Καθώς οι υπολογιστές γίνονται μικρότεροι, τόσο πρέπει και τα στοιχεία υλικού, όπως οι μονάδες αποθήκευσης. Η εισαγωγή μονάδων δίσκου στερεάς κατάστασης επέτρεψε πιο λεπτούς σχεδιασμούς όπως τα Ultrabook, αλλά αυτό έρχεται σε σύγκρουση με τη διεπαφή SATA για το βιομηχανικό πρότυπο.
Η διεπαφή mSATA σχεδιάστηκε για να δημιουργεί μια κάρτα λεπτού προφίλ που θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει με τη διεπαφή SATA. Ένα νέο πρόβλημα προέκυψε όταν τα πρότυπα SATA 3.0 περιόρισαν την απόδοση των SSD. Έπρεπε να αναπτυχθεί μια νέα μορφή διεπαφής συμπαγούς κάρτας για τη διόρθωση αυτών των προβλημάτων.
Αρχικά ονομαζόμενο NGFF (Next Generation Form Factor), η νέα διεπαφή έχει τυποποιηθεί στη διεπαφή μονάδας δίσκου M.2 σύμφωνα με τις προδιαγραφές SATA έκδοσης 3.2.
Μεγαλύτερες ταχύτητες
Ενώ το μέγεθος είναι παράγοντας για την ανάπτυξη μιας διεπαφής, η ταχύτητα της μονάδας είναι εξίσου κρίσιμη. Οι προδιαγραφές SATA 3.0 περιόρισαν το πραγματικό εύρος ζώνης ενός SSD στη διεπαφή της μονάδας σε περίπου 600 MB/s, το οποίο έχουν φτάσει πολλές μονάδες δίσκου. Οι προδιαγραφές SATA 3.2 εισήγαγαν μια νέα μικτή προσέγγιση για τη διεπαφή M.2, όπως συνέβη με το SATA Express.
Ουσιαστικά, μια νέα κάρτα M.2 μπορεί να χρησιμοποιεί τις υπάρχουσες προδιαγραφές SATA 3.0 και να περιορίζεται στα 600 MB/s. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιήσει το PCI-Express, το οποίο παρέχει εύρος ζώνης 1 GB/s σύμφωνα με τα τρέχοντα πρότυπα PCI-Express 3.0. Αυτή η ταχύτητα 1 GB/s είναι για μία μόνο λωρίδα PCI-Express, αλλά είναι δυνατή η χρήση πολλαπλών λωρίδων. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές M.2 SSD, μπορούν να χρησιμοποιηθούν έως και τέσσερις λωρίδες. Η χρήση δύο λωρίδων θα παρείχε θεωρητικά 2,0 GB/s, ενώ τέσσερις λωρίδες θα παρείχαν έως και 4,0 GB/s.
Με την τελική κυκλοφορία του PCI-Express 4.0, αυτές οι ταχύτητες ουσιαστικά θα διπλασιαστούν. Η κυκλοφορία του PCI-Express 5.0 το 2017 σημείωσε αύξηση στο εύρος ζώνης στα 32 GT/s, με 63 GB/s σε διαμόρφωση 16 λωρίδων. Το PCI-Express 6.0 (2019) είδε ακόμη έναν διπλασιασμό του εύρους ζώνης στα 64 GT/s, επιτρέποντας 126 GB/s προς κάθε κατεύθυνση.
Δεν επιτυγχάνουν όλα τα συστήματα αυτές τις ταχύτητες. Η μονάδα M.2 και η διεπαφή πρέπει να ρυθμιστούν στην ίδια λειτουργία. Η διεπαφή M.2 χρησιμοποιεί είτε τη λειτουργία SATA παλαιού τύπου είτε τις νεότερες λειτουργίες PCI-Express. Η μονάδα επιλέγει ποια θα χρησιμοποιήσει.
Για παράδειγμα, μια μονάδα δίσκου M.2 που έχει σχεδιαστεί με λειτουργία παλαιού τύπου SATA περιορίζεται στα 600 MB/s. Ενώ η μονάδα M.2 είναι συμβατή με PCI-Express έως τέσσερις λωρίδες (x4), ο υπολογιστής χρησιμοποιεί μόνο δύο λωρίδες (x2). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μέγιστες ταχύτητες 2,0 GB/s. Για να έχετε τη μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα, ελέγξτε τι υποστηρίζει η μονάδα δίσκου και ο υπολογιστής ή η μητρική πλακέτα.
Μικρότερα και μεγαλύτερα μεγέθη
Ένας από τους στόχους του σχεδιασμού της μονάδας δίσκου M.2 ήταν να μειωθεί το συνολικό μέγεθος της συσκευής αποθήκευσης. Αυτό επιτεύχθηκε με έναν από τους διάφορους τρόπους. Πρώτον, οι κάρτες έγιναν στενότερες από ό,τι στον προηγούμενο παράγοντα μορφής mSATA. Οι κάρτες M.2 έχουν πλάτος 22 mm, σε σύγκριση με τα 30 mm του mSATA. Οι κάρτες έχουν επίσης μικρότερο μήκος σε μήκος 30 mm, σε σύγκριση με τα 50 mm του mSATA. Η διαφορά είναι ότι οι κάρτες M.2 υποστηρίζουν μεγαλύτερα μήκη έως και 110 mm. Αυτό σημαίνει ότι αυτοί οι δίσκοι μπορεί να είναι μεγαλύτεροι, γεγονός που παρέχει περισσότερο χώρο για μάρκες και, επομένως, υψηλότερες χωρητικότητες.
Εκτός από το μήκος και το πλάτος των φύλλων, υπάρχει η επιλογή είτε για σανίδες M.2 μονής είτε διπλής όψης. Οι πλακέτες μονής όψης παρέχουν λεπτό προφίλ και είναι χρήσιμες για εξαιρετικά λεπτούς φορητούς υπολογιστές. Μια πλακέτα διπλής όψης επιτρέπει την εγκατάσταση διπλάσιων τσιπ σε μια πλακέτα M.2, επιτρέποντας μεγαλύτερη χωρητικότητα αποθήκευσης. Αυτό είναι χρήσιμο για συμπαγείς εφαρμογές επιτραπέζιου υπολογιστή όπου ο χώρος δεν είναι τόσο κρίσιμος.
Το πρόβλημα είναι ότι πρέπει να γνωρίζετε τι είδους υποδοχή M.2 υπάρχει στον υπολογιστή, εκτός από το χώρο για το μήκος της κάρτας. Οι περισσότεροι φορητοί υπολογιστές χρησιμοποιούν μόνο μια υποδοχή μονής όψης, πράγμα που σημαίνει ότι οι φορητοί υπολογιστές δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν κάρτες M.2 διπλής όψης.
Κατάσταση εντολών
Για περισσότερο από μια δεκαετία, η SATA έχει κάνει την αποθήκευση λειτουργία plug-and-play. Αυτό οφείλεται στην απλή διεπαφή και στη δομή εντολών AHCI (Advanced Host Controller Interface).
Το AHCI είναι ο τρόπος με τον οποίο οι υπολογιστές επικοινωνούν οδηγίες με συσκευές αποθήκευσης. Είναι ενσωματωμένο σε όλα τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα και δεν απαιτεί την εγκατάσταση πρόσθετων προγραμμάτων οδήγησης κατά την προσθήκη νέων μονάδων δίσκου.
Το AHCI αναπτύχθηκε σε μια εποχή όπου οι σκληροί δίσκοι είχαν περιορισμένη ικανότητα επεξεργασίας εντολών λόγω της φυσικής φύσης των κεφαλών και των πλακών της μονάδας. Μια ουρά εντολών με 32 εντολές ήταν αρκετή. Το πρόβλημα είναι ότι οι σημερινοί δίσκοι στερεάς κατάστασης κάνουν πολύ περισσότερα, αλλά εξακολουθούν να είναι περιορισμένοι από τα προγράμματα οδήγησης AHCI.
Η δομή εντολών και τα προγράμματα οδήγησης NVMe (Non-Volatile Memory Express) αναπτύχθηκαν για την εξάλειψη αυτού του στενώματος και τη βελτίωση της απόδοσης. Αντί να χρησιμοποιεί μια μεμονωμένη ουρά εντολών, παρέχει έως και 65.536 ουρές εντολών, με έως και 65.536 εντολές ανά ουρά. Αυτό επιτρέπει την πιο παράλληλη επεξεργασία των αιτημάτων ανάγνωσης και εγγραφής αποθήκευσης, η οποία ενισχύει την απόδοση μέσω της δομής εντολών AHCI.
Αν και αυτό είναι υπέροχο, υπάρχει ένα μικρό πρόβλημα. Το AHCI είναι ενσωματωμένο σε όλα τα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα, αλλά το NVMe δεν είναι. Τα προγράμματα οδήγησης πρέπει να εγκατασταθούν πάνω από τα υπάρχοντα λειτουργικά συστήματα για να αξιοποιήσετε στο έπακρο τις μονάδες δίσκου. Αυτό είναι ένα πρόβλημα για πολλά παλαιότερα λειτουργικά συστήματα.
Η προδιαγραφή μονάδας δίσκου M.2 επιτρέπει μία από τις δύο λειτουργίες. Αυτό διευκολύνει την υιοθέτηση της νέας διεπαφής με υπάρχοντες υπολογιστές και τεχνολογίες. Καθώς η υποστήριξη για τη δομή εντολών NVMe βελτιώνεται, οι ίδιες μονάδες δίσκου μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αυτήν τη νέα λειτουργία εντολών. Ωστόσο, η εναλλαγή μεταξύ των δύο λειτουργιών απαιτεί την επαναδιαμόρφωση των μονάδων δίσκου.
Βελτιωμένη κατανάλωση ενέργειας
Ένας φορητός υπολογιστής έχει περιορισμένο χρόνο λειτουργίας με βάση το μέγεθος των μπαταριών του και την ισχύ που καταναλώνουν τα εξαρτήματά του. Οι μονάδες δίσκου στερεάς κατάστασης μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας του στοιχείου αποθήκευσης, αλλά υπάρχει περιθώριο βελτίωσης.
Δεδομένου ότι η διασύνδεση M.2 SSD αποτελεί μέρος της προδιαγραφής SATA 3.2, περιλαμβάνει και άλλες δυνατότητες πέρα από τη διεπαφή. Αυτό περιλαμβάνει μια νέα δυνατότητα που ονομάζεται DevSleep. Καθώς περισσότερα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να μεταβαίνουν σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας όταν είναι κλειστά ή απενεργοποιημένα, αντί να απενεργοποιούνται εντελώς, υπάρχει συνεχής τροφοδοσία της μπαταρίας για να διατηρηθούν ορισμένα δεδομένα ενεργά για γρήγορη ανάκτηση όταν η συσκευή ξυπνήσει. Το DevSleep μειώνει την ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιούν οι συσκευές δημιουργώντας μια νέα κατάσταση χαμηλότερης ισχύος. Αυτό θα επεκτείνει το χρόνο λειτουργίας για υπολογιστές που έχουν τεθεί σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας.
Προβλήματα εκκίνησης
Η διεπαφή M.2 είναι μια πρόοδος στον χώρο αποθήκευσης και απόδοσης υπολογιστή. Οι υπολογιστές πρέπει να χρησιμοποιούν το δίαυλο PCI-Express για να έχουν την καλύτερη απόδοση. Διαφορετικά, τρέχει το ίδιο με οποιαδήποτε υπάρχουσα μονάδα δίσκου SATA 3.0. Αυτό δεν φαίνεται να είναι μεγάλο θέμα, αλλά είναι ένα πρόβλημα με πολλές από τις πρώτες μητρικές που έκαναν χρήση της δυνατότητας.
Οι Οι μονάδες SSD προσφέρουν την καλύτερη εμπειρία όταν χρησιμοποιούνται ως μονάδα ρίζας ή εκκίνησης. Το πρόβλημα είναι ότι το υπάρχον λογισμικό των Windows έχει πρόβλημα με την εκκίνηση πολλών δίσκων από το δίαυλο PCI-Express και όχι από το SATA. Αυτό σημαίνει ότι η ύπαρξη μονάδας M.2 που χρησιμοποιεί PCI-Express δεν θα είναι η κύρια μονάδα δίσκου όπου είναι εγκατεστημένα το λειτουργικό σύστημα ή τα προγράμματα. Το αποτέλεσμα είναι μια γρήγορη μονάδα δεδομένων αλλά όχι η μονάδα εκκίνησης.
Δεν έχουν όλοι οι υπολογιστές και τα λειτουργικά συστήματα αυτό το πρόβλημα. Για παράδειγμα, η Apple έχει αναπτύξει το macOS (ή το OS X) για να χρησιμοποιεί το δίαυλο PCI-Express για κατατμήσεις root. Αυτό συμβαίνει επειδή η Apple άλλαξε τις μονάδες SSD της σε PCI-Express στο MacBook Air του 2013, πριν οριστικοποιηθούν οι προδιαγραφές M.2. Η Microsoft έχει ενημερώσει τα Windows 10 για να υποστηρίζει τις νέες μονάδες PCI-Express και NVMe. Οι παλαιότερες εκδόσεις των Windows ενδέχεται επίσης να λειτουργούν εάν υποστηρίζεται το υλικό και έχουν εγκατασταθεί εξωτερικά προγράμματα οδήγησης.
Πώς η χρήση του M.2 μπορεί να αφαιρέσει άλλες δυνατότητες
Ένας άλλος τομέας ανησυχίας, ιδιαίτερα με μητρικές επιτραπέζιους υπολογιστές, αφορά τον τρόπο σύνδεσης της διεπαφής M.2 με το υπόλοιπο σύστημα υπολογιστή. Υπάρχει περιορισμένος αριθμός λωρίδων PCI-Express μεταξύ του επεξεργαστή και του υπόλοιπου υπολογιστή. Για να χρησιμοποιήσετε μια υποδοχή κάρτας M.2 συμβατή με PCI-Express, ο κατασκευαστής της μητρικής πλακέτας πρέπει να απομακρύνει αυτές τις λωρίδες PCI-Express από άλλα στοιχεία του συστήματος.
Ο τρόπος με τον οποίο κατανέμονται αυτές οι λωρίδες PCI-Express μεταξύ των συσκευών στις πλακέτες είναι μια σημαντική ανησυχία. Για παράδειγμα, ορισμένοι κατασκευαστές μοιράζονται τις λωρίδες PCI-Express με θύρες SATA. Έτσι, η χρήση της υποδοχής μονάδας δίσκου M.2 μπορεί να καταναλώσει πάνω από τέσσερις υποδοχές SATA. Σε άλλες περιπτώσεις, το M.2 μπορεί να μοιράζεται αυτές τις λωρίδες με άλλες υποδοχές επέκτασης PCI-Express.
Ελέγξτε πώς έχει σχεδιαστεί η πλακέτα για να βεβαιωθείτε ότι η M.2 δεν θα παρεμβαίνει στην πιθανή χρήση άλλων σκληρών δίσκων SATA, μονάδων DVD, μονάδων Blu-ray ή άλλων καρτών επέκτασης.
