Man mano che i computer diventano più piccoli, anche i componenti hardware come le unità di archiviazione devono diventare. L'introduzione delle unità a stato solido ha consentito design più sottili come gli Ultrabook, ma questo si è scontrato con l'interfaccia SATA standard del settore.
L'interfaccia mSATA è stata progettata per creare una scheda dal profilo sottile in grado di interagire con l'interfaccia SATA. Un nuovo problema è emerso quando gli standard SATA 3.0 hanno limitato le prestazioni degli SSD. È stato necessario sviluppare una nuova forma di interfaccia per schede compatte per correggere questi problemi.
Originariamente chiamata NGFF (Next Generation Form Factor), la nuova interfaccia è stata standardizzata nell'interfaccia dell'unità M.2 secondo le specifiche SATA versione 3.2.
Velocità più elevate
Sebbene le dimensioni siano un fattore determinante nello sviluppo di un'interfaccia, la velocità dell'unità è ugualmente critica. Le specifiche SATA 3.0 hanno limitato la larghezza di banda reale di un SSD sull'interfaccia dell'unità a circa 600 MB/s, che molte unità hanno raggiunto. Le specifiche SATA 3.2 hanno introdotto un nuovo approccio misto per l'interfaccia M.2, come ha fatto con SATA Express.
In sostanza, una nuova scheda M.2 può utilizzare le specifiche SATA 3.0 esistenti ed essere limitata a 600 MB/s. Oppure può utilizzare PCI-Express, che fornisce una larghezza di banda di 1 GB/s secondo gli attuali standard PCI-Express 3.0. Quella velocità di 1 GB/s è per una singola corsia PCI-Express, ma è possibile utilizzare più corsie. Con la specifica SSD M.2, è possibile utilizzare fino a quattro corsie. L'utilizzo di due corsie fornirebbe teoricamente 2,0 GB/s, mentre quattro corsie fornirebbero fino a 4,0 GB/s.
Con l'eventuale rilascio di PCI-Express 4.0, queste velocità raddoppieranno effettivamente. Il rilascio di PCI-Express 5.0 nel 2017 ha visto un aumento della larghezza di banda a 32 GT/s, con 63 GB/s in una configurazione a 16 corsie. PCI-Express 6.0 (2019) ha visto un altro raddoppio della larghezza di banda a 64 GT/s, consentendo 126 GB/s in ciascuna direzione.
Non tutti i sistemi raggiungono queste velocità. Il drive M.2 e l'interfaccia devono essere impostati nella stessa modalità. L'interfaccia M.2 utilizza la modalità SATA legacy o le modalità PCI-Express più recenti. L'unità seleziona quale utilizzare.
Ad esempio, un'unità M.2 progettata con la modalità legacy SATA è limitata a 600 MB/s. Sebbene l'unità M.2 sia compatibile con PCI-Express fino a quattro corsie (x4), il computer utilizza solo due corsie (x2). Ciò si traduce in velocità massime di 2,0 GB/s. Per ottenere la massima velocità possibile, controlla cosa supportano l'unità e il computer o la scheda madre.
Taglie più piccole e più grandi
Uno degli obiettivi del design dell'unità M.2 era ridurre le dimensioni complessive del dispositivo di archiviazione. Ciò è stato ottenuto in uno dei diversi modi. Innanzitutto, le schede sono state rese più strette rispetto al precedente fattore di forma mSATA. Le schede M.2 sono larghe 22 mm, rispetto ai 30 mm di mSATA. Le schede sono anche più corte in lunghezza a 30 mm di lunghezza, rispetto ai 50 mm di mSATA. La differenza è che le schede M.2 supportano lunghezze maggiori fino a 110 mm. Ciò significa che queste unità possono essere più grandi, il che fornisce più spazio per i chip e, quindi, capacità maggiori.
Oltre alla lunghezza e alla larghezza delle carte, c'è l'opzione per schede M.2 a faccia singola o doppia. Le schede a lato singolo forniscono un profilo sottile e sono utili per laptop ultrasottili. Una scheda a doppia faccia consente di installare il doppio dei chip su una scheda M.2, consentendo maggiori capacità di archiviazione. Questo è utile per applicazioni desktop compatte dove lo spazio non è così critico.
Il problema è che devi essere consapevole del tipo di connettore M.2 sul computer, oltre allo spazio per la lunghezza della scheda. La maggior parte dei laptop utilizza solo un connettore a lato singolo, il che significa che i laptop non possono utilizzare schede M.2 fronte-retro.
Modalità di comando
Per oltre un decennio, SATA ha reso lo storage un'operazione plug-and-play. Ciò è dovuto alla semplice interfaccia e alla struttura dei comandi AHCI (Advanced Host Controller Interface).
L'AHCI è il modo in cui i computer comunicano le istruzioni con i dispositivi di archiviazione. È integrato in tutti i moderni sistemi operativi e non richiede l'installazione di driver aggiuntivi quando si aggiungono nuove unità.
L'AHCI è stato sviluppato in un'era in cui i dischi rigidi avevano una capacità limitata di elaborare le istruzioni a causa della natura fisica delle testine e dei piatti delle unità. Era sufficiente una singola coda comandi con 32 comandi. Il problema è che le odierne unità a stato solido fanno molto di più, ma sono ancora limitate dai driver AHCI.
La struttura dei comandi ei driver NVMe (Non-Volatile Memory Express) sono stati sviluppati per eliminare questo collo di bottiglia e migliorare le prestazioni. Anziché utilizzare una singola coda comandi, fornisce fino a 65.536 code comandi, con un massimo di 65.536 comandi per coda. Ciò consente un'elaborazione più parallela delle richieste di lettura e scrittura dello storage, che migliora le prestazioni rispetto alla struttura dei comandi AHCI.
Anche se è fantastico, c'è un piccolo problema. AHCI è integrato in tutti i moderni sistemi operativi, ma NVMe no. I driver devono essere installati sopra i sistemi operativi esistenti per ottenere il massimo dalle unità. Questo è un problema per molti sistemi operativi meno recenti.
La specifica del drive M.2 consente una delle due modalità. Ciò semplifica l'adozione della nuova interfaccia con i computer e le tecnologie esistenti. Con il miglioramento del supporto per la struttura dei comandi NVMe, le stesse unità possono essere utilizzate con questa nuova modalità di comando. Tuttavia, il passaggio tra le due modalità richiede la riformattazione delle unità.
Consumo energetico migliorato
Un computer portatile ha un tempo di funzionamento limitato in base alle dimensioni delle batterie e alla potenza assorbita dai suoi componenti. Le unità a stato solido riducono il consumo energetico del componente di storage, ma c'è spazio per miglioramenti.
Poiché l'interfaccia SSD M.2 fa parte delle specifiche SATA 3.2, include altre funzionalità oltre all'interfaccia. Ciò include una nuova funzionalità chiamata DevSleep. Poiché più sistemi sono progettati per entrare in modalità di sospensione quando sono chiusi o spenti, anziché spegnersi completamente, c'è un assorbimento costante della batteria per mantenere attivi alcuni dati per un rapido ripristino quando il dispositivo viene riattivato. DevSleep riduce la quantità di energia utilizzata dai dispositivi creando un nuovo stato di alimentazione inferiore. Questo dovrebbe estendere il tempo di esecuzione per i computer che vengono messi in modalità di sospensione.
Problemi di avvio
L'interfaccia M.2 è un progresso nell'archiviazione e nelle prestazioni del computer. I computer devono utilizzare il bus PCI-Express per ottenere le migliori prestazioni. In caso contrario, funziona come qualsiasi unità SATA 3.0 esistente. Non sembra un grosso problema, ma è un problema con molte delle prime schede madri a utilizzare la funzione.
Le unità SSD offrono la migliore esperienza se utilizzate come unità di root o di avvio. Il problema è che il software Windows esistente presenta un problema con l'avvio di molte unità dal bus PCI-Express anziché da SATA. Ciò significa che avere un'unità M.2 che utilizza PCI-Express non sarà l'unità principale in cui sono installati il sistema operativo o i programmi. Il risultato è un'unità dati veloce ma non l'unità di avvio.
Non tutti i computer e i sistemi operativi presentano questo problema. Ad esempio, Apple ha sviluppato macOS (o OS X) per utilizzare il bus PCI-Express per le partizioni di root. Questo perché Apple ha cambiato le sue unità SSD su PCI-Express nel MacBook Air 2013, prima che le specifiche M.2 fossero finalizzate. Microsoft ha aggiornato Windows 10 per supportare le nuove unità PCI-Express e NVMe. Le versioni precedenti di Windows potrebbero funzionare anche se l'hardware è supportato e sono installati driver esterni.
Come l'utilizzo di M.2 può rimuovere altre funzionalità
Un' altra area di interesse, in particolare con le schede madri desktop, riguarda il modo in cui l'interfaccia M.2 è collegata al resto del sistema informatico. C'è un numero limitato di corsie PCI-Express tra il processore e il resto del computer. Per utilizzare uno slot per schede M.2 compatibile con PCI-Express, il produttore della scheda madre deve allontanare quelle corsie PCI-Express dagli altri componenti del sistema.
Il modo in cui queste corsie PCI-Express sono suddivise tra i dispositivi sulle schede è una delle principali preoccupazioni. Ad esempio, alcuni produttori condividono le linee PCI-Express con le porte SATA. Pertanto, l'utilizzo dello slot per unità M.2 può consumare fino a quattro slot SATA. In altri casi, l'M.2 può condividere quelle corsie con altri slot di espansione PCI-Express.
Controlla come è progettata la scheda per assicurarti che l'M.2 non interferisca con il potenziale utilizzo di altri dischi rigidi SATA, unità DVD, unità Blu-ray o altre schede di espansione.
