Является ли M.2 принцем SSD форм-факторов? / Habr

В моем переводе статьи про форм-факторы SSD рассказывалось про то, как развивались разнообразные решения в области твердотельных дисков. Если говорить коротко, был затронут и формат M.2, который на самом деле заслуживает более пристального рассмотрения. Недавно в блоге компании LSI вышла вторая часть статьи, проливающая свет на данный вопрос. Предлагаю вашему вниманию ее перевод.

История

Несколько лет назад некоммерческая организация PCI Special Interest Group (PCI-SIG) в партнерстве с The Serial ATA International Organization (SATA-IO) начали разработку стандарта, объединяющего идеи Mini-PCIe и mSATA, именно эти два стандарта были призваны заменить инновационный M.2. Новая плата и коннектор должны были использоваться для множества периферии, WiFi, WWAN, PCIe, GPS, NFC и SATA с SSD, поддерживающих как PCIe, так и SATA-интерфейсы. Группы задались целью создать более узкий коннектор, предлагающий более высокие скорости, малую толщину карты и переменную длину карт расширения для поддержки очень маленьких компьютеров и ноутбуков.

Новый формат также должен был поддерживать микро-сервера и подобные системы высокой плотности, позволяя установить десятки карт M.2. Уникальные пропилы на коннекторе, также называемые «ключами», должны помочь различить широкий диапазон продуктов, использующих коннектор M.2 и защитить от подключения несовместимых устройств в неподходящие разъемы.

Переименование

Изначально форм-фактор M.2 должен был называться «Форм Фактор Следующего Поколения» (Next Generation Form Factor или сокращенно NGFF). В это время PCI SIG уже разрабатывала спецификацию, носившую такую аббревиатуру, поэтому, чтоб избежать путаницы, новая разработка была переименована в M.2. Название приживалось не быстро, поэтому во многих статьях эти решения называются «M.2, ранее известная как NGFF».

Ключи

В мире коннекторов и сокетов «ключи» помогают избежать подключения несовместимого оборудования, а также защитить от неправильного подключения (например, неправильной стороной). Спецификация M.2 определяет 11 конфигураций ключей, 7 из которых зарезервированы для использования в будущем. Гнезда всегда должны иметь один ключевой выступ, в то время как карты расширения могут иметь множество ключевых пропилов, если они совместимы одновременно с несколькими разными гнездами. Из 4 задействованных сейчас ключей, 2 используются для SSD. Ключ с идентификатором B (пины 12-19) дает PCIe SSD до двух линий передачи данных, а ключ с идентификатором M (пины 59-66) дает четыре линии. Оба варианта также могут поддерживать SATA-устройства. Все варианты размещения ключей уникальны, поэтому подключить карту вверх ногами не получится.

К сожалению, одних только ключей недостаточно для того, чтоб сообщить пользователю достаточно про SSD и помочь правильно выбрать устройство для апгрейда/замены. Например, компьютер с сокетом M.2 для PCIe x2 использует ключ B, что не позволяет подключить карту с PCIe x4 (ключ M). Но при этом карта SATA M.2 с ключом B может быть спокойно подключена, несмотря на то, что компьютер не распознает SATA-команды, поступающие через сокет PCIe M.2. Из-за этой несовместимости сигналов пользователям необходимо внимательно изучить дополнительные данные, которые либо напечатаны на сокете, либо указываются в инструкции, чтобы понять, является ли сокет SATA или PCIe.

Длина и высота

Контакты разъема M.2 отличаются повышенной плотностью по сравнению с предыдущими стандартами. Это позволяет сделать плату уже, а, следовательно, открывает путь для более тонких и легких мобильных компьютеров. Более того, спецификация M.2 описывает модули с компонентами, размещенными только на одной стороне платы, оставляя достаточно места для других компонентов между материнской платой и самой картой расширения. Количество чипов флэш-памяти, используемых SSD, варьируется в зависимости от объемов накопителя, таким образом, для дисков небольшого размера можно делать более короткие платы, оставляя достаточно места для других компонентов мобильной системы.

Что в имени твоем

Когда я слышу, как люди называют данную спецификацию «M.2, ранее известная как NGFF», я невольно вспоминаю про историю с музыкантом Принсом, который сменил собственный псевдоним на непроизносимый символ, и все вынуждены были называть его «артист, ранее известный как Принс». В том случае, я думаю, это было сделано ради лишней пиар-шумихи.

В случае с переименованием NGFF в M.2, я сомневаюсь что цель была такой же. Фактически, я уверен, что основной идеей переименования было упрощение брендирования за счет удаления второго имени для той же спецификации. Хотя не имеет значения, как мы будем называть этот новый форм-фактор, он прямо-таки создан для процветания и в мобильных компьютерах, и на рынке серверов высокой плотности.

ASRock раскрыла особенности матплаты с Ultra M.2

Начало этой недели ознаменовалось анонсами целого ряда материнских плат на базе набора микросхем Intel Z97 Express. Одна только компания MSI представила почти 30 таких плат на любой вкус, цвет и кошелёк. А вот другая тайваньская компания, ASRock решила взять не количеством, а качеством.

О модели Z97 Extreme6 мы писали ещё в конце апреля, но от внимания ускользнуло ключевое отличие новинки — интерфейс Ultra M.2 PCIe Gen3 x4, который по пропускной способности вдвое опережает предыдущее поколение. Как утверждает компания, ей впервые в отрасли удалось расширить полосу интерфейса M.2 до четырёх линий, тем самым ощутимо увеличив его производительность. В традиционных платах сигнал с интерфейса M.2 проходит через чипсет, после чего достигает процессора. ASRock в своём решении предлагает направлять сигнал непосредственно в CPU, что снижает задержку, а также выводит скорость ввода-вывода на новый уровень.

Теоретическая пропускная способность Ultra M.2 составляет 32 Гбит/с, что в 6 раз быстрее PCIe x1 M.2 и в 3 раза быстрее PCIe x2 M.2. Накопитель Samsung XP941 с интерфейсом PCIe x4 M.2 при установке в гнездо Ultra M.2 показал скорость передачи данных 1,16 Гбайт/с, что на 46% выше при установке в гнездо PCIe x2 M.2. Кроме того, на новом гнезде был протестирован также SSD с интерфейсом PCIe x2 M.2. Благодаря прямому соединению устройства с процессором, скорость чтения в данном случае увеличилась на 8,8%.

Также новинка имеет множество других достоинств, в частности, поддержку технологии ASRock Super Alloy, систему качественного звучания Purity Sound 2, 12-фазную подсистему питания процессора, два сетевых Ethernet-контроллера, интерфейс SATA Express и целый ряд фирменных технологий.

К сожалению, цену устройства производитель до сих пор не уточнил.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Интерфейс NVMe и разъемы M.2 и U.2

NVM Express  — спецификация на протоколы доступа к твердотельным накопителям (SSD), подключённым по шине PCI Express. «NVM» в названии спецификации обозначает энергонезависимую память, в качестве которой в SSD повсеместно используется флеш-память типа NAND.

 

Интерфейс NVMe – это именно интерфейс. В виде разъемов он может существовать как:

• PCI-e как диск SSD
• PCI-e как переходник для разъемов M.2 (как на фото выше)
• собственно разъем M.2 на материнской плате
• разъем U.2 на материнской плате

 

NVMe (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification) — логический интерфейс, намного более быстрый чем SATA (фактически замена SATA) и специально разработанный для доступа к твердотельным накопителям через разъемы M.2 (для бытовых ПК) и U.2 (в основном для серверов)

ВАЖНО. NVMe изначально не работает в Windows 7!

Интегрированный NVMe драйвер появился только с версии Windows 8.1 Необходимы апдейты KB2990941, KB3087873, KB2550978  или фирменные драйверы определенных производителей. И да, этих обновлений теперь нет на сайте Microsoft – стимуляция переходить на Windows 10.

Вот тут есть решение https://forums.tomshardware.com/threads/ssd-not-being-detected-in-win-7.3382115/

Установка Windows 7 на NVMe накопитель – нужен админский бубен. Самый простой вариант – устанавливаем на SATA диск, добавляем аптейты (или драйвера от производителя SSD) и клонируем на NVMe диск.

M.2 – ранее известный как Next Generation Form Factor – является более компактной реализацией SATA Express (предоставляет поддержку шин PCI Express 3.0 и SATA 3.0 – т.е. М.2 это название разъема, а не интерфейса), используется для SSD с высокопроизводительным драйвером NVMe, созданным для работы с быстрыми флеш-накопителями.

SSD представляет собой просто плату с микросхемами, которая втыкается в разъем на материнской плате и прижимается винтиком с другой стороны.

ВАЖНО: M.2 – это разъем, а не протокол обмена. Там, внутри может быть как SATA3, так и NVME

U.2 – разъем, он же MINI-SAS – почти. Разъем подозрительно похожий, пусть и с другими цифрами — SFF-8639 вместо SFF-8482. Разъём SFF-8639 обратно совместим с SFF-8482, бэкплейн с разъёмом SFF-8639 при подключении к нему соответствующего контроллера поддерживает подключение накопителей с интерфейсами SATA и SAS.

Каждый разъем U.2 может использовать четыре линии PCI-E 3.0, то есть максимальная скорость передачи может достигать 4 ГБ/с.

Сила линий PCI-E не давала покоя производителям накопителей, однако количество PCI-E слотов на материнских платах (серверных и десктопных) конечно, и занимать все слоты, что есть в 1U корпусе только накопителями просто преступно. Форм-фактор U.2 не занимает слоты расширения, а устанавливается на место обычных накопителей.

Все накопители U.2 поддерживают горячую замену, что также крайне сложно осуществить с PCI-E диском.

Вот такой кабель, для которого есть разъем и на плате и на SSD (в формате “кирпичика”, как и для SATA – не перепутайте)

Конечно, существуют варианты переходников с разъемов PCI-E

Разъемы M.2, U.2 и интерфейс NVMe

И какая разница — M.2 или U.2?

Напомню, что SATA (самый обычный и привычный) имеет максимальную пропускную способность — 6  ГБ/с. С учетом всяких погрешностей и передачи служебных данных — остается около 550-560 МБ/с, а это и есть предел по скорости для современных потребительских накопителей. Поскольку SATA не использует линии PCI-E скорость работы существенно ниже, чем у NVMe.

Вот тут подробнее – читать.

Сравнение скоростей интерфейса NVMe (в зависимости от версии PCI-E) и SATA3

Т.е. если мы хотим быстрый SSD на старых платформах – нужно искать материнскую плату с двумя разъемами PCI-E x16:

• в один слот видеокарта х16
• во второй слот переходник PCI-E-M.2 на х8 (и сам диск и переходник)

 

Да, старые БИОС не умеют загружаться с PCI-E, но это можно обойти. Есть такая полезная вещь, как эмулятор EFI, устанавливается на флешку.

И бинго – сначала стартует BIOS, потом загрузка переключается на флешку, флешка эмулирует UEFI, а уже UEFI перебрасывает загрузку на диск PCI-E.

Вот тут можно почитать www.habr.com/ru/company/kaspersky/blog/440252/

 

Еще почитать:

Диски

Дисковые системы внутри ПК. Самые разные: HDD, SSD и  даже RAM-диск. А вот и сам герой — IBM 3340 от 1973 года Да, он помещался в двух шкафчиках высотой около 1 м. Кстати, он был еще и на колёсиках — его можно было перемещать по машинному залу (моби…

AHCI — как включить?

AHCI, как его запустить и настроить Advanced Host Controller Interface (AHCI)  — механизм, используемый для подключения накопителей информации по протоколу Serial ATA, позволяющий пользоваться расширенными функциями, такими, как встроенная очерёднос…

RAM диск

Самое «узкое» место в современном ПК — это диск. Значит, надо подумать, что с диска перенести в область, где это будет работать быстрее. Выход есть — RAM-диск (как его создать ). Быстродействие оперативной памяти примерно на порядок больше, чем S…

Интерфейсы PATA, IDE и SCSI

PATA  — Parallel Advanced Technology Attachment — параллельный интерфейс подключения накопителей, фактически другое название для IDE   ATA  — Advanced Technology Attachment — интерфейс подключения накопителей ATAPI  — Advanced Technology…

Интерфейсы SAS и SATA

SATA и SAS — продолжение развития линеек IDE (desktop) и SCSI (server) формате последовательного протокола, т.е. serial вместо PATA. Хорошо видно похожесть разъемов. И да — диск SATA можно подключить к разъему SAS. Несмотря на разные протоколы…

Массивы RAID

Что такое RAID?             Еще почитать:

Программы для работы с разделами диска

Непростой выбор программы для работы с разделами диска И в чем тут проблема? Полно программ, есть бесплатные версии — выбирай. Ага — как показал опыт, не все программы делают то, что просит от них пользователь… Однако. Что мы хотим от пр…

Разметка диска MBR или GPT

Сначала про разделы на диске MBR и GPT — это не разделы. Это способ образования разделов на диске, тип MBR/GPT относится в целом к диску. Вот хорошая статья на Хабре Изучаем структуры MBR и GPT MBR  (MASTER BOOT RECORD) главная за…

Системный номер раздела диска UUID / GUID / serial number

На чистом диске нет никаких разделов и соответственно нет никаких номеров раздела. В чем отличие UUID от GUID UUID (Universally unique identifier «универсальный уникальный идентификатор») — UUID представляет собой 16-байтный (128-битный) номер. В каноническ…

Функция TRIM

TRIM  (англ. to trim — подрезать) — команда интерфейса ATA, позволяющая операционной системе уведомить твердотельный накопитель о том, какие блоки данных уже не содержатся в файловой системе и могут быть использованы накопителем для физического удаления. …

Тестирование переходника PCI-E x4 to M.2. Расширяем функционал материнской платы.

Всем приветы! Рассмотрим сегодня и попробуем в действии переходник PCI-E —> M.2. С помощью данного переходника можно подключить NVME SSD накопитель с разъемом M.2, которого на материнской плате нет. M.2 сам по себе удобный разъем, позволяет убрать пару ненужных проводов, при подключении SSD, поэтому его наличие это плюс, ведь многим встречались проблемы с плозими шлейфами. Поэтому, если материнская плата такого разъема не имеет, но есть лишний PCI-E, но почему бы извернулся и не добавить M.2? Встречаем, переходник PCI-E x4 to M.2! Погнали!

Переходник шел примерно 2-2,5 недели. В почтовом пакете был пакет антистатический:

Внутри пакета нас ждет плата/переходник:

Вставить данную плату можно в разъем PCI-E x4, x8, x16, но выделено только 4 линии, т.е. толку от подключения в более полный разъем нет. В плату можно установить и закрепить накопители M.2 22хх
с длиной 30, 42, 60, 80. 110 я думаю можно приколхозить и притянуть резинкой или хомутом пластиковым.

Есть 4 вырвиглазных синих светодиода, моргающие в момент обращения к накопителю. При подключении SATA накопителя в форм-факторе M.2, он не работает. Описание лота об этом упоминает.

Версию PCI-E не упоминает вообще, в названии мелькает что-то, но это скорее, куда можно подключить переходник.

В комплекте есть отвертка:

Также в комплекте идут термопрокладки, которые можно разместить между платой и накопителем, тем самым немного термически разгрузить SSD. Толщина у всех 3-х разная.

Далее протестируем скоростные данные. Для этого установим в переходник накопитель из недавнего обзора.

Тестовый стенд тот же самый, что и при тестировании NVME SSD Asgard AN2 250GB:

Ryzen 5 2400G
16 GB DDR4 Dual-Channel
Asus Prime B450M A

P.S. Фото установленного переходника в другой плате.

AIDA64:

CDM:

Скорости ниже, чем были у накопителя в родном разъеме M.2. Напомню, какие скорости у нас там были:

Скорости в разъеме M.2

Итог:

Скорость больше напоминает пропускную способность PCI-E 2.0 x4, ведь она составляет до 2 ГБ/с, и реальную примерно 1.6 ГБ/с. Так что скорее всего у меня вторая версия. В комментариях несколько раз встречались скорости третьей, но видимо высылаются рандомно.

Пробовал установить систему, все прошло штатно, установилась, загрузилась, дрова поставила, обновления поставила.

Способность загружаться вашей материнской платы с pcie, стоит узнавать на форумах и отзывах. Можно немного обойти данную проблему установив загрузчик на накопитель, с которого может загрузится система, например SATA HDD или SSD.

Если вам хватит скоростей примерно 1.6 ГБ/с, то можно брать, если скорости накопителя у вас выше и есть на материнской плате PCI-E 3.0, то либо ищите другой вариант (и лучше сразу спросить продавца на этот счет), либо играйте в лотерею (хотя можно тоже сразу написать продавцу, что если придет 2.0 — буду бодаться).

TRIM работает.

Всем спасибо, всем пока. Критику и вопросы принимаю.

Шина M.2 для нового поколения SSD-дисков — «Хакер»

Большинство SSD-дисков, выпущенных в последний год, работают слишком быстро для той шины, к которой подключены. Это понятно, ведь спецификации SATA III на 6 Гбит/с вышли в эпоху жёстких дисков.

Предлагается две альтернативы: SATA Express и более новая шина M.2 (предыдущее название NGFF, Next-Generation Form Factor). Это интересная технология, поскольку предусматривает возможность подключения по нескольким типам разъёмов, нескольким типам интерфейсов и картам разного размера. Всё это указано в официальных спецификациях.

Четыре карты изображены на кликабельной иллюстрации вверху. Первая слева — карта WiFi/Bluetooth, далее Sandisk SSD на шине SATA, потом Intel SSD на такой же шине и Samsung SSD, способный задействовать четыре линии PCI Express.

Стандартом предусмотрены разные слоты, которым соответствуют свои интерфейсы и рекомендации по типичному использованию. Шина очень универсальная, так что поддерживает разные варианты размеров карт. При этом разъёмы тоже пригодны для карт разной ширины.

• Разъём типа A (key A) принимает карты шириной 16, 22, 30 мм, а длиной 30 мм.
• Разъём типа B (key B) принимает карты шириной 22 и 30 мм, а длиной 30, 42, 60, 80 и 110 мм.
• Разъём типа E (key E) принимает карты шириной 16, 22, 30 мм, а длиной 30 мм.
• Разъём типа M (key M) принимает карты шириной 22 мм, а длиной 42, 60, 80 и 110 мм.

Для каждого разъёма предусмотрены разные интерфейсы.

• A: PCIe x2, USB 2.0, I2C, DisplayPort x4
• B: PCIe x2, SATA, USB 2.0, USB 3.0, audio, PCM, IUM, SSIC, I2C
• E: PCIe x2, USB 2.0, I2C, SDIO, UART, PCM
• M: PCIe x4, SATA

Так, WiFi-карта с первой фотографии имеет код AE, так что подходит для двух вариантов разъёмов. Ну, а внешний вид разъёмов показан на второй фотографии с материнской платой HP Stream Mini.

Слева — разъём E, справа — B.

Шина M.2 довольно интересная и многопрофильная, но пока редко встречается из-за дефицита компонентов. Скажем, в интернет-магазинах пока нет карт M.2 со всеми возможными вариантами размеров.