pri vývoji rozhrania, rýchlosť disku je rovnako dôležitá. Špecifikácie SATA 3.0 obmedzili skutočnú šírku pásma SSD na rozhraní disku na približne 600 MB/s, čo mnohé disky dosiahli. Špecifikácie SATA 3.2 zaviedli nový zmiešaný prístup pre rozhranie M.2, ako to bolo v prípade SATA Express.
Nová karta M.2 môže v podstate využívať existujúce špecifikácie SATA 3.0 a môže byť obmedzená na 600 MB/s. Alebo môže použiť PCI-Express, ktorý poskytuje šírku pásma 1 GB/s podľa súčasných štandardov PCI-Express 3.0. Táto rýchlosť 1 GB/s je pre jeden pruh PCI-Express, ale je možné použiť viacero pruhov. V rámci špecifikácie M.2 SSD možno použiť až štyri pruhy. Použitie dvoch pruhov by teoreticky poskytlo 2,0 GB/s, zatiaľ čo štyri pruhy by poskytli až 4,0 GB/s.
S prípadným vydaním PCI-Express 4.0 sa tieto rýchlosti efektívne zdvojnásobia. Vydanie PCI-Express 5.0 v roku 2017 zaznamenal nárast šírky pásma na 32 GT/s, pričom 63 GB/s v 16-prúdovej konfigurácii. PCI-Express 6.0 (2019) zaznamenal ďalšie zdvojnásobenie šírky pásma na 64 GT/s, čo umožňuje 126 GB/s v každom smere.
Nie všetky systémy dosahujú tieto rýchlosti. Pohon M.2 a rozhranie musia byť nastavené v rovnakom režime. Rozhranie M.2 používa buď starší režim SATA alebo novšie režimy PCI-Express. Disk vyberie, ktorý z nich sa má použiť.
Napríklad disk M.2 navrhnutý so starším režimom SATA je obmedzený na 600 MB/s. Zatiaľ čo jednotka M.2 je kompatibilná s PCI-Express až so štyrmi pruhmi (x4), počítač používa iba dva pruhy (x2). Výsledkom sú maximálne rýchlosti 2,0 GB/s. Ak chcete dosiahnuť najvyššiu možnú rýchlosť, skontrolujte, čo disk a počítač alebo základná doska podporujú.
Menšie a väčšie veľkosti
Jedným z cieľov dizajnu disku M.2 bolo zmenšiť celkovú veľkosť úložného zariadenia. Dosiahlo sa to jedným z niekoľkých spôsobov. Po prvé, karty boli vyrobené užšie ako v predchádzajúcom formáte mSATA. Karty M.2 majú šírku 22 mm v porovnaní s 30 mm mSATA. Karty sú tiež kratšie na dĺžku 30 mm v porovnaní s 50 mm mSATA. Rozdiel je v tom, že karty M.2 podporujú väčšie dĺžky až 110 mm. To znamená, že tieto disky môžu byť väčšie, čo poskytuje viac miesta pre čipy a tým aj vyššiu kapacitu.
Okrem dĺžky a šírky kariet je možné použiť jednostranné alebo obojstranné dosky M.2. Jednostranné dosky poskytujú tenký profil a sú užitočné pre ultratenké notebooky. Obojstranná doska umožňuje nainštalovať dvakrát toľko čipov na dosku M.2, čo umožňuje väčšie úložné kapacity. To je užitočné pre kompaktné desktopové aplikácie, kde priestor nie je taký kritický.
Problém je v tom, že okrem miesta na dĺžku karty si musíte uvedomiť, aký druh M.2 konektora je na počítači. Väčšina prenosných počítačov používa iba jednostranný konektor, čo znamená, že prenosné počítače nemôžu používať obojstranné karty M.2.
Príkazové režimy
Už viac ako desaťročie robí SATA z úložiska funkciu plug-and-play. Je to kvôli jednoduchému rozhraniu a štruktúre príkazov AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI je spôsob, akým počítače komunikujú pokyny s úložnými zariadeniami. Je zabudovaný do všetkých moderných operačných systémov a pri pridávaní nových diskov nevyžaduje inštaláciu ďalších ovládačov.
Rozhranie AHCI bolo vyvinuté v dobe, keď pevné disky mali obmedzenú schopnosť spracovávať inštrukcie kvôli fyzickej povahe hláv a platní jednotiek. Jediný príkazový rad s 32 príkazmi bol dostatočný. Problém je v tom, že dnešné disky SSD toho dokážu oveľa viac, no stále sú obmedzené ovládačmi AHCI.
Štruktúra príkazov NVMe (Non-Volatile Memory Express) a ovládače boli vyvinuté s cieľom odstrániť túto prekážku a zlepšiť výkon. Namiesto použitia jedného frontu príkazov poskytuje až 65 536 frontov príkazov s až 65 536 príkazmi na front. To umožňuje paralelnejšie spracovanie požiadaviek na čítanie a zápis do úložného priestoru, čo zvyšuje výkon oproti štruktúre príkazov AHCI.
Hoci je to skvelé, je tu trochu problém. AHCI je zabudované do všetkých moderných operačných systémov, ale NVMe nie je. Ovládače musia byť nainštalované nad existujúcimi operačnými systémami, aby ste z diskov vyťažili maximum. To je problém mnohých starších operačných systémov.
Špecifikácia disku M.2 umožňuje jeden z dvoch režimov. To uľahčuje prijatie nového rozhrania s existujúcimi počítačmi a technológiami. Keďže sa zlepšuje podpora štruktúry príkazov NVMe, s týmto novým príkazovým režimom možno použiť rovnaké jednotky. Prepínanie medzi týmito dvoma režimami však vyžaduje preformátovanie diskov.
Vylepšená spotreba energie
Prenosný počítač má obmedzenú dobu prevádzky v závislosti od veľkosti jeho batérií a spotreby energie jeho komponentov. Jednotky SSD znižujú spotrebu energie komponentu úložiska, ale existuje priestor na zlepšenie.
Keďže rozhranie M.2 SSD je súčasťou špecifikácie SATA 3.2, zahŕňa aj ďalšie funkcie nad rámec rozhrania. To zahŕňa novú funkciu s názvom DevSleep. Keďže viac systémov je navrhnutých tak, aby pri zatvorení alebo vypnutí prešli do režimu spánku namiesto úplného vypnutia, batéria sa neustále spotrebúva, aby zostali niektoré údaje aktívne na rýchle obnovenie, keď sa zariadenie prebudí. DevSleep znižuje množstvo energie spotrebovanej zariadeniami vytvorením nového stavu nižšej spotreby. To by malo predĺžiť čas chodu počítačov, ktoré sú uvedené do režimu spánku.
Problémy so zavádzaním
Rozhranie M.2 predstavuje pokrok v oblasti ukladania a výkonu počítača. Počítače musia používať zbernicu PCI-Express, aby dosiahli čo najlepší výkon. V opačnom prípade funguje rovnako ako akýkoľvek existujúci disk SATA 3.0. Nezdá sa to ako veľký problém, ale je to problém mnohých prvých základných dosiek, ktoré túto funkciu využili.
SSD disky ponúkajú najlepší zážitok, keď sa používajú ako koreňový alebo spúšťací disk. Problém je v tom, že existujúci softvér Windows má problém so zavádzaním mnohých jednotiek zo zbernice PCI-Express a nie zo SATA. To znamená, že jednotka M.2 využívajúca PCI-Express nebude primárnou jednotkou, na ktorej je nainštalovaný operačný systém alebo programy. Výsledkom je rýchly dátový disk, ale nie spúšťací disk.
Nie všetky počítače a operačné systémy majú tento problém. Napríklad spoločnosť Apple vyvinula systém macOS (alebo OS X) na používanie zbernice PCI-Express pre koreňové oddiely. Je to preto, že Apple prešlo svoje SSD disky na PCI-Express v roku 2013 MacBook Air - predtým, ako boli dokončené špecifikácie M.2. Microsoft aktualizoval Windows 10, aby podporoval nové jednotky PCI-Express a NVMe. Staršie verzie systému Windows môžu tiež fungovať, ak je podporovaný hardvér a nainštalované externé ovládače.
Ako môže používanie M.2 odstrániť ďalšie funkcie
Ďalšia oblasť záujmu, najmä v prípade základných dosiek pre stolné počítače, sa týka spôsobu pripojenia rozhrania M.2 k zvyšku počítačového systému. Medzi procesorom a zvyškom počítača je obmedzený počet liniek PCI-Express. Ak chcete použiť slot pre kartu M.2 kompatibilný s PCI-Express, výrobca základnej dosky musí tieto pruhy PCI-Express odstrániť z ostatných komponentov v systéme.
Rozdelenie týchto liniek PCI-Express medzi zariadenia na doskách je hlavným problémom. Niektorí výrobcovia napríklad zdieľajú linky PCI-Express s portami SATA. Použitie slotu pre jednotku M.2 teda môže spotrebovať viac ako štyri sloty SATA. V iných prípadoch môže M.2 zdieľať tieto pruhy s inými rozširujúcimi slotmi PCI-Express.
Skontrolujte, ako je doska navrhnutá, aby ste sa uistili, že M.2 nebude prekážať potenciálnemu používaniu iných pevných diskov SATA, DVD mechaniky, Blu-ray mechaniky alebo iných rozširujúcich kariet.
