Da Computer, insbesondere Laptops, immer kleiner werden, müssen auch Komponenten wie Speicherlaufwerke entsprechend kleiner werden. Mit der Einführung von Solid-State-Laufwerken wurde es ein bisschen einfacher, sie in immer dünnere Designs wie Ultrabooks zu platzieren. Das Problem bestand jedoch weiterhin darin, die branchenübliche SATA-Schnittstelle zu verwenden. Schließlich wurde die mSATA-Schnittstelle entwickelt, um eine dünne Profilkarte zu erstellen, die noch mit der SATA-Schnittstelle interagieren kann. Das Problem ist jetzt, dass die SATA 3.0-Standards die Leistung von SSDs einschränken. Um diese Probleme zu beheben, musste eine neue Form einer kompakten Kartenschnittstelle entwickelt werden. Ursprünglich NGFF (Next Generation Form Factor) genannt, wurde die neue Schnittstelle schließlich in die neue M.2-Laufwerkschnittstelle unter den SATA-Spezifikationen der Version 3.2 standardisiert.
Schnellere Geschwindigkeiten
Die Größe ist natürlich ein Faktor bei der Entwicklung der neuen Schnittstelle. Die Geschwindigkeit der Laufwerke ist jedoch ebenso entscheidend. Die SATA 3.0-Spezifikationen beschränkten die reale Bandbreite einer SSD auf der Laufwerkschnittstelle auf etwa 600 MB / s, was viele Laufwerke inzwischen erreicht haben. Die SATA 3.2-Spezifikationen führten einen neuen gemischten Ansatz für die M.2-Schnittstelle ein, genau wie bei SATA Express. Im Wesentlichen kann eine neue M.2-Karte entweder die vorhandenen SATA 3.0-Spezifikationen verwenden und ist auf 600 MB / s beschränkt oder könnte stattdessen PCI-Express verwenden, das unter dem aktuellen PCI-Express 3.0 eine Bandbreite von 1 GB / s bietet Standards. Die Geschwindigkeit von 1 GB / s gilt jetzt für eine einzelne PCI-Express-Spur. Es ist möglich, mehrere Spuren zu verwenden, und gemäß der M.2-SSD-Spezifikation können bis zu vier Spuren verwendet werden. Die Verwendung von zwei Spuren würde 2,0 GB / s bereitstellen, während vier Spuren bis zu 4,0 GB / s liefern können. Mit der endgültigen Veröffentlichung von PCI-Express 4.0 würden sich diese Geschwindigkeiten verdoppeln.
Nun werden nicht alle Systeme diese Geschwindigkeiten erreichen. Das M.2-Laufwerk und die Schnittstelle am Computer müssen im selben Modus eingerichtet sein. Die M.2-Schnittstelle verwendet entweder den älteren SATA-Modus oder die neueren PCI-Express-Modi. Das Laufwerk wählt jedoch den zu verwendenden aus. Beispielsweise ist ein M.2-Laufwerk, das mit dem SATA-Legacy-Modus ausgestattet ist, auf diese Geschwindigkeit von 600 MB / s beschränkt. Das M.2-Laufwerk kann jetzt mit PCI-Express bis zu 4 Lanes (x4) kompatibel sein, der Computer verwendet jedoch nur zwei Lanes (x2). Dies würde zu Höchstgeschwindigkeiten von nur 2,0 GB / s führen. Um die größtmögliche Geschwindigkeit zu erzielen, müssen Sie überprüfen, was das Laufwerk und der Computer oder das Motherboard unterstützen.
Kleinere und größere Größen
Ein Ziel des M.2-Laufwerkdesigns war die Reduzierung der Gesamtgröße des Speichergeräts. Dies wird auf verschiedene Arten erreicht. Erstens haben sie die Karten enger gemacht als der vorherige mSATA-Formfaktor. M.2-Karten sind nur 22 mm breit im Vergleich zu den 30 mm von mSATA. Die Karten können im Vergleich zu den 50 mm von mSATA auch nur 30 mm lang sein. Der Unterschied ist, dass die M.2-Karten auch längere Längen von bis zu 110 mm unterstützen, was bedeutet, dass sie tatsächlich größer sein können, was mehr Platz für Chips und damit höhere Kapazitäten bietet.
Neben der Länge und Breite der Karten gibt es auch die Option für einseitige oder doppelseitige M.2-Karten. Warum die zwei verschiedenen Stärken? Nun, einseitige Platinen bieten ein sehr dünnes Profil und sind für ultradünne Laptops nützlich. Eine doppelseitige Platine hingegen ermöglicht die Installation von doppelt so vielen Chips auf einer M.2-Platine für größere Speicherkapazitäten, was für kompakte Desktop-Anwendungen nützlich ist, bei denen der Platz nicht so wichtig ist. Das Problem ist, dass Sie wissen müssen, welche Art von M.2-Anschluss sich auf dem Computer befindet, zusätzlich zum Platz für die Länge der Karte. Die meisten Laptops verwenden nur einen einseitigen Anschluss, was bedeutet, dass sie keine doppelseitigen M.2-Karten verwenden können.
Befehlsmodi
Seit mehr als einem Jahrzehnt bietet SATA Speicher für Computer Plug & Play. Dies liegt an der sehr einfach zu verwendenden Schnittstelle, aber auch an der Befehlsstruktur AHCI (Advanced Host Controller Interface). Auf diese Weise kann der Computer Anweisungen mit den Speichergeräten kommunizieren. Es ist in alle modernen Betriebssysteme integriert, sodass beim Hinzufügen neuer Laufwerke keine zusätzlichen Treiber im Betriebssystem installiert werden müssen. Es hat großartig funktioniert, wurde jedoch im Zeitalter von Festplatten entwickelt, die aufgrund der physischen Eigenschaften der Laufwerkköpfe und Platten nur begrenzt die Möglichkeit haben, Anweisungen zu verarbeiten. Eine einzelne Befehlswarteschlange mit 32 Befehlen war ausreichend. Das Problem ist, dass Solid-State-Laufwerke viel mehr können, aber durch die AHCI-Treiber eingeschränkt werden.
Um diesen Engpass zu beseitigen und die Leistung zu verbessern, wurden die Befehlsstruktur und Treiber NVMe (Non-Volatile Memory Express) entwickelt, um dieses Problem für Solid-State-Laufwerke zu beseitigen. Anstatt eine einzige Befehlswarteschlange zu verwenden, stehen bis zu 65.536 Befehlswarteschlangen mit bis zu 65.536 Befehlen pro Warteschlange zur Verfügung. Dies ermöglicht eine parallelere Verarbeitung der Lese- und Schreibanforderungen für den Speicher, wodurch die Leistung gegenüber der AHCI-Befehlsstruktur gesteigert wird.
Obwohl dies großartig ist, gibt es ein kleines Problem. AHCI ist in alle modernen Betriebssysteme integriert, NVMe jedoch nicht. Um die Festplatten optimal nutzen zu können, müssen Treiber über den vorhandenen Betriebssystemen installiert werden, um diesen neuen Befehlsmodus verwenden zu können. Dies ist ein Problem für viele Benutzer älterer Betriebssysteme. Glücklicherweise erlaubt die M.2-Laufwerksspezifikation die Verwendung einer der beiden Modi. Dies erleichtert die Übernahme der neuen Schnittstelle mit vorhandenen Computern und Technologien unter Verwendung der AHCI-Befehlsstruktur.Wenn dann die Unterstützung für die NVMe-Befehlsstruktur in der Software verbessert wird, können dieselben Laufwerke mit diesem neuen Befehlsmodus verwendet werden. Seien Sie einfach gewarnt, dass beim Umschalten zwischen den beiden Modi die Laufwerke neu formatiert werden müssen.
Verbesserter Stromverbrauch
Mobile Computer haben eine begrenzte Laufzeit, basierend auf der Größe ihrer Batterien und der von den verschiedenen Komponenten verbrauchten Leistung. Solid-State-Laufwerke führten zu erheblichen Reduzierungen des Energieverbrauchs der Speicherkomponente, sodass die Lebensdauer der Batterie verbessert wurde, es jedoch noch Raum für Verbesserungen gibt. Da die M.2-SSD-Schnittstelle Teil der SATA 3.2-Spezifikationen ist, enthält sie neben der Schnittstelle auch einige andere Funktionen. Dies beinhaltet eine neue Funktion namens DevSleep. Da immer mehr Systeme so konzipiert sind, dass sie im Ruhezustand sind, wenn sie geschlossen oder ausgeschaltet sind, und nicht vollständig heruntergefahren werden, wird der Akku ständig beansprucht, um einige Daten aktiv zu halten, um eine schnelle Wiederherstellung zu ermöglichen, wenn die Geräte aufgeweckt werden. DevSleep reduziert den Stromverbrauch von Geräten wie M.2-SSDs, indem ein neuer Stromversorgungszustand erzeugt wird. Dies sollte dazu beitragen, die Laufzeit von Systemen, die in den Ruhezustand versetzt werden, zu verlängern und nicht zwischen den einzelnen Anwendungen herunterzufahren.
Probleme beim Booten
Die M.2-Schnittstelle ist eine großartige Ergänzung zum Computerspeicher und zur Verbesserung der Leistung unserer Computer. Es gibt jedoch ein kleines Problem mit der frühen Implementierung. Um die beste Leistung der neuen Schnittstelle zu erzielen, muss der Computer den PCI-Express-Bus verwenden. Andernfalls läuft er genauso wie alle vorhandenen SATA 3.0-Laufwerke. Dies scheint keine große Sache zu sein, aber es ist tatsächlich ein Problem bei vielen der ersten Motherboards, die diese Funktion verwenden. SSD-Laufwerke bieten die besten Ergebnisse, wenn sie als Root- oder Startlaufwerk verwendet werden. Das Problem ist, dass die vorhandene Windows-Software ein Problem mit vielen Laufwerken hat, die vom PCI-Express-Bus statt von SATA booten. Dies bedeutet, dass ein M.2-Laufwerk, das PCI-Express verwendet, zwar schnell ist, aber nicht das primäre Laufwerk ist, auf dem das Betriebssystem oder die Programme installiert sind. Das Ergebnis ist ein schnelles Datenlaufwerk, aber nicht das Startlaufwerk.
Nicht alle Computer und Betriebssysteme haben dieses Problem. Beispielsweise hat Apple OS X entwickelt, um den PCI-Express-Bus für Root-Partitionen zu verwenden. Dies liegt daran, dass Apple seine SSD-Laufwerke im 2013 MacBook Air auf PCI-Express umgestellt hat, bevor die M.2-Spezifikationen abgeschlossen wurden. Microsoft hat Windows 10 aktualisiert, um die neuen PCI-Express- und NVMe-Laufwerke vollständig zu unterstützen, sofern die Hardware, auf der es ausgeführt wird, dies auch kann. Ältere Windows-Versionen können möglicherweise installiert werden, wenn die Hardware unterstützt wird und externe Treiber installiert werden.
Wie kann man mit M.2 andere Funktionen entfernen?
Ein weiteres Problem, insbesondere bei Desktop-Motherboards, betrifft die Verbindung der M.2-Schnittstelle mit dem Rest des Systems. Wie Sie sehen, gibt es eine begrenzte Anzahl von PCI-Express-Spuren zwischen dem Prozessor und dem Rest des Computers. Um einen PCI-Express-kompatiblen M.2-Kartensteckplatz zu verwenden, muss der Hersteller des Motherboards diese PCI-Express-Spuren von anderen Komponenten des Systems entfernen. Wie diese PCI-Express-Lanes zwischen den Geräten auf den Platinen aufgeteilt werden, ist ein wichtiges Anliegen. Beispielsweise teilen einige Hersteller die PCI-Express-Spuren mit SATA-Ports. Bei Verwendung des M.2-Laufwerksteckplatzes können vier SATA-Steckplätze aufwärts gehen. In anderen Fällen. Das M.2 kann diese Spuren mit anderen PCI-Express-Erweiterungssteckplätzen teilen. Vergewissern Sie sich, dass die Karte so ausgelegt ist, dass die Verwendung des M.2 die mögliche Verwendung anderer SATA-Festplatten, DVD- oder Blu-ray-Laufwerke oder anderer Erweiterungskarten nicht beeinträchtigt.
