На сколько быстрее станет компьютер с интерфейсом SSD M.2?

Компьютеры, особенно ноутбуки, продолжают уменьшаться, такие компоненты, как дисковые накопители, также должны были уменьшаться. С появлением твердотельных накопителей стало немного проще размещать их в более тонких конструкциях, таких как ультрабуки, но тогда проблема продолжала использовать стандартный интерфейс SATA. В конечном итоге интерфейс mSATA был разработан для создания тонкой профильной карты, которая могла бы взаимодействовать с интерфейсом SATA.

Проблема в том, что стандарты SATA 3.0 ограничивают производительность SSD. Чтобы исправить эти проблемы, необходимо разработать новую форму интерфейса компактной карты. Первоначально названный NGFF (форм-фактор следующего поколения), новый интерфейс наконец-то был стандартизирован в новый интерфейс привода M.2 в соответствии со спецификациями SATA версии 3.2.

Быстрая скорость интерфейса

Размер, конечно же, является одним из факторов, влияющих на разработку нового интерфейса, но скорость накопителей также важна. Спецификации SATA 3.0 ограничивали реальную пропускную способность SSD на интерфейсе накопителя до 600 МБ/с, чего сейчас достигли многие накопители. Спецификации SATA 3.2 представили новый смешанный подход для M.2, как это было с SATA Express. По сути, новая карта M.2 может использовать либо существующие спецификации SATA 3.0 с ограничением 600 МБ/с, либо вместо этого она может выбрать использование PCI-Express, это обеспечивает пропускную способность 1 ГБ/с в соответствии с текущими стандартами PCI-Express 3.0. Теперь эта скорость составляет 1 ГБ/с для одной полосы PCI-Express. Можно использовать несколько полос, и в соответствии со спецификацией SSD M.2 можно использовать до четырех полос. Использование двух линий обеспечит 2,0 ГБ/с, а четыре полосы - до 4,0 ГБ/с. С выходом PCI-Express 4.0 эти скорости удвоятся.

Сейчас не все системы собираются достичь этих скоростей. Привод и интерфейс M.2 на компьютере должны быть настроены в одном и том же режиме. Интерфейс M.2 предназначен для использования либо унаследованного режима SATA, либо более новых режимов PCI-Express, но привод сам выбирает, какой из них использовать. Например, диск M.2, разработанный с унаследованным режимом SATA, будет ограничен этой скоростью 600 МБ/с. Теперь накопитель M.2 может быть совместим с PCI-Express до 4 дорожек (x4), но компьютер использует только две дорожки (x2). Это приведет к максимальной скорости всего 2,0 ГБ/с. Таким образом, чтобы получить максимально возможную скорость, вам необходимо проверить, что поддерживает накопитель и компьютер или материнская плата.

Можете прочитать подробнее про типы материнских плат.

Маленькие и большие размеры карт

Одной из целей конструкции накопителя M.2 было уменьшение общего размера запоминающего устройства. Это достигается одним из нескольких способов. Во-первых, они сделали карты уже, чем предыдущий форм-фактор mSATA. Карты M.2 имеют ширину всего 22 мм по сравнению с 30 мм mSATA. Карты также могут быть закорочены до 30 мм в длину по сравнению с 50 мм mSATA. Разница в том, что карты M.2 также поддерживают более длинный размер до 110 мм, что означает, что она может быть больше, что обеспечивает больше места для чипов и, следовательно, более высокую емкость.

В дополнение к длине и ширине карточек, существует также опция для односторонних или двусторонних плат M.2. Почему две разные толщины? Ну, односторонние платы обеспечивают очень тонкий профиль и полезны для ультратонких ноутбуков. С другой стороны, двухсторонняя плата позволяет устанавливать вдвое больше микросхем на плате M.2 для увеличения емкости хранилища, что полезно для компактных настольных приложений, где пространство не так критично. Проблема заключается в том, что вам необходимо знать, какой тип разъема M.2 находится на компьютере, помимо места для длины карты. Большинство ноутбуков будут использовать только односторонний разъем, что означает, что они не могут использовать двусторонние карты M.2.

Командные режимы контроллера

Уже более десяти лет SATA создает хранилища для компьютеров «включай и работай». Это благодаря очень простому в использовании интерфейсу, а также благодаря структуре команд AHCI (Advanced Host Controller Interface). Это способ, которым компьютер может передавать инструкции с запоминающими устройствами. Он встроен во все современные операционные системы и поэтому не требует установки дополнительных драйверов в операционную систему при добавлении новых дисков. Он отлично работал, но был разработан в эпоху жестких дисков, у которых была ограниченная способность обрабатывать инструкции из-за физической природы головок дисков и пластин. Одной очереди команд с 32 командами было достаточно. Проблема в том, что твердотельные накопители могут делать гораздо больше, но ограничены драйверами AHCI.

Чтобы устранить это узкое место и повысить производительность, была разработана структура команд и драйверов NVMe (энергонезависимая память) в качестве средства устранения этой проблемы для твердотельных накопителей. Вместо того, чтобы использовать одну очередь команд, он обеспечивает до 65.536 командных очередей с до 65.536 команд на очередь. Это позволяет более параллельно обрабатывать запросы на чтение и запись в хранилище, что поможет повысить производительность по сравнению со структурой команд AHCI.

Хотя это замечательно, есть небольшая проблема. AHCI встроен во все современные операционные системы, но NVMe - нет. Чтобы максимально использовать потенциал накопителей, драйверы должны быть установлены поверх существующих операционных систем, чтобы использовать этот новый командный режим. Это проблема для многих людей в старых операционных системах. К счастью, спецификация привода M.2 позволяет использовать любой из двух режимов. Это облегчает адаптацию нового интерфейса к существующим компьютерам и технологиям благодаря использованию структуры команд AHCI. Затем, когда поддержка программной структуры NVMe улучшается в программном обеспечении, те же диски можно использовать в этом новом командном режиме. Просто имейте в виду, что переключение между двумя режимами потребует переформатирования дисков.

Улучшенное энергопотребление интерфейса

Мобильные компьютеры имеют ограниченное время работы в зависимости от размера их батарей и мощности, потребляемой различными компонентами. Твердотельные накопители позволили значительно снизить энергопотребление компонента хранения, благодаря чему они продлили срок службы батареи, но есть возможности для улучшения. Поскольку интерфейс SSD M.2 является частью спецификаций SATA 3.2, он также включает в себя некоторые другие функции, помимо интерфейса. Это включает в себя новую функцию под названием DevSleep.

Поскольку все больше и больше систем предназначены для перехода в спящий режим при закрытом или выключенном состоянии, а не при полном отключении питания, батарея постоянно потребляет энергию, чтобы некоторые данные оставались активными для быстрого восстановления при пробуждении устройств. DevSleep уменьшает количество энергии, используемой такими устройствами, как твердотельные накопители M.2, создавая новое состояние с более низким энергопотреблением. Это должно помочь продлить время работы тех систем, которые переведены в спящий режим, а не выключены между использованиями.

Уменьшает проблемы с загрузкой компьютера

Интерфейс M.2 является отличным дополнением к хранилищу компьютеров и возможностью повысить производительность наших компьютеров. Есть небольшая проблема с ранним внедрением этого все же. Чтобы получить максимальную производительность от нового интерфейса, компьютер должен использовать шину PCI-Express, в противном случае он работает так же, как любой существующий диск SATA 3.0. Это не кажется большой проблемой, но на самом деле это проблема многих из первых нескольких материнских плат, которые используют эту функцию. SSD-накопители обеспечивают наилучшую работу, когда они используются в качестве корневого или загрузочного диска. Проблема в том, что в существующем программном обеспечении Windows есть проблема со многими загрузочными дисками с шины PCI-Express, а не с SATA. Это означает, что использование диска M.2 с использованием PCI-Express при быстром режиме не будет основным диском, на котором установлена ​​операционная система или программы.

Не все компьютеры и операционные системы имеют эту проблему. Например, Apple разработала OS X для использования шины PCI-Express для корневых разделов. Это связано с тем, что Apple переключила свои SSD-диски на PCI-Express на MacBook Air 2013 года до того, как спецификации M.2 были окончательно оформлены. Microsoft обновила Windows 10 для полной поддержки новых дисков PCI-Express и NVMe, если это возможно и на оборудовании, на котором она работает. Старые версии Windows могут быть в состоянии, если поддерживается оборудование и установлены внешние драйверы.

Как использование M.2 может удалить другие функции

Еще одна проблемная область, особенно для настольных материнских плат относится к тому, как интерфейс M.2 связан с остальной частью системы. Вы видите, что между процессором и остальной частью компьютера имеется ограниченное количество линий PCI-Express. Чтобы использовать совместимый с PCI-Express слот для карт M.2, производитель материнских плат должен отвести эти линии PCI-Express от других компонентов системы.

Как эти линии PCI-Express распределяются между устройствами на платах, представляет собой серьезную проблему. Например, некоторые производители разделяют линии PCI-Express с портами SATA. Таким образом, использование слота M.2 может отнять вверх четыре слота SATA. В других случаях. M.2 может использовать эти линии совместно с другими слотами расширения PCI-Express. Обязательно проверьте, как плата предназначена, чтобы убедиться, используя м.2 не будет мешать возможному использованию других SATA жестких дисков, дисководы DVD или Blu-ray или другие виды дисков компьютера, а также карты расширения.