Khi máy tính ngày càng nhỏ, các thành phần phần cứng như ổ lưu trữ cũng vậy. Sự ra đời của ổ cứng thể rắn cho phép thiết kế mỏng hơn như Ultrabook, nhưng điều này lại đụng độ với giao diện SATA tiêu chuẩn công nghiệp.
Giao diện mSATA được thiết kế để tạo ra một thẻ cấu hình mỏng có thể tương tác với giao diện SATA. Một vấn đề mới xuất hiện khi các tiêu chuẩn SATA 3.0 hạn chế hiệu suất của SSD. Một dạng giao diện thẻ nhỏ gọn mới đã phải được phát triển để khắc phục những vấn đề này.
Ban đầu được gọi là NGFF (Hệ số hình thức thế hệ tiếp theo), giao diện mới đã được chuẩn hóa thành giao diện ổ đĩa M.2 theo thông số kỹ thuật SATA phiên bản 3.2.
Tốc độ nhanh hơn
Trong khi kích thước là một yếu tố trong việc phát triển giao diện, tốc độ của ổ đĩa cũng quan trọng không kém. Các thông số kỹ thuật của SATA 3.0 đã hạn chế băng thông trong thế giới thực của SSD trên giao diện ổ đĩa ở mức khoảng 600 MB / s, mà nhiều ổ đĩa đã đạt đến. Các thông số kỹ thuật SATA 3.2 đã giới thiệu một cách tiếp cận hỗn hợp mới cho giao diện M.2, giống như với SATA Express.
Về bản chất, thẻ M.2 mới có thể sử dụng các thông số kỹ thuật SATA 3.0 hiện có và bị giới hạn ở 600 MB / s. Hoặc, nó có thể sử dụng PCI-Express, cung cấp băng thông 1 GB / s theo tiêu chuẩn PCI-Express 3.0 hiện tại. Tốc độ 1 GB / s đó dành cho một làn PCI-Express, nhưng có thể sử dụng nhiều làn. Theo thông số kỹ thuật SSD M.2, có thể sử dụng tối đa bốn làn. Về mặt lý thuyết, sử dụng hai làn đường sẽ cung cấp 2,0 GB / s, trong khi bốn làn đường sẽ cung cấp tối đa 4,0 GB / s.
Với sự ra mắt cuối cùng của PCI-Express 4.0, tốc độ này sẽ tăng gấp đôi. Việc phát hành PCI-Express 5.0 vào năm 2017 đã chứng kiến sự gia tăng băng thông lên 32 GT / s, với 63 GB / s trong cấu hình 16 làn. PCI-Express 6.0 (2019) đã tăng gấp đôi băng thông lên 64 GT / s, cho phép 126 GB / s ở mỗi hướng.
Không phải tất cả các hệ thống đều đạt được những tốc độ này. Ổ đĩa và giao diện M.2 phải được thiết lập ở cùng một chế độ. Giao diện M.2 sử dụng chế độ SATA cũ hoặc các chế độ PCI-Express mới hơn. Ổ đĩa sẽ chọn cái nào để sử dụng.
Ví dụ:ổ M.2 được thiết kế với chế độ kế thừa SATA bị giới hạn ở 600 MB / s. Trong khi ổ M.2 tương thích với PCI-Express lên đến bốn làn (x4), máy tính chỉ sử dụng hai làn (x2). Điều này dẫn đến tốc độ tối đa là 2,0 GB / s. Để đạt được tốc độ cao nhất có thể, hãy kiểm tra xem ổ đĩa và máy tính hoặc bo mạch chủ hỗ trợ những gì.
Kích thước nhỏ hơn và lớn hơn
Một trong những mục tiêu của thiết kế ổ M.2 là giảm kích thước tổng thể của thiết bị lưu trữ. Điều này đã đạt được bằng một trong nhiều cách. Đầu tiên, các thẻ được làm hẹp hơn so với hệ số dạng mSATA trước đó. Thẻ M.2 rộng 22 mm, so với 30 mm của mSATA. Các thẻ cũng có chiều dài ngắn hơn với chiều dài 30 mm, so với 50 mm của mSATA. Điểm khác biệt là thẻ M.2 hỗ trợ độ dài dài hơn lên đến 110 mm. Điều đó có nghĩa là những ổ này có thể lớn hơn, cung cấp nhiều không gian hơn cho chip và do đó, dung lượng cao hơn.
Ngoài chiều dài và chiều rộng của thẻ, có tùy chọn cho bảng M.2 một mặt hoặc hai mặt. Các bo mạch một mặt cung cấp một cấu hình mỏng và rất hữu ích cho các máy tính xách tay siêu mỏng. Bảng hai mặt cho phép số lượng chip được lắp trên bảng M.2 nhiều gấp đôi, cho phép dung lượng lưu trữ lớn hơn. Điều này hữu ích cho các ứng dụng máy tính để bàn nhỏ gọn, nơi không gian không quá quan trọng.
Vấn đề là bạn cần để ý xem loại đầu nối M.2 nào trên máy tính, ngoài không gian cho chiều dài của thẻ. Hầu hết các máy tính xách tay chỉ sử dụng đầu nối một mặt, có nghĩa là máy tính xách tay không thể sử dụng thẻ M.2 hai mặt.
Chế độ lệnh
Trong hơn một thập kỷ, SATA đã biến việc lưu trữ trở thành một hoạt động plug-and-play. Điều này là do giao diện đơn giản và cấu trúc lệnh AHCI (Giao diện bộ điều khiển máy chủ nâng cao).
AHCI là cách máy tính giao tiếp các hướng dẫn với các thiết bị lưu trữ. Nó được tích hợp vào tất cả các hệ điều hành hiện đại và không yêu cầu cài đặt thêm trình điều khiển khi thêm ổ đĩa mới.
AHCI được phát triển trong thời đại mà ổ cứng có khả năng xử lý lệnh hạn chế do bản chất vật lý của đầu ổ đĩa và đĩa cứng. Một hàng đợi lệnh đơn với 32 lệnh là đủ. Vấn đề là các ổ đĩa thể rắn ngày nay làm được nhiều việc hơn, nhưng vẫn bị hạn chế bởi các trình điều khiển AHCI.
Cấu trúc lệnh và trình điều khiển NVMe (Non-Volatile Memory Express) được phát triển để loại bỏ nút thắt cổ chai này và cải thiện hiệu suất. Thay vì sử dụng một hàng đợi lệnh duy nhất, nó cung cấp tới 65.536 hàng đợi lệnh, với tối đa 65.536 lệnh cho mỗi hàng đợi. Điều này cho phép xử lý song song hơn các yêu cầu đọc và ghi bộ nhớ, giúp tăng hiệu suất qua cấu trúc lệnh AHCI.
Trong khi điều này là tuyệt vời, có một chút vấn đề. AHCI được tích hợp trong tất cả các hệ điều hành hiện đại, nhưng NVMe thì không. Trình điều khiển phải được cài đặt trên hệ điều hành hiện có để tận dụng tối đa các ổ đĩa. Đó là vấn đề của nhiều hệ điều hành cũ.
Đặc điểm kỹ thuật ổ đĩa M.2 cho phép một trong hai chế độ. Điều này làm cho việc áp dụng giao diện mới dễ dàng hơn với các máy tính và công nghệ hiện có. Khi sự hỗ trợ cho cấu trúc lệnh NVMe được cải thiện, các ổ đĩa tương tự có thể được sử dụng với chế độ lệnh mới này. Tuy nhiên, việc chuyển đổi giữa hai chế độ yêu cầu các ổ đĩa phải được định dạng lại.
Mức tiêu thụ điện năng được cải thiện
Máy tính di động có thời gian hoạt động giới hạn dựa trên kích thước của pin và năng lượng do các thành phần của nó sử dụng. Ổ cứng thể rắn làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của thành phần lưu trữ, nhưng vẫn còn chỗ để cải thiện.
Vì giao diện SSD M.2 là một phần của đặc điểm kỹ thuật SATA 3.2, nó bao gồm các tính năng khác ngoài giao diện. Điều này bao gồm một tính năng mới được gọi là DevSleep. Vì nhiều hệ thống được thiết kế để chuyển sang chế độ ngủ khi đóng hoặc tắt, thay vì tắt nguồn hoàn toàn, nên pin sẽ liên tục hoạt động để giữ cho một số dữ liệu hoạt động nhằm khôi phục nhanh khi thiết bị được đánh thức. DevSleep giảm lượng điện năng được sử dụng bởi các thiết bị bằng cách tạo trạng thái năng lượng thấp hơn mới. Điều này sẽ kéo dài thời gian chạy cho các máy tính được đặt ở chế độ ngủ.
Sự cố khi khởi động
Giao diện M.2 là một tiến bộ trong lưu trữ và hiệu suất máy tính. Máy tính phải sử dụng bus PCI-Express để có hiệu suất tốt nhất. Nếu không, nó sẽ chạy giống như bất kỳ ổ đĩa SATA 3.0 nào hiện có. Đây có vẻ không phải là vấn đề lớn, nhưng đó là vấn đề với nhiều bo mạch chủ đầu tiên sử dụng tính năng này.
Ổ cứng SSD mang lại trải nghiệm tốt nhất khi được sử dụng làm ổ gốc hoặc ổ khởi động. Vấn đề là phần mềm Windows hiện tại có vấn đề với nhiều ổ đĩa khởi động từ bus PCI-Express hơn là từ SATA. Điều này có nghĩa là có ổ M.2 sử dụng PCI-Express sẽ không phải là ổ chính để cài đặt hệ điều hành hoặc chương trình. Kết quả là một ổ đĩa dữ liệu nhanh nhưng không phải là ổ đĩa khởi động.
Không phải tất cả các máy tính và hệ điều hành đều có vấn đề này. Ví dụ, Apple đã phát triển macOS (hoặc OS X) để sử dụng bus PCI-Express cho các phân vùng gốc. Điều này là do Apple đã chuyển ổ SSD của họ sang PCI-Express trong MacBook Air 2013 — trước khi thông số kỹ thuật M.2 được hoàn thiện. Microsoft đã cập nhật Windows 10 để hỗ trợ ổ PCI-Express và NVMe mới. Các phiên bản Windows cũ hơn cũng có thể hoạt động nếu phần cứng được hỗ trợ và trình điều khiển bên ngoài được cài đặt.
Cách sử dụng M.2 có thể loại bỏ các tính năng khác
Một lĩnh vực quan tâm khác, đặc biệt là với bo mạch chủ máy tính để bàn, liên quan đến cách giao diện M.2 được kết nối với phần còn lại của hệ thống máy tính. Có một số làn PCI-Express hạn chế giữa bộ xử lý và phần còn lại của máy tính. Để sử dụng khe cắm thẻ M.2 tương thích với PCI-Express, nhà sản xuất bo mạch chủ phải lấy các làn PCI-Express đó ra khỏi các thành phần khác trên hệ thống.
Làm thế nào các làn PCI-Express đó được phân chia giữa các thiết bị trên bo mạch là một mối quan tâm lớn. Ví dụ, một số nhà sản xuất chia sẻ làn PCI-Express với cổng SATA. Do đó, việc sử dụng khe cắm ổ đĩa M.2 có thể tiêu tốn tối đa bốn khe cắm SATA. Trong các trường hợp khác, M.2 có thể chia sẻ các làn đó với các khe cắm mở rộng PCI-Express khác.
Kiểm tra cách bo mạch được thiết kế để đảm bảo M.2 sẽ không ảnh hưởng đến việc sử dụng tiềm năng của các ổ cứng SATA, ổ DVD, ổ Blu-ray hoặc các thẻ mở rộng khác.