M.2

M.2 (algselt tuntud ka kui NGFF ingl k New Generation Form Factor) on uut tüüpi arvutisisene ühendus, mis toetab mitmete erinevate kasutusaladega mooduleid nagu SSD, WiFi, Bluetooth, GPS, NFC jm.

mSATA vs M.2

Kuna tänapäeval muutuvad arvutid järjest kompaktsemaks, siis peavad ka komponendid sealjuures väiksemaks minema. Selle jaoks loodi algselt mSATA liides, millega sai kasutada õhukest kaarti, mis ikkagi suhtles sealjuures SATA liidesega. M.2 standard on võrreldes mSATA’ga oma suuruses paindlikum ja rohkem arenenud kasutajaliidesega, mis teeb M.2 liidese kasutamise eriti sobilikuks väikestes seadmetes. M.2 toetab, erinevalt, mSATAst nii kahe- kui ühepoolseid kaarte.

mSata juures oli üheks probleemiks SATA 3.0 standard, mis piiras kiiruse 600MB/s juurde, mida paljud SSD’d juba täna ületavad.Selle probleemi lahendamiseks loodi uus M.2 liides SATA versiooni 3.2 spetsifikatsiooni all, mis on kõige levinum M.2 liidese kasutusala.

M.2 SSD

SATA 3.2 tutvustas uut lähenemist: sisuliselt saab M.2 kaart kasutada kas juba eksisteerivat SATA 3.0 ja piirata kiiruse või kasutada selle asemel PCIe siini, mis tagab PCIe 3.0 standardite alusel kiiruse 1 GB/s. M.2 suudab aga kasutada kuni 4 kahepoolset seeriaühendust-lane'e. Kahe juures oleks kiirus 2 GB/s ning nelja juures 4 GB/s. Tulevikus kasutusele võetava PCIe 4.0 standardiga, need kiirused kahekordistuksid.

Muidugi kõik süsteemid ei ole võimelised selliseid kiiruseid saavutama. M.2 liides on disainitud kasutama kas SATA legacy moodi, mis tähendab, et maksimaalseks kiiruseks on 600 MB/s või PCIe moodi, millel on kiirused suuremad. Kuid ka PCIe puhul võib kaart toetada rohkem lane'e(ehk siis suuremat kiirust) kui arvuti kasutab. Selleks, et saada suurimat võimalikku kiirust, peab kontrollima nii kaardi kui ka arvuti või emaplaadi tuge.

M.2 andmekandjatega suhtlemiseks on kolm võimalust:

• Legacy SATA: kasutatakse SATA SSD jaoks läbi AHCI(The Advanced Host Controller Interface) draiveri ja M.2 legacy SATA 3.0 konnektori.
• PCIe läbi AHCI: kasutatakse PCIe SSD jaoks läbi AHCI draiveri ja PCIe siinide.
• PCIe läbi NVMe: kasutatakse PCIe SSD jaoks läbi NVMe(Non-Volatile Memory ekspress) draiveri ja PCIe siinide, mille abil on võimalik suurem hulk kirjutamis- ja lugemispäringute paralleelprotsesse, mis aitab suurendada jõudlust võrreldes ACHI käsustruktuuriga. Probleemiks on aga see, et NVMe ei ole operatsioonisüsteemidesse sisse ehitatud ja selle kasutamiseks peab installeerima draiverid.

Välimus ja suurused

M.2 üks eesmärkidest oli ka vähendada andmesalvestuskomponentide üldist suurust. Seda saavutati mitmel moel. Esiteks tehti võrreldes mSATA liidesega, M.2 eelkäijaga, on M.2 kaardid õhemad ning lühemad. M.2 kaardid on vaid 22mm laiad ja kuni 30mm pikad, võrreldes 30mm laiade ja 50mm pikkuste mSATA kaartidega. M.2 kaardid toetavad aga ka kuni 110mm pikkuseid kaarte, mis annab rohkem ruumi kiipide jaoks. Lisaks toetab M.2 liides nii ühe- kui ka kahepoolseid kaarte. Ühepoolsed kaardid on väga õhukesed ja neid on hea kasutada näiteks õhukeste sülearvutite komponentidena. Kahepoolsed kaardid seejuures lubavad aga kaks korda rohkem kiipe, mis tähendab rohkem andmesalvestusruumi. Paljud sülearvutid aga kasutavad ainult ühepoolset konnektorit, mis tähendab, et nad ei saa kasutada kahepoolseid kaarte.

M.2 kaardid on ristkülikukujulised ning neil on ühes otsas konnektor ja teise otsa keskel poolkuukujuline kinnitamiseks mõeldud auk. Iga ühendusklemm talub kuni 50V pinget ja 0,5A voolu. Konnektor ise talub kuni 60 ühendamist.

M.2 standard lubab moodulite laiuseks 12, 16, 22 või 30mm ja pikkusteks 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 ja 110mm. Kaartide juures kasutatakse pikkuse ja laiuse näitamiseks nelja- või viienumbrilist koodi. Näiteks: 2260 tähendab, et kaart on 22mm lai ning 60mm pikk; 22110 tähendab, et kaart on 22mm lai ning 110mm pikk.

M.2 kaart paigaldatakse arvutisse emaplaadil oleva pistiku sisse ja kruvitakse ühe kruviga kinni. Komponente saab panna plaadi mõlemale poolele, maksimaalne komponendi paksus on 1,5mm ühe poole kohta. Kahe- ning ühepoolelistel plaatidel on erinevad pistikud, kuna emaplaadi ja M.2 laienduskaardi vahel peab olema piisavalt ruumi ning kahepoolsed kaardid on paksemad. Emaplaadid, millele saab paigutada pikemaid kaarte, saab ka tavaliselt paigaldada lühemaid kaarte, kuna plaat võimaldab mitmeid kohti paigalduskruvi kinnitamiseks.

M.2 moodulid võivad olla ka plaadi külge kinni joodetud. Nende puhul on tegemist alati ühepoolsete kaartidega, millel ei ole klemme.

M.2 kaartide ühendused

M.2 mooduli PCB’l on 75 klemmiga konnektor, millest on kindlad klemmid eemaldatud, et luua üks või rohkem võtmeid(täkkeid kaardi ühenduses). Emaplaadil olevad pesad võivad võimaldada ühte või mitme erineva võtmega moodulit. Erinevaid võtmeid kasutatakse erinevade otstarvete jaoks. Näiteks B ja M ühendusi kasutatakse M.2 SSD juures ning E ühendusi WiFi ja Bluetooth kaartide juures.

Paljude M.2 moodulite juures kasutatakse nimetamissüsteemi “LLPP-HH-K-K” või “LLPP-HH-K”, kus “LL” on laius ja “PP” pikkus millimeetrites. “HH” näitab, kas moodul on ühe- või kahepoolne ja nendele pandud komponentide maksimaalne paksus. “K-K” või lihtsalt “K” näitab, millise võtmega ühendus antud moodulil on. Kõik võimalikud väärtused on toodud välja allpool olevas tabelis.

Energiasäästlikkus

Sülearvutitel on akudel põhinev piiratud kasutusaeg. SSD’s on juba vähendanud sülearvutite energiakulu, aga kuna M.2 liides on SATA 3.2 spetsifikatsiooni all, siis kaasab see endaga ka erinevaid muid funktsioone. Üks nendest on DevSleep. Kuna suurem osa süsteemidest lähevad kaane kinni panemisel unerežiimi, mitte ei lülita ennast välja, siis tuleb andmete kiire taastamise jaoks osa andmeid aktiivsena hoida. See tähendab seda, et aku varustab pidevalt andmekandjat energiaga. DevSleep vähendab M.2 SSD’de poolt akust kasutatava energia hulka, luues uue madalama energiakuluga seisundi. See pikendab sülearvutite, mis pannakse välja lülitamise asemel unerežiimi, aku kestvust.

Operatsioonisüsteemide tugi

Windows 10 on uuendatud täielikult uusi PCIe ja NVMe kasutama, kui riistvara seda lubab. Vanematel versioonidel võib olla M.2 kasutamine võimalik lisadraiverite paigaldamisel. Windowsi operatsioonisüsteemidel võib olla aga probleeme kui PCIe M.2 on kasutusel esmase/alglaetava andmekandjana.

Apple on arendanud OS X kasutama PCIe siini ka alglaetava SSD’ga. Apple vahetas oma SSD seadmed üle PCIe’le juba 2013 MacBook Air’il, enne kui M.2 spetsifikatsioonid lõplikud olid.