Kuinka M.2 SSD tekee tietokoneestasi entistä nopeamman

Kun tietokoneet pienenevät, myös laitteistokomponenttien, kuten tallennusasemien, on pienenettävä. Solid-state-asemien käyttöönotto mahdollisti ohuemmat mallit, kuten Ultrabookit, mutta tämä oli ristiriidassa alan standardin mukaisen SATA-liitännän kanssa. mSATA-liitäntä on suunniteltu luomaan ohut profiilikortti, joka voi kommunikoida SATA-liitännän kanssa. Uusi ongelma syntyi, kun SATA 3.0 -standardit rajoittivat SSD-levyjen suorituskykyä. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi oli kehitettävä uudenlainen kompakti korttiliittymä. Alun perin NGFF-nimellä (Next Generation Form Factor) kutsuttu uusi liitäntä on standardoitu M.2-asemaliitännässä SATA-version 3.2 määritysten mukaisesti.

Suuremmat nopeudet

Vaikka koko on tärkeä tekijä liitäntää kehitettäessä, aseman nopeus on yhtä tärkeä. SATA 3.0:n tekniset tiedot rajoittivat SSD-levyn todellisen kaistanleveyden asemarajapinnassa noin 600 Mt/s, mikä on se, mitä monet asemat ovat saavuttaneet. SATA 3.2 -määritykset esittelivät uuden yhdistetyn lähestymistavan M.2-liitäntään, aivan kuten SATA Express. Pohjimmiltaan uusi M.2-kortti voi käyttää olemassa olevia SATA 3.0 -määrityksiä ja olla rajoitettu 600 Mt/s. Tai se voi käyttää PCI-Expressiä, joka tarjoaa 1 Gt/s kaistanleveyden nykyisten PCI-Express 3.0 -standardien mukaisesti. Tämä 1 Gt/s nopeus on yhdelle PCI-Express-kaistalle, mutta on mahdollista käyttää useita kaistaa. M.2 SSD -spesifikaatiossa voidaan käyttää jopa neljää kaistaa. Kahden kaistan käyttö tuottaisi teoriassa 2,0 Gt/s, kun taas neljä kaistaa antaisi jopa 4,0 Gt/s. PCI-Express 4.0:n lopullisen julkaisun myötä nämä nopeudet kaksinkertaistuivat. PCI-Express 5.0:n julkaisu vuonna 2017 nosti kaistanleveyden 32 GT/s:iin ja 63 Gt/s 16-kaistaisessa kokoonpanossa. PCI-Express 6.0:ssa (2019) kaistanleveys kaksinkertaistui 64 GT/s, mikä sallii 126 Gt/s kumpaankin suuntaan.

Pienempiä ja isompia kokoja

Yksi M.2-aseman suunnittelun tavoitteista oli pienentää tallennuslaitteen kokonaiskokoa. Tämä saavutettiin monella tapaa. Ensinnäkin kortit on tehty kapeammiksi kuin edellisessä mSATA-muodossa. M.2-kortit ovat 22 mm leveitä verrattuna 30 mm:n mSATA:hin. Kortit ovat myös lyhyempiä, 30 mm:n pituisia, verrattuna mSATA:n 50 mm:iin. Erona on, että M.2-kortit tukevat pidempiä, jopa 110 mm:n pituuksia. Tämä tarkoittaa, että nämä asemat voivat olla suurempia, mikä tarjoaa enemmän tilaa siruille ja siten suuremman kapasiteetin.

Komentotilat

Yli vuosikymmenen ajan SATA on muuttanut tallennustilan plug and play -toiminnoksi. Tämä johtuu sen yksinkertaisesta käyttöliittymästä ja AHCI (Advanced Host Controller Interface) -komentorakenteesta. AHCI on tapa, jolla tietokoneet välittävät ohjeita tallennuslaitteiden kanssa. Se on sisäänrakennettu kaikkiin nykyaikaisiin käyttöjärjestelmiin, eikä uusia ohjaimia tarvitse asentaa uusia asemia lisättäessä. AHCI kehitettiin aikakaudella, jolloin kiintolevyillä oli rajoitettu kyky käsitellä ohjeita asemapäiden ja levyjen fyysisen luonteen vuoksi. Yksi komentojono, jossa oli 32 komentoa, riitti. Ongelmana on, että nykyiset solid-state-asemat tekevät paljon enemmän, mutta silti AHCI-ohjaimet rajoittavat niitä.

Parempi virrankulutus

Mobiilitietokoneella on rajoitettu käyttöaika akkujen koon ja komponenttien kuluttaman virran mukaan. Solid-state-asemat vähentävät tallennuskomponentin virrankulutusta, mutta parantamisen varaa on. Koska M.2 SSD -liitäntä on osa SATA 3.2 -spesifikaatiota, se sisältää erilaisia ​​toimintoja kuin liitäntä. Tämä sisältää uuden ominaisuuden nimeltä DevSleep. Koska useammat järjestelmät on suunniteltu siirtymään lepotilaan, kun ne suljetaan tai sammutetaan, sen sijaan, että ne sammuvat kokonaan, akkua kuormitetaan jatkuvasti, jotta osa tiedoista pysyy aktiivisina nopeaa palautumista varten, kun laite herättää. DevSleep vähentää laitteiden käyttämää tehoa luomalla uuden, alhaisemman tehon tilan. Tämän pitäisi pidentää lepotilaan asetettujen tietokoneiden käyttöaikaa.

Ongelmia käynnistyksessä

M.2-liitäntä on edistysaskel tietokoneen tallennus- ja suorituskyvyssä. Tietokoneiden on käytettävä PCI-Express-väylää parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi. Muuten se toimii samalla tavalla kuin mikä tahansa olemassa oleva SATA 3.0 -asema. Tämä ei vaikuta isolta jutulta, mutta monien varhaisten emolevyjen ongelmana on hyödyntää ominaisuutta. SSD-asemat tarjoavat parhaan kokemuksen, kun niitä käytetään pää- tai käynnistysasemana. Ongelmana on, että olemassa olevalla Windows-ohjelmistolla on ongelma monien asemien käynnistämisessä PCI-Express-väylältä SATA:n sijaan. Tämä tarkoittaa, että M.2-asema, jossa on PCI-Express, ei ole ensisijainen asema, johon käyttöjärjestelmä tai ohjelmat on asennettu. Tuloksena on nopea datalevy, mutta ei käynnistyslevyke. Kaikissa tietokoneissa ja käyttöjärjestelmissä ei ole tätä ongelmaa. Esimerkiksi Apple kehitti macOS:n (tai OS X:n) käyttämään PCI-Express-väylää juuriosioille. Tämä johtuu siitä, että Apple vaihtoi SSD-asemansa vuoden 2013 MacBook Airissa PCI-Expressiin – ennen kuin M.2:n tekniset tiedot valmistuivat. Microsoft on päivittänyt Windows 10:n tukemaan uusia PCI-Express- ja NVMe-asemia. Myös Windowsin vanhemmat versiot voivat toimia, jos laitteistoa tuetaan ja ulkoiset ohjaimet on asennettu.

Kuinka M.2:n käyttäminen voi poistaa muita ominaisuuksia

Toinen huolenaihe, erityisesti pöytäkoneiden emolevyjen kohdalla, liittyy tapaan, jolla M.2-liitäntä on kytketty muuhun tietokonejärjestelmään. Prosessorin ja muun tietokoneen välillä on rajoitettu määrä PCI-Express-kaistoja. PCI-Express-yhteensopivan M.2-korttipaikan käyttämiseksi emolevyn valmistajan on siirrettävä nämä PCI-Express-kaistat pois järjestelmän muista osista. Se, kuinka nämä PCI-Express-kaistat jakautuvat levyillä olevien laitteiden kesken, on suuri huolenaihe. Esimerkiksi jotkut valmistajat jakavat PCI-Express-kaistat SATA-porttien kanssa. Näin ollen M.2-asemapaikan käyttäminen voi kuluttaa enemmän kuin neljä SATA-paikkaa. Muissa tapauksissa M.2 voi jakaa nämä kaistat muiden PCI-Express-laajennuspaikkojen kanssa. Tarkista, miten kortti on suunniteltu varmistamaan, että M.2 ei häiritse muiden SATA-kiintolevyjen, DVD-asemien, Blu-ray-asemien tai muiden laajennuskorttien mahdollista käyttöä.