Jak díky M.2 SSD bude váš počítač ještě rychlejší

Jak se počítače zmenšují, tak musí být i hardwarové komponenty, jako jsou úložné jednotky. Zavedení disků SSD umožnilo použití tenčích desek, jako jsou Ultrabooky, ale toto se střetlo s průmyslovým standardem rozhraní SATA. Rozhraní mSATA bylo navrženo k vytvoření tenké profilové karty, která by mohla komunikovat s rozhraním SATA. Když standardy SATA 3.0 omezily výkon disků SSD, objevil se nový problém. K vyřešení těchto problémů bylo nutné vyvinout novou formu rozhraní kompaktní karty. Nové rozhraní, které se původně nazývalo NGFF (Next Generation Form Factor), bylo standardizováno na rozhraní jednotky M.2 podle specifikací SATA verze 3.2.

Rychlejší rychlosti

Zatímco velikost je faktorem při vývoji rozhraní, rychlost disku je stejně kritická. Specifikace SATA 3.0 omezila skutečnou šířku pásma SSD na rozhraní jednotky na přibližně 600 MB / s, čehož dosáhla řada disků. Specifikace SATA 3.2 představila nový smíšený přístup k rozhraní M.2, jako tomu bylo u SATA Express. Nová karta M.2 v podstatě může využívat stávající specifikace SATA 3.0 a může být omezena na 600 MB / s. Nebo může použít PCI-Express, který poskytuje šířku pásma 1 GB / s podle současných standardů PCI-Express 3.0. Tato rychlost 1 GB / s je pro jeden pruh PCI-Express, ale je možné použít více pruhů. Podle specifikace M.2 SSD lze použít až čtyři pruhy. Použití dvou pruhů by teoreticky poskytlo 2,0 GB / s, zatímco čtyři pruhy by poskytly až 4,0 GB / s. S případným vydáním PCI-Express 4.0 by se tyto rychlosti zdvojnásobily. Vydání PCI-Express 5.0 v roce 2017 zaznamenalo zvýšení šířky pásma na 32 GT / s, přičemž v 16proudové konfiguraci bylo 63 GB / s. PCI-Express 6.0 (2019) zaznamenal další zdvojnásobení šířky pásma na 64 GT / s, což umožnilo 126 GB / s v každém směru.

Ne všechny systémy dosahují těchto rychlostí. Jednotka M.2 a rozhraní musí být nastaveny ve stejném režimu. Rozhraní M.2 používá buď starší režim SATA, nebo novější režimy PCI-Express. Jednotka vybere, kterou z nich použít. Například jednotka M.2 navržená se starším režimem SATA je omezena na 600 MB / s. Zatímco jednotka M.2 je kompatibilní s PCI-Express až se čtyřmi pruhy (x4), počítač používá pouze dva pruhy (x2). Výsledkem jsou maximální rychlosti 2,0 GB / s. Chcete-li dosáhnout maximální možné rychlosti, zkontrolujte, co podporuje jednotka a počítač nebo základní deska.

Menší a větší velikosti

Jedním z cílů designu disků M.2 bylo zmenšit celkovou velikost úložného zařízení. Toho bylo dosaženo jedním z několika způsobů. Nejprve byly karty vyrobeny užší než v předchozím mSATA formátu. Karty M.2 jsou široké 22 mm, ve srovnání s 30 mm mSATA. Karty jsou také kratší na délku 30 mm, ve srovnání s 50 mm mSATA. Rozdíl je v tom, že karty M.2 podporují delší délky až 110 mm. To znamená, že tyto disky mohou být větší, což poskytuje více prostoru pro čipy, a tím i vyšší kapacity.

Kromě délky a šířky karet je k dispozici možnost pro jednostranné nebo oboustranné desky M.2. Jednostranné desky poskytují tenký profil a jsou užitečné pro ultratenké notebooky. Oboustranná deska umožňuje na desku M.2 nainstalovat dvakrát tolik čipů, což umožňuje větší kapacitu úložiště. To je užitečné pro kompaktní desktopové aplikace, kde prostor není tak důležitý. Problém je v tom, že si musíte uvědomit, jaký druh konektoru M.2 je v počítači, kromě prostoru pro délku karty. Většina notebooků používá pouze jednostranný konektor, což znamená, že notebooky nemohou používat oboustranné karty M.2.

Příkazové režimy

SATA již více než deset let učinila z úložiště operaci plug-and-play. Důvodem je jednoduché rozhraní a struktura příkazů AHCI (Advanced Host Controller Interface). AHCI je způsob, jakým počítače komunikují pokyny s paměťovými zařízeními. Je integrován do všech moderních operačních systémů a při přidávání nových jednotek nevyžaduje instalaci dalších ovladačů. AHCI byl vyvinut v době, kdy pevné disky měly omezenou schopnost zpracovávat instrukce kvůli fyzické povaze hlav jednotek a talířů. Postačovala jediná fronta příkazů s 32 příkazy. Problém je v tom, že dnešní pevné disky dokážou mnohem víc, ale jsou stále omezeny ovladači AHCI.

Aby se odstranilo toto úzké místo a zlepšil výkon, byla vyvinuta příkazová struktura a ovladače NVMe (Non-Volatile Memory Express). Spíše než použít jednu frontu příkazů poskytuje až 65 536 příkazových front, přičemž na frontu může být až 65 536 příkazů. To umožňuje více paralelního zpracování požadavků na čtení a zápis do úložiště, což zvyšuje výkon nad strukturou příkazů AHCI. I když je to skvělé, je tu trochu problém. AHCI je zabudováno do všech moderních operačních systémů, ale NVMe není. Ovladače musí být nainstalovány nad stávající operační systémy, aby bylo možné jednotky co nejlépe využít. To je problém mnoha starších operačních systémů. Specifikace pohonu M.2 umožňuje jeden ze dvou režimů. Díky tomu je přijetí nového rozhraní snazší u stávajících počítačů a technologií. Protože se zlepšuje struktura příkazů NVMe, lze v tomto novém příkazovém režimu použít stejné disky. Přepínání mezi těmito dvěma režimy však vyžaduje přeformátování disků.

Vylepšená spotřeba energie

Mobilní počítač má omezenou dobu provozu na základě velikosti jeho baterií a výkonu odebíraného jeho komponentami. Polovodičové disky snižují spotřebu energie úložné komponenty, ale je zde prostor pro zlepšení. Protože rozhraní M.2 SSD je součástí specifikace SATA 3.2, obsahuje mimo rozhraní i další funkce. To zahrnuje novou funkci nazvanou DevSleep. Jelikož je více systémů navrženo tak, aby přejely do režimu spánku, když jsou zavřené nebo vypnuté, spíše než úplné vypnutí, dochází k neustálému odběru baterie, aby byla některá data aktivní pro rychlou obnovu po probuzení zařízení. DevSleep snižuje množství energie spotřebované zařízeními vytvořením nového stavu nižší spotřeby. To by mělo prodloužit dobu provozu počítačů, které jsou uvedeny do režimu spánku.

Problémy se zaváděním

Rozhraní M.2 představuje pokrok v ukládání a výkonu počítače. Pro dosažení nejlepšího výkonu musí počítače používat sběrnici PCI-Express. Jinak běží stejně jako jakýkoli existující disk SATA 3.0. To se nejeví jako velký problém, ale u mnoha prvních základních desek je problém tuto funkci využívat. Jednotky SSD nabízejí nejlepší zážitek při použití jako kořenová nebo spouštěcí jednotka. Problém je v tom, že stávající software Windows má problém s mnoha disky, které se zavádějí ze sběrnice PCI-Express, nikoli ze SATA. To znamená, že mít disk M.2 pomocí PCI-Express nebude primární disk, kde je nainstalován operační systém nebo programy. Výsledkem je rychlá datová jednotka, nikoli však zaváděcí jednotka. Ne všechny počítače a operační systémy mají tento problém. Například Apple vyvinul macOS (nebo OS X) pro použití sběrnice PCI-Express pro kořenové oddíly. Je to proto, že Apple v MacBooku Air z roku 2013 přepnul své disky SSD na PCI-Express – před dokončením specifikací M.2. Společnost Microsoft aktualizovala systém Windows 10, aby podporovala nové jednotky PCI-Express a NVMe. Starší verze systému Windows mohou také fungovat, pokud je podporován hardware a jsou nainstalovány externí ovladače.

Jak lze pomocí M.2 odebrat další funkce

Další oblast zájmu, zejména u základních desek pro stolní počítače, se týká způsobu připojení rozhraní M.2 ke zbytku počítačového systému. Mezi procesorem a zbytkem počítače je omezený počet linek PCI-Express. Chcete-li použít slot M.2 karty kompatibilní s PCI-Express, musí výrobce základní desky odebrat tyto pruhy PCI-Express od ostatních komponent v systému. Hlavním problémem je, jak jsou tyto pruhy PCI-Express rozděleny mezi zařízení na deskách. Někteří výrobci například sdílejí pruhy PCI-Express s porty SATA. Používání slotu pro jednotku M.2 může tedy spotřebovat až čtyři SATA sloty. V ostatních případech může M.2 tyto pruhy sdílet s jinými rozšiřujícími sloty PCI-Express. Zkontrolujte, jak je deska navržena, abyste se ujistili, že M.2 nebude rušit potenciální použití jiných pevných disků SATA, DVD, Blu-ray nebo jiných rozšiřujících karet.