Wenn Computer kleiner werden, müssen Hardwarekomponenten wie Speicherlaufwerke dies auch tun. Die Einführung von Solid-State-Laufwerken ermöglichte dünnere Designs wie Ultrabooks, aber dies kollidierte mit der branchenüblichen SATA-Schnittstelle.
Die mSATA-Schnittstelle wurde entwickelt, um eine Karte mit dünnem Profil zu schaffen, die mit der SATA-Schnittstelle interagieren kann. Ein neues Problem tauchte auf, als die SATA 3.0-Standards die Leistung von SSDs einschränkten. Um diese Probleme zu beheben, musste eine neue Form einer kompakten Kartenschnittstelle entwickelt werden.
Die ursprünglich als NGFF (Next Generation Form Factor) bezeichnete neue Schnittstelle wurde unter den Spezifikationen der SATA-Version 3.2 in die M.2-Laufwerksschnittstelle standardisiert.
Höhere Geschwindigkeiten
Während die Größe ein Faktor bei der Entwicklung einer Schnittstelle ist, ist die Geschwindigkeit des Laufwerks ebenso entscheidend. Die SATA 3.0-Spezifikationen beschränkten die reale Bandbreite einer SSD an der Laufwerksschnittstelle auf etwa 600 MB/s, die viele Laufwerke erreicht haben. Die SATA 3.2-Spezifikationen führten einen neuen gemischten Ansatz für die M.2-Schnittstelle ein, wie es bei SATA Express der Fall war.
Im Wesentlichen kann eine neue M.2-Karte vorhandene SATA 3.0-Spezifikationen verwenden und auf 600 MB/s beschränkt sein. Oder es kann PCI-Express verwenden, das eine Bandbreite von 1 GB/s unter den aktuellen PCI-Express 3.0-Standards bietet. Diese Geschwindigkeit von 1 GB/s gilt für eine einzelne PCI-Express-Lane, aber es ist möglich, mehrere Lanes zu verwenden. Unter der M.2-SSD-Spezifikation können bis zu vier Lanes verwendet werden. Die Verwendung von zwei Spuren würde theoretisch 2,0 GB/s liefern, während vier Spuren bis zu 4,0 GB/s liefern würden.
Mit der eventuellen Veröffentlichung von PCI-Express 4.0 würden sich diese Geschwindigkeiten effektiv verdoppeln. Die Veröffentlichung von PCI-Express 5.0 im Jahr 2017 sah eine Erhöhung der Bandbreite auf 32 GT/s mit 63 GB/s in einer 16-Lane-Konfiguration. PCI-Express 6.0 (2019) sah eine weitere Verdopplung der Bandbreite auf 64 GT/s, was 126 GB/s in jede Richtung ermöglicht.
Nicht alle Systeme erreichen diese Geschwindigkeiten. Das M.2-Laufwerk und die Schnittstelle müssen im selben Modus eingerichtet werden. Die M.2-Schnittstelle verwendet entweder den Legacy-SATA-Modus oder die neueren PCI-Express-Modi. Das Laufwerk wählt aus, welches verwendet werden soll.
Zum Beispiel ist ein M.2-Laufwerk mit SATA-Legacy-Modus auf 600 MB/s beschränkt. Während das M.2-Laufwerk mit PCI-Express bis zu vier Lanes (x4) kompatibel ist, verwendet der Computer nur zwei Lanes (x2). Daraus resultieren maximale Geschwindigkeiten von 2,0 GB/s. Um die größtmögliche Geschwindigkeit zu erreichen, überprüfen Sie, was das Laufwerk und der Computer oder das Motherboard unterstützen.
Kleinere und größere Größen
Eines der Ziele des M.2-Laufwerkdesigns war es, die Gesamtgröße des Speichergeräts zu reduzieren. Dies wurde auf eine von mehreren Arten erreicht. Erstens wurden die Karten schmaler gemacht als im vorherigen mSATA-Formfaktor. M.2-Karten sind 22 mm breit, verglichen mit 30 mm bei mSATA. Die Karten sind mit 30 mm auch kürzer als die 50 mm von mSATA. Der Unterschied besteht darin, dass M.2-Karten größere Längen von bis zu 110 mm unterstützen. Das bedeutet, dass diese Laufwerke größer sein können, was mehr Platz für Chips und damit höhere Kapazitäten bietet.
Neben der Länge und Breite der Karten gibt es die Option für einseitige oder doppelseitige M.2-Platinen. Einseitige Platinen bieten ein dünnes Profil und sind nützlich für ultradünne Laptops. Auf einer doppelseitigen Platine können doppelt so viele Chips auf einer M.2-Platine installiert werden, was größere Speicherkapazitäten ermöglicht. Dies ist nützlich für kompakte Desktop-Anwendungen, bei denen der Platz nicht so kritisch 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 Laptops keine doppelseitigen M.2-Karten verwenden können.
Befehlsmodi
Seit mehr als einem Jahrzehnt macht SATA Speicher zu einer Plug-and-Play-Operation. Dies liegt an der einfachen Schnittstelle und der AHCI (Advanced Host Controller Interface) Befehlsstruktur.
Über AHCI kommunizieren Computer Anweisungen mit Speichergeräten. Es ist in alle modernen Betriebssysteme integriert und erfordert keine Installation zusätzlicher Treiber, wenn neue Laufwerke hinzugefügt werden.
Das AHCI wurde in einer Zeit entwickelt, als Festplatten aufgrund der physikalischen Beschaffenheit der Laufwerksköpfe und -platten nur begrenzt in der Lage waren, Anweisungen zu verarbeiten. Eine einzige Befehlswarteschlange mit 32 Befehlen war ausreichend. Das Problem ist, dass die heutigen Solid-State-Laufwerke viel mehr können, aber immer noch durch die AHCI-Treiber eingeschränkt sind.
Die Befehlsstruktur und die Treiber von NVMe (Non-Volatile Memory Express) wurden entwickelt, um diesen Engpass zu beseitigen und die Leistung zu verbessern. Anstatt eine einzelne Befehlswarteschlange zu verwenden, bietet es bis zu 65.536 Befehlswarteschlangen mit bis zu 65.536 Befehlen pro Warteschlange. Dies ermöglicht eine parallelere Verarbeitung der Lese- und Schreibanforderungen des Speichers, was die Leistung gegenüber der AHCI-Befehlsstruktur steigert.
Das ist zwar großartig, aber es gibt ein kleines Problem. AHCI ist in alle modernen Betriebssysteme integriert, NVMe jedoch nicht. Treiber müssen zusätzlich zu den vorhandenen Betriebssystemen installiert werden, um das Beste aus den Laufwerken herauszuholen. Das ist bei vielen älteren Betriebssystemen ein Problem.
Die M.2-Laufwerksspezifikation erlaubt einen der beiden Modi. Dies erleichtert die Übernahme der neuen Schnittstelle mit bestehenden Computern und Technologien. Da sich die Unterstützung für die NVMe-Befehlsstruktur verbessert, können dieselben Laufwerke mit diesem neuen Befehlsmodus verwendet werden. Das Umsch alten zwischen den beiden Modi erfordert jedoch eine Neuformatierung der Laufwerke.
Verbesserter Stromverbrauch
Ein mobiler Computer hat eine begrenzte Laufzeit, basierend auf der Größe seiner Batterien und der Leistungsaufnahme seiner Komponenten. Solid-State-Laufwerke reduzieren den Energieverbrauch der Speicherkomponente, aber es gibt Raum für Verbesserungen.
Da die M.2-SSD-Schnittstelle Teil der SATA-3.2-Spezifikation ist, enthält sie über die Schnittstelle hinaus weitere Funktionen. Dazu gehört eine neue Funktion namens DevSleep. Da mehr Systeme so konzipiert sind, dass sie beim Schließen oder Aussch alten in einen Schlafmodus wechseln, anstatt sich vollständig auszusch alten, wird der Akku ständig beansprucht, um einige Daten für eine schnelle Wiederherstellung aktiv zu h alten, wenn das Gerät aufgeweckt wird. DevSleep reduziert die von Geräten verbrauchte Energiemenge, indem ein neuer niedriger Energiezustand erstellt wird. Dies sollte die Laufzeit von Computern verlängern, die in den Energiesparmodus versetzt werden.
Probleme beim Booten
Die M.2-Schnittstelle ist ein Fortschritt in der Computerspeicherung und -leistung. Computer müssen den PCI-Express-Bus verwenden, um die beste Leistung zu erzielen. Ansonsten läuft es genauso wie jedes vorhandene SATA 3.0-Laufwerk. Das scheint keine große Sache zu sein, aber es ist ein Problem mit vielen der ersten Motherboards, die diese Funktion nutzen.
SSD-Laufwerke bieten die beste Erfahrung, wenn sie als Root- oder Boot-Laufwerk verwendet werden. Das Problem ist, dass die vorhandene Windows-Software ein Problem mit vielen Laufwerken hat, die vom PCI-Express-Bus und nicht von SATA booten. Das bedeutet, dass ein M.2-Laufwerk mit PCI-Express nicht das primäre Laufwerk ist, auf dem das Betriebssystem oder Programme installiert werden. Das Ergebnis ist ein schnelles Datenlaufwerk, aber nicht das Startlaufwerk.
Nicht alle Computer und Betriebssysteme haben dieses Problem. Beispielsweise hat Apple macOS (oder OS X) entwickelt, um den PCI-Express-Bus für Root-Partitionen zu verwenden. Dies liegt daran, dass Apple seine SSD-Laufwerke im MacBook Air 2013 auf PCI-Express umgestellt hat, bevor die M.2-Spezifikationen fertiggestellt wurden. Microsoft hat Windows 10 aktualisiert, um die neuen PCI-Express- und NVMe-Laufwerke zu unterstützen. Ältere Windows-Versionen funktionieren möglicherweise auch, wenn die Hardware unterstützt wird und externe Treiber installiert sind.
Wie die Verwendung von M.2 andere Funktionen entfernen kann
Ein weiterer Problembereich, insbesondere bei Desktop-Motherboards, betrifft die Verbindung der M.2-Schnittstelle mit dem Rest des Computersystems. Es gibt eine begrenzte Anzahl von PCI-Express-Lanes zwischen dem Prozessor und dem Rest des Computers. Um einen PCI-Express-kompatiblen M.2-Kartensteckplatz zu verwenden, muss der Motherboard-Hersteller diese PCI-Express-Lanes von anderen Komponenten des Systems entfernen.
Wie diese PCI-Express-Lanes zwischen den Geräten auf den Platinen aufgeteilt werden, ist ein wichtiges Anliegen. Einige Hersteller teilen sich beispielsweise die PCI-Express-Lanes mit SATA-Ports. Daher kann die Verwendung des M.2-Laufwerksteckplatzes bis zu vier SATA-Steckplätze verbrauchen. In anderen Fällen kann der M.2 diese Lanes mit anderen PCI-Express-Erweiterungssteckplätzen teilen.
Überprüfen Sie, wie die Platine ausgelegt ist, um sicherzustellen, dass M.2 die potenzielle Verwendung anderer SATA-Festplatten, DVD-Laufwerke, Blu-ray-Laufwerke oder anderer Erweiterungskarten nicht stört.
