Dyski M.2, czyli jaki wybrać najlepszy dysk?

Podstawowe informacje o dyskach M.2

Jeśli chodzi o funkcjonalności komputera, dysk twardy jest jednym z najważniejszych podzespołów w każdym komputerze. Im szybszy jest dysk, tym szybciej uruchamia się system operacyjny i inne programy, a także szybciej zapisują się na nim pliki. Wprowadzenie kilka lat temu dysków SSD stało się milowym krokiem ku poprawie wydajności - zwłaszcza, gdy porównamy szybkości dostępu zwykłych dysków z dyskami SSD. Niestety najnowsza technologia niedawno natrafiła na blokadę rozwojową. Problemem jest protokół SATA III, który nie pozwala dyskom SSD rozwinąć skrzydeł.

Dyski M.2 od firmy Plextor, jedne z pionierów standardu

Z pomocą przyszło nowe złącze dysków M.2 (nazywane początkowo Next Generation Form Factor - NGFF). Umożliwia ono dyskom SSD M.2 bezpośrednie połączenie z magistralą PCI-E, a nie (tak, jak to było do tej pory) przez kontroler SATA. Pomijając kontroler SATA, M.2 jest ograniczone tylko szybkością własnego dysku i generacją/ilością magistrali PCI-E, które używa. Wykorzystując tylko cztery magistrale PCI-E 2.0, dysk M.2 może teoretycznie mieć maksymalną przepustowość nawet 2 GB / s (8 Gb/s). Aby pokazać różnicę, dysk M.2 jest ponad trzykrotnie szybszy niż SATA III, które ograniczało przepustowość do 600 MB/s. W przypadku dysków M.2 wykorzystujących magistralę PCI-E 3.0 x4 możliwe jest osiągnięcie transferu 8 GB/s (32 Gb/s).

Dysk Samsung 950 Pro M.2

Jednak nie wszystko z M.2 jest takie różowe. W przeciwieństwie do napędów SATA - gdzie każdy napęd ma taki sam rozmiar fizyczny i wykorzystuje te same kable - M.2 umożliwia wykorzystanie wiele różnych wymiarów fizycznych, złączy, a nawet wielu interfejsów logicznych. Aby pomóc naszym klientom zrozumieć niuanse dotyczące dysków M.2, postanowiliśmy opublikować omówienie aktualnych specyfikacji.

Fizyczny rozmiar i złącza M.2

W przeciwieństwie do SATA, M.2 umożliwia zastosowanie różnych fizycznych rozmiarów dysków. Obecnie każdy dysk M.2 przeznaczony do użytku w komputerach osobistych posiada szerokość wynoszącą 22 mm, jednak mogą różnić się długością. Aby ułatwić określenie, które dyski mogą być montowane na płycie głównej lub magistrali PCI-E, szerokość i wysokość zarówno dysku, jak i slotu, są zwykle wyrażane w pojedynczej liczbie łączce dwa wymiary.

Najpopularniejsze rodzaje gniazd oraz złączy występujących w dyskach M.2 to "B Key", "M Key", oraz "B & M Key".

Na przykład dysk o szerokości 22 mm i długości 80 mm będzie oznaczony jako 2280 (22 mm x 80 mm). Standardowe wymiary dla dysku M.2 wynoszą najczęściej 30 mm (2230), 42 mm (2242), 60 mm (2260), 80 mm (2280) i 110 mm (22110). Dodatkowo istnieją dwa typy gniazd dla M.2: jeden z "kluczem B" i jeden z "kluczem M".

Adapter M.2 na PCI-E x4, który pozwala montować różne wymiary dysków

Klucze określają maksymalną liczbę kart PCI-E, które gniazdo może używać i fizycznie ograniczyć możliwości podłączania różnych typów dysków do gniazda. "Klucz B" może wykorzystywać do dwóch magistrali PCI-E, a "klucz M "może używać do czterech magistrali PCI-E. Obecnie jednak większość gniazd M.2 używa "klucza M", nawet jeśli gniazdo używa tylko dwóch magistrali PCI-E. Jeśli chodzi o dyski, większość magistrali PCI-E x2 jest wyposażona w klucze B M (umożliwiające pracę z dowolnym gniazdem), a magistrale PCI-E x4 są dedykowane tylko dla kluczy M.

Najpopularniejsze typy gniazd stosowane w dyskach M.2 NVMe

Z początku może wydawać się to mylące, ponieważ tego typu oznaczenia są o wiele bardziej skomplikowane, niż przy SATA, ale wszystkie te informacje powinny być wymienione w specyfikacjach dysku i płyty głównej / karty PCI-E. Na przykład ASUS Maximus IX Code posiada dwa gniazda M.2 opisane jako "M.2 Socket 3 with M Key, type 2242/2260/2280/22110" i "M.2 Socket 3 with M Key, type 2242/2260/2280", dzięki któremu obsługuje dyski o szerokości 22 mm i długości od 42mm do 110 mm z kluczem M.

Interfejsy logiczne

Poza różnymi rozmiarami fizycznymi, Dyski M.2 są dodatkowo skomplikowane przez fakt, że różne dyski M.2 łączą się z systemem poprzez trzy różne rodzaje interfejsów logicznych. Obecnie dyski M.2 mogą łączyć się za pomocą kontrolera SATA lub poprzez magistralę PCI-E w trybie x2 lub x4. Przydatną rzeczą jest to, że wszystkie dyski M.2 (przynajmniej w momencie publikacji tego artykułu) są wstecznie kompatybilne z SATA, więc każdy dysk M.2 powinien pracować w gnieździe M.2, który używa SATA - chociaż będą ograniczone do prędkości SATA. Jednocześnie nie wszystkie gniazda M.2 będą kompatybilne zarówno z SATA, jak i PCI-E. Jeśli więc próbujesz używać dysku PCI-E w gnieździe M.2 tylko dla SATA (lub odwrotnie), to nie będzie on działać poprawnie.

Dysk HyperX Predator PCIe od Kingston

Dyski M.2 PCI-E powinny być używane w gnieździe, które obsługuje taką samą liczbę magistral PCI-E, co dysk zapewniający maksymalną wydajność, chociaż dowolny dysk M.2 PCI-E będzie działał w gniazdach PCI-E x2 lub PCI-E x4 pod warunkiem, że mają one ten sam klucz. Jeśli jednak instalujesz dysk PCI-E x4 w gnieździe PCI-E x2, będzie on ograniczony do prędkości PCI-E x2. Jednocześnie instalacja dysku PCI-E x2 w gnieździe PCI-E x4 nie przyniesie lepszych parametrów, niż instalacja w gnieździe PCI-E x2.

Dysk M.2 Corsair MP500 zamontowany na płycie głównej Asus ROG

W zasadzie chodzi o to, że nawet jeśli dysk M.2 fizycznie pasuje do gniazda M.2, musisz upewnić się, że gniazdo M.2 obsługuje typ posiadanego dysku. Prawdę mówiąc, jedynym wyjątkiem, gdy napęd M.2 nie będzie działać w ogóle, nawet przy użyciu dopasowania kluczy, jest sytuacja, gdy próbujesz użyć dysku M.2 SATA w gnieździe M-2 PCI-E.

Porównanie wydajności dysków M.2

Przedstawimy na początek teoretyczne przepustowości możliwy do uzyskania przy pomocy najnowszej technologii dysków m.2. Ponieważ dyski M.2 są dostępne w trzech standardach (SATA, PCI-E x2 i PCI-E x4), dostępne są również trzy poziomy wydajności. Jednak ze względu na elastyczny charakter PCI-E nowsze dyski M.2 mogą znajdować się w szerszym zakresie prędkości.

Wpływ interfejsu na maksymalną wydajność dysku

"Teoretyczna maksymalna przepustowość" to liczba, którą wielu sprzedawców i producentów lubi podawać podczas prezentowania SATA lub PCI-E, ale podczas przesyłania danych, występują pewne ograniczenia, które uniemożliwiają osiągnięcia maksymalnej przepustowości. Biorąc pod uwagę koszty związane z kodowaniem, uzyskujemy "realną maksymalną przepustowość w czasie rzeczywistym". Nie oznacza to, że każdy dysk M.2 PCI-E 2.0 x4 może osiągnąć prędkość ~ 1.6 GB / s, ale jest to w przybliżeniu realna prędkość, jaką może osiągnąć dysk M.2 PCI-E 2.0 x4.

Co ciekawe, dysk M.2 przy użyciu magistrali PCI-E 2.0 x2 ma 33-procentowy wzrost szybkości w porównaniu z SATA III. Nie nazwiemy tego rewolucją, ale jest to wciąż godne uwagi. Rewolucją będzie natomiast dysk M.2 z PCI-E 2.0 x4, który ma rzeczywistą maksymalną wydajność 1,6 GB / s. Aby to lepiej zademonstrować, jest to tylko niewiele mniej, niż trzykrotność przepustowości SATA III. Potrzebujesz aż trzech dysków SSD SATA III w macierzy RAID 0, aby uzyskać taką samą wydajność pojedynczego dysku M.2 PCI-E 2.0 x4!

Przepustowość w zależności od szerokości gniazda PCI-Exspress

Ponieważ dyski M.2 używają magistrali PCI-E, maksymalna przepustowość nie zawsze będzie ograniczona do PCI-E 2.0 x4. Mimo, że obecnie nie ma dysków PCI-E 3.0 x4 M.2, to kwestia czasu, kiedy zostaną wynalezione i wdrożone. Gdy to nastąpi, możemy w końcu wykorzystać dyski M.2, które mogą pracować z prędkością prawie 4 GB / s! Obecna technologia przechowywania danych nie jest na tyle nowoczesna, ab temu sprostać, ale na pewno za kilka lat się to zmieni.

Czy mój komputer jest gotowy na M.2?

Początkowo mimo wczesnego etapu rozwoju technologii dysków M.2, na rynku dostępne były urządzenia takie, jak Samsung XP941, posiadające prędkość odczytu dwa razy większą, niż jakikolwiek dysk SSD SATA. Jednak komputery posiadały ograniczona liczbę magistrali PCI-E, a dysk M-2 PCI-E będzie musiał wykorzystać pewną ich liczbę.

Płyta główna MSI X399 z gniazdem dysków M.2 PCIe

Oznacza to, że zamiast sprawdzać, czy na płycie głównej znajduje się wystarczająca liczba portów SATA, musisz sprawdzić, czy masz wystarczająco dużo gniazd i magistrali PCI-E. Wiele płyt głównych posiada mnóstwo gniazd PCI-E x16, ale problem pojawia się, gdy okazuje się, że niewiele z tych gniazd może faktycznie działać z prędkością x16.

Dla przykładu, załóżmy, że masz płytę główną Asus Z97-A i chcesz zainstalować dysk M.2 x4 przy użyciu adaptera PCI-E. Ta płyta ma dwa gniazda PCI-E x1 i trzy fizyczne gniazda PCI-E x16. Dwa gniazda PCI-E x1 nie mają wymaganej liczby magistrali PCI-E dla dysku M.2, więc nie można ich używać. Jeśli chodzi o gniazda x16, okazuje się, że dolna magistrala PCI-E x16 może pracować tylko z prędkością x2, dzięki czemu gniazdo nie umożliwia pełnej prędkości pracy dysku M.2 x4. Gniazdo główne x16 jest prawdopodobnie zarezerwowane dla GPU, więc nie jest ono również dostępne.

Dysk M.2 marki Plextor zamontowany na płycie głównej ASUS Maximus

Wreszcie druga magistrala x16 może pracować z prędkością x8, dzięki czemu będzie działać na dysku M.2 x4, ale użycie tego gniazda spowoduje zmniejszenie prędkości podstawowej (a tym samym GPU) do prędkości x8. Pokazaliśmy wcześniej, że nowoczesne GPU nie wykazują żadnych strat wydajności, działając z prędkością x8, ale nadal nie jest to idealne rozwiązanie. Pamiętaj, że to tylko dodanie pojedynczego dysku M.2 x4 i nie uwzględnia innych urządzeń typu PCI-E, takich jak karty dźwiękowe czy karty bezprzewodowe. Jeśli chcesz dodać drugi dysk M.2 x4, nie uda się to, dopóki ktoś nie podłączy dysku M.2 do adaptera PCI-E, który może obsłużyć wiele dysków w jednym gnieździe.

Gniazdo dla dysku M.2 SSD na płycie Gigabyte H97

Problemy z magistralami PCI-E są mniej uciążliwe w systemach X299 lub Threadripper, ponieważ procesor (a tym samym płyta główna) ma więcej dostępnych gniazd PCI-E, ale nadal musisz planować z wyprzedzeniem, aby nie okazało się, że finalnie któryś z podzespołów nie będzie miał swojego gniazda. Miejmy nadzieję, że przyszłe procesory dodadzą więcej magistrali PCI-E. Obecnie problem ten to największe ograniczenie, jakie widzimy w odniesieniu do dysków M.2.

Dyski M.2, nie uciekniesz od przyszłości

Chociaż ten artykuł dotyczy głównie dysków SSD M.2, nasza ekscytacja związana z M.2 nie ogranicza się tylko do tych urządzeń. Ponieważ standard M.2 jest zasadniczo interfejsem PCI-E, może być używany prawie wszędzie, w tym w WiFi, Bluetooth i GPS. Wyobraź sobie laptop, w którym zamiast wielu złączy dla różnych urządzeń, będzie tylko cztery gniazda M.2. Chcesz zainstalować dwa dyski M.2, kartę WiFi i kartę GPS? Nie ma problemu. Możesz także utworzyć mobilny serwer plików i używać czterech dysków M.2 w RAID. Chodzi o to, że można umieścić jakikolwiek urządzenie M.2 w dowolnym gnieździe M.2 i to wszystko będzie działać optymalnie i bez zbędnych komplikacji.

Karta WIFI pod gniazdo M.2 firmy Intel

Jeśli chodzi o SSD, zawiłości magistrali PCI-E związane z fizyczną kompatybilnością sprawiają, że technologia M.2 jest nieco bardziej złożona i wymagająca większej uwagi podczas konfiguracji sprzętu, niż SATA. Jednak nie zapominajmy, że M.2 daje tak wiele możliwości, że z pewnością już niedługo technologia ta zawita w każdym systemie o wysokiej wydajności. Cena dysków M.2 średniej pojemności, takich jak Plextor PX-G256M6e, jest już porównywalna z dyskami SSD opartymi na SATA, więc nie są to gigantyczne koszty. Za to możemy łatwo zwiększyć wydajność dysków SATA. Dyski o wysokiej wydajności, takie jak Samsung 960 PRO, są obecnie około czterokrotnie droższe od swoich odpowiedników SATA, ale spodziewamy się, że ich cena spadnie, gdy technologia się rozwinie i popyt na dyski M.2 wzrośnie.

Moduł LTE Huawei ME906J wyposażony w układ GPS na złącze M.2

Ogólnie rzecz biorąc, M.2 jest technologią, która relatywnie szybko stała się przebojem i z pewnością długo pozostanie na szczycie informatycznej hierarchii. Dyski twarde od dawna są uznawane za najbardziej problematyczne podzespoły w świecie hardware, ale technologia M.2 może w końcu to zmienić. Ponad 1,2 GB /s prędkości odczytu we wczesnej wersji M.2 to wynik niesamowity i sprawiający, że z ekscytacją obserwujemy, jak technologia ta rozwinie się w przeciągu kilku kolejnych lat.

Interfejs NVMe to szybkie dyski M.2

Skrót NVMe powstał od angielskiego Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification, oznaczającego "Specyfikacja interfejsu kontrolera hosta pamięci nieulotnej". Jest on zoptymalizowanym interfejsem magistrali PCIe przeznaczonym dla dysków SSD podłączanych za pomocą interfejsu PCI Express. Interfejs NVMe został zaprojektowany całkowicie od zera, w celu wyeliminowania niewydajnych naleciałości technologii SATA. Mogą z niego korzystać wszystkie urządzenia pamięci nieulotnej, tak więc również właśnie dyski SSD. Na rynku są już dostępne dyski PCI-E 3.0 x4 oparte o interfejs NVMe, takie jak Samsung 960 PRO. Ten napęd ma wydajność zapisu sekwencyjnego do 2100 MB/s i odczyt sekwencyjny do 3500 MB/s.

Jeden z najszybszych dysków pod gniazdo M.2, czyli Samsung 960 PRO z interfejsem NVMe

Przypisy

Dyski M.2 na wikipedia
Gniazda M.2 na ASUS ROG

Popularne dyski M.2