Khi máy tính, đặc biệt là máy tính xách tay, tiếp tục nhận được nhỏ hơn, các thành phần như ổ đĩa lưu trữ cần thiết để có được tương ứng nhỏ hơn. Với việc giới thiệu các ổ đĩa thể rắn , nó trở nên dễ dàng hơn khi đặt chúng trong các thiết kế mỏng hơn bao giờ hết như Ultrabook nhưng vấn đề sau đó vẫn tiếp tục sử dụng giao diện SATA chuẩn của ngành. Cuối cùng, giao diện mSATA được thiết kế để tạo ra một thẻ cấu hình mỏng mà vẫn có thể tương tác với giao tiếp SATA. Vấn đề bây giờ là các tiêu chuẩn SATA 3.0 đang hạn chế hiệu năng của SSD. Để khắc phục những vấn đề này, một hình thức giao diện thẻ nhỏ gọn mới cần được phát triển. Ban đầu được gọi là NGFF (Next Generation Form Factor), giao diện mới cuối cùng đã được chuẩn hóa thành giao diện ổ đĩa M.2 mới theo thông số kỹ thuật của phiên bản SATA 3.2.
Tốc độ nhanh hơn
Trong khi kích thước là, tất nhiên, một yếu tố trong việc phát triển giao diện mới, tốc độ của các ổ đĩa cũng quan trọng. Các thông số kỹ thuật SATA 3.0 hạn chế băng thông thế giới thực của một SSD trên giao diện ổ đĩa đến khoảng 600MB / s, một cái gì đó mà nhiều ổ đĩa đã đạt được. Các thông số kỹ thuật SATA 3.2 giới thiệu một cách tiếp cận hỗn hợp mới cho giao diện M.2 giống như nó đã làm với SATA Express . Về bản chất, một thẻ M.2 mới có thể sử dụng các thông số SATA 3.0 hiện có và bị giới hạn ở mức 600MB / s hoặc thay vào đó có thể chọn sử dụng PCI-Express cung cấp băng thông 1GB / s theo PCI-Express 3.0 hiện tại tiêu chuẩn. Bây giờ tốc độ 1GB / s dành cho một làn PCI-Express đơn. Có thể sử dụng nhiều làn đường và theo đặc tả SSD M.2, có thể sử dụng tối đa bốn làn đường. Sử dụng hai làn đường sẽ cung cấp 2.0GB / s trong khi bốn làn đường có thể cung cấp tới 4.0GB / s. Với phiên bản cuối cùng của PCI-Express 4.0, những tốc độ này sẽ tăng gấp đôi.
Bây giờ không phải tất cả các hệ thống sẽ đạt được những tốc độ này. Ổ đĩa M.2 và giao diện trên máy tính phải được thiết lập trong cùng một chế độ. Giao diện M.2 được thiết kế để sử dụng chế độ SATA cũ hoặc các chế độ PCI-Express mới hơn nhưng ổ đĩa sẽ chọn chế độ nào sẽ sử dụng. Ví dụ, một ổ đĩa M.2 được thiết kế với chế độ kế thừa SATA sẽ bị giới hạn ở tốc độ 600MB / s đó. Bây giờ, ổ M.2 có thể tương thích với PCI-Express lên đến 4 làn (x4) nhưng máy tính chỉ sử dụng hai làn (x2). Điều này sẽ dẫn đến tốc độ tối đa chỉ 2.0GB / s. Vì vậy, để có được tốc độ cao nhất có thể, bạn sẽ cần phải kiểm tra cả ổ đĩa và máy tính hoặc bo mạch chủ hỗ trợ.
Kích thước nhỏ hơn và lớn hơn
Một trong những mục tiêu của thiết kế ổ đĩa M.2 là giảm kích thước tổng thể của thiết bị lưu trữ. Điều này đạt được theo một trong nhiều cách khác nhau. Đầu tiên, họ đã làm cho các thẻ hẹp hơn so với yếu tố hình thức mSATA trước đó. Thẻ M.2 chỉ rộng 22mm so với 30mm mSATA. Các thẻ cũng có thể được rút ngắn chỉ dài 30mm so với 50mm của mSATA. Sự khác biệt là các thẻ M.2 cũng hỗ trợ độ dài dài hơn lên đến 110mm có nghĩa là nó thực sự có thể lớn hơn, cung cấp nhiều không gian hơn cho các chip và do đó năng lực cao hơn.
Ngoài chiều dài và chiều rộng của thẻ, cũng có tùy chọn cho các bảng M.2 một mặt hoặc hai mặt. Tại sao hai độ dày khác nhau? Vâng, các bảng một mặt cung cấp một cấu hình rất mỏng và rất hữu ích cho máy tính xách tay siêu mỏng. Mặt khác, một bo mạch hai mặt cho phép lắp đặt gấp đôi số chip trên bảng M.2 để có dung lượng lưu trữ lớn hơn, hữu ích cho các ứng dụng máy tính để bàn nhỏ gọn, nơi không gian không quan trọng. Vấn đề là bạn cần phải biết loại đầu nối M.2 nào trên máy tính ngoài không gian cho độ dài của thẻ. Hầu hết các máy tính xách tay sẽ chỉ sử dụng một đầu nối một mặt có nghĩa là chúng không thể sử dụng thẻ M.2 hai mặt.
Chế độ lệnh
Trong hơn một thập kỷ, SATA đã thực hiện lưu trữ cho máy tính plug and play. Điều này là nhờ vào giao diện sử dụng rất đơn giản mà còn vì cấu trúc lệnh AHCI (Advanced Host Controller Interface). Đây là cách mà máy tính có thể giao tiếp hướng dẫn với các thiết bị lưu trữ. Nó được tích hợp vào tất cả các hệ điều hành hiện đại và do đó không yêu cầu bất kỳ trình điều khiển bổ sung nào được cài đặt vào hệ điều hành khi chúng tôi thêm các ổ đĩa mới. Nó đã làm việc tuyệt vời nhưng nó đã được phát triển trong thời đại của ổ đĩa cứng mà có một khả năng hạn chế để xử lý các hướng dẫn vì bản chất vật lý của người đứng đầu ổ đĩa và đĩa cứng. Một hàng đợi lệnh đơn với 32 lệnh là đủ. Vấn đề là ổ đĩa trạng thái rắn có thể làm được nhiều hơn thế nhưng bị giới hạn bởi các trình điều khiển AHCI.
Để giúp loại bỏ tắc nghẽn này và cải thiện hiệu năng, cấu trúc lệnh và trình điều khiển của NVMe (Non-Volatile Memory Express) được phát triển như một phương tiện để loại bỏ vấn đề này cho các ổ đĩa trạng thái rắn. Thay vì sử dụng một hàng đợi lệnh đơn, nó cung cấp tới 65.536 hàng đợi lệnh với các lệnh 65.536 mỗi hàng đợi. Điều này cho phép xử lý song song hơn nữa các yêu cầu đọc và ghi lưu trữ sẽ giúp tăng hiệu suất trên cấu trúc lệnh AHCI.
Trong khi điều này là tuyệt vời, có một chút của một vấn đề. AHCI được tích hợp vào tất cả các hệ điều hành hiện đại nhưng NVMe thì không. Để tận dụng tối đa các ổ đĩa, trình điều khiển phải được cài đặt trên các hệ điều hành hiện có để sử dụng chế độ lệnh mới này. Đó là một vấn đề đối với nhiều người trên các hệ điều hành cũ. Rất may các đặc điểm kỹ thuật ổ đĩa M.2 cho phép một trong hai chế độ được sử dụng. Điều này làm cho việc áp dụng giao diện mới dễ dàng hơn với các máy tính và công nghệ hiện có bằng cách sử dụng cấu trúc lệnh AHCI. Sau đó, khi sự hỗ trợ cho cấu trúc lệnh NVMe được cải thiện thành phần mềm, các ổ đĩa giống nhau có thể được sử dụng với chế độ lệnh mới này. Chỉ cần được cảnh báo rằng chuyển đổi giữa hai chế độ sẽ yêu cầu các ổ đĩa được định dạng lại.
Cải thiện điện năng tiêu thụ
Máy tính di động có thời gian chạy hạn chế dựa trên kích thước của pin và sức mạnh được rút ra bởi các thành phần khác nhau. Ổ đĩa trạng thái rắn cung cấp một số giảm đáng kể trong tiêu thụ năng lượng của các thành phần lưu trữ như vậy mà họ đã cải thiện tuổi thọ pin nhưng có chỗ để cải thiện. Vì giao diện SSD M.2 là một phần của thông số kỹ thuật SATA 3.2, nó cũng bao gồm một số tính năng khác ngoài giao diện. Điều này bao gồm một tính năng mới có tên DevSleep. Vì ngày càng có nhiều hệ thống được thiết kế để chuyển sang chế độ ngủ khi đóng hoặc tắt thay vì tắt nguồn hoàn toàn, có một bản vẽ liên tục trên pin để giữ cho một số dữ liệu hoạt động để phục hồi nhanh khi thiết bị được đánh thức. DevSleep giảm lượng điện năng được sử dụng bởi các thiết bị như SSD M.2 bằng cách tạo ra trạng thái nguồn điện mới thấp hơn. Điều này sẽ giúp kéo dài thời gian chạy cho các hệ thống đó được đưa vào giấc ngủ thay vì được tắt nguồn giữa các lần sử dụng.
Sự cố khi khởi động
Giao diện M.2 là một bổ sung tuyệt vời cho lưu trữ máy tính và khả năng cải thiện hiệu suất của máy tính của chúng tôi. Có một vấn đề nhỏ với việc thực hiện sớm của nó mặc dù. Để có được hiệu suất tốt nhất từ giao diện mới, máy tính phải sử dụng bus PCI-Express, nếu không, nó sẽ hoạt động giống như bất kỳ ổ SATA 3.0 hiện có nào. Điều này không có vẻ là một vấn đề lớn nhưng nó thực sự là một vấn đề với nhiều bo mạch chủ đầu tiên sử dụng tính năng này. Ổ SSD cung cấp trải nghiệm tốt nhất khi chúng được sử dụng làm ổ đĩa gốc hoặc ổ đĩa khởi động. Vấn đề là phần mềm Windows hiện tại có vấn đề với nhiều ổ đĩa khởi động từ bus PCI-Express thay vì từ SATA. Điều này có nghĩa rằng có một ổ đĩa M.2 sử dụng PCI-Express trong khi nhanh sẽ không phải là ổ đĩa chính nơi hệ điều hành hoặc các chương trình được cài đặt. Kết quả là một ổ đĩa dữ liệu nhanh nhưng không phải là ổ đĩa khởi động.
Không phải tất cả các máy tính và hệ điều hành đều có vấn đề này. Ví dụ, Apple đã phát triển OS X để sử dụng bus PCI-Express cho phân vùng gốc. Điều này là do Apple đã chuyển ổ SSD của họ sang PCI-Express trong MacBook Air 2013 trước khi các thông số kỹ thuật M.2 được hoàn thành. Microsoft đã cập nhật Windows 10 để hỗ trợ đầy đủ các ổ PCI-Express và NVMe mới nếu phần cứng nó đang chạy trên cũng có thể. Các phiên bản cũ hơn của Windows có thể có khả năng nếu phần cứng được hỗ trợ và các trình điều khiển bên ngoài được cài đặt.
Cách sử dụng M.2 có thể xóa các tính năng khác
Một lĩnh vực quan tâm đặc biệt là với bo mạch chủ máy tính để bàn liên quan đến cách giao diện M.2 được kết nối với phần còn lại của hệ thống. Bạn thấy có một số giới hạn các làn PCI-Express giữa bộ xử lý và phần còn lại của máy tính. Để sử dụng khe cắm thẻ nhớ M.2 tương thích PCI-Express, nhà sản xuất bo mạch chủ phải lấy các làn PCI-Express đó đi xa các thành phần khác trên hệ thống. Làm thế nào những làn PCI-Express được phân chia giữa các thiết bị trên bảng là mối quan tâm chính. Ví dụ, một số nhà sản xuất chia sẻ làn PCI-Express với cổng SATA. Do đó, việc sử dụng khe cắm M.2 có thể lấy đi bốn rãnh SATA. Trong các trường hợp khác. M.2 có thể chia sẻ các làn đường đó với các khe cắm mở rộng PCI-Express khác. Đảm bảo kiểm tra cách bo mạch được thiết kế để đảm bảo sử dụng M.2 sẽ không ảnh hưởng đến khả năng sử dụng các ổ đĩa cứng SATA, ổ đĩa DVD hoặc Blu-ray hoặc các thẻ mở rộng khác.