با کوچکتر شدن رایانه ها، اجزای سخت افزاری مانند درایوهای ذخیره سازی نیز باید کوچکتر شوند. معرفی درایوهای حالت جامد امکان طراحی‌های نازک‌تری مانند اولترابوک‌ها را فراهم کرد، اما این امر با رابط SATA استاندارد صنعتی در تضاد بود.
رابط mSATA برای ایجاد یک کارت نمایه نازک طراحی شده است که می تواند با رابط SATA تعامل داشته باشد. زمانی که استانداردهای SATA 3.0 عملکرد SSD ها را محدود کرد، مشکل جدیدی پدیدار شد. برای اصلاح این مشکلات باید شکل جدیدی از رابط کارت فشرده ایجاد می‌شد.
اصلاً NGFF (Next Generation Form Factor) نامیده می شد، رابط جدید در رابط درایو M.2 تحت مشخصات SATA نسخه 3.2 استاندارد شده است.
سرعت سریعتر
در حالی که اندازه عاملی در توسعه یک رابط است، سرعت درایو نیز به همان اندازه حیاتی است. مشخصات SATA 3.0 پهنای باند دنیای واقعی یک SSD در رابط درایو را به حدود 600 مگابایت بر ثانیه محدود می کند که بسیاری از درایوها به آن رسیده اند. مشخصات SATA 3.2 یک رویکرد ترکیبی جدید را برای رابط M.2 معرفی کرد، همانطور که با SATA Express انجام داد.
در اصل، یک کارت M.2 جدید می تواند از مشخصات SATA 3.0 موجود استفاده کند و به 600 مگابایت بر ثانیه محدود شود. یا می تواند از PCI-Express استفاده کند که پهنای باند 1 گیگابایت بر ثانیه را تحت استانداردهای فعلی PCI-Express 3.0 فراهم می کند. این سرعت 1 گیگابایت بر ثانیه برای یک خط PCI-Express است، اما امکان استفاده از چندین خط وجود دارد. تحت مشخصات SSD M.2، می توان از چهار خط استفاده کرد. استفاده از دو خط از نظر تئوری 2.0 گیگابایت بر ثانیه را فراهم می کند، در حالی که چهار خط تا 4.0 گیگابایت بر ثانیه را فراهم می کند.
با عرضه نهایی PCI-Express 4.0، این سرعت ها عملاً دو برابر می شوند. انتشار PCI-Express 5.0 در سال 2017 شاهد افزایش پهنای باند به 32 GT/s با 63 گیگابایت بر ثانیه در پیکربندی 16 خطی بود. PCI-Express 6.0 (2019) شاهد دو برابر شدن مجدد پهنای باند به 64 GT/s بود که به 126 گیگابایت بر ثانیه در هر جهت اجازه می داد.
همه سیستم ها به این سرعت ها دست نمی یابند. درایو M.2 و رابط باید در یک حالت تنظیم شوند. رابط M.2 از حالت SATA قدیمی یا حالت های جدیدتر PCI-Express استفاده می کند. درایو انتخاب می کند که از کدام یک استفاده کند.
برای مثال، درایو M.2 طراحی شده با حالت قدیمی SATA به 600 مگابایت بر ثانیه محدود شده است. در حالی که درایو M.2 با PCI-Express تا چهار خط (x4) سازگار است، کامپیوتر فقط از دو خط (x2) استفاده می کند. این منجر به حداکثر سرعت 2.0 گیگابایت بر ثانیه می شود. برای به دست آوردن حداکثر سرعت ممکن، بررسی کنید که درایو و رایانه یا مادربرد از چه چیزی پشتیبانی می کنند.
سایزهای کوچکتر و بزرگتر
یکی از اهداف طراحی درایو M.2 کاهش اندازه کلی دستگاه ذخیره سازی بود.این امر به یکی از چندین راه به دست آمد. ابتدا، کارت‌ها نسبت به فرم فاکتور mSATA قبلی باریک‌تر شدند. کارت های M.2 22 میلی متر عرض دارند، در مقایسه با 30 میلی متر mSATA. طول کارت‌ها در مقایسه با 50 میلی‌متر mSATA، به طول 30 میلی‌متر نیز کوتاه‌تر است. تفاوت این است که کارت های M.2 از طول های طولانی تر تا 110 میلی متر پشتیبانی می کنند. این بدان معناست که این درایوها می‌توانند بزرگتر باشند که فضای بیشتری را برای تراشه‌ها و در نتیجه ظرفیت‌های بالاتر فراهم می‌کند.
علاوه بر طول و عرض کارت ها، گزینه ای برای تخته های M.2 یک طرفه یا دو طرفه وجود دارد. بردهای یک طرفه نمایه نازکی دارند و برای لپ تاپ های بسیار نازک مفید هستند. یک برد دو طرفه اجازه می دهد تا دوبرابر تعداد تراشه ها روی برد M.2 نصب شود و ظرفیت ذخیره سازی بیشتری را فراهم می کند. این برای برنامه‌های دسک‌تاپ فشرده که در آن فضا چندان حیاتی نیست مفید است.
مشکل این است که علاوه بر فضایی برای طول کارت، باید از نوع کانکتور M.2 روی رایانه نیز آگاه باشید. بیشتر لپ‌تاپ‌ها فقط از کانکتور یک طرفه استفاده می‌کنند، به این معنی که لپ‌تاپ‌ها نمی‌توانند از کارت‌های M.2 دو طرفه استفاده کنند.
حالت‌های فرمان
برای بیش از یک دهه، SATA ذخیره سازی را به یک عملیات plug-and-play تبدیل کرده است. این به دلیل رابط کاربری ساده و ساختار دستور AHCI (Advanced Host Controller Interface) است.
AHCI نحوه ارتباط رایانه‌ها با دستورالعمل‌ها با دستگاه‌های ذخیره‌سازی است. این در تمام سیستم عامل های مدرن تعبیه شده است و نیازی به نصب درایورهای اضافی در هنگام افزودن درایوهای جدید ندارد.
AHCI در دوره ای توسعه یافت که دیسک های سخت به دلیل ماهیت فیزیکی هدها و صفحات درایو، توانایی محدودی در پردازش دستورالعمل ها داشتند. یک صف فرمان با 32 دستور کافی بود. مشکل این است که درایوهای حالت جامد امروزی کارهای بیشتری انجام می دهند، اما همچنان توسط درایورهای AHCI محدود می شوند.
ساختار فرمان و درایورهای NVMe (Non-Volatile Memory Express) برای از بین بردن این تنگنا و بهبود عملکرد توسعه یافته است.به جای استفاده از یک صف فرمان، تا 65،536 صف فرمان، با حداکثر 65،536 فرمان در هر صف ارائه می‌کند. این امکان پردازش موازی بیشتر درخواست‌های خواندن و نوشتن ذخیره‌سازی را فراهم می‌آورد که عملکرد را در ساختار فرمان AHCI افزایش می‌دهد.
اگرچه این عالی است، اما کمی مشکل وجود دارد. AHCI در تمام سیستم عامل های مدرن تعبیه شده است، اما NVMe اینطور نیست. درایورها باید در بالای سیستم عامل های موجود نصب شوند تا بیشترین استفاده را از درایوها ببرید. این یک مشکل برای بسیاری از سیستم عامل های قدیمی است.
مشخصات درایو M.2 به هر یک از دو حالت اجازه می دهد. این امر پذیرش رابط جدید را با رایانه ها و فناوری های موجود آسان تر می کند. همانطور که پشتیبانی از ساختار فرمان NVMe بهبود می یابد، می توان از همان درایوها با این حالت دستور جدید استفاده کرد. با این حال، تغییر بین دو حالت مستلزم فرمت مجدد درایوها است.
بهبود مصرف برق
یک رایانه همراه بر اساس اندازه باتری و توان مصرفی اجزای آن زمان کار محدودی دارد. درایوهای حالت جامد مصرف انرژی جزء ذخیره‌سازی را کاهش می‌دهند، اما فضایی برای بهبود وجود دارد.
از آنجایی که رابط SSD M.2 بخشی از مشخصات SATA 3.2 است، ویژگی های دیگری فراتر از رابط را نیز شامل می شود. این شامل یک ویژگی جدید به نام DevSleep است. از آنجایی که سیستم‌های بیشتری برای رفتن به حالت خواب هنگام بسته یا خاموش شدن طراحی شده‌اند، به جای خاموش شدن کامل، باتری دائماً برای فعال نگه داشتن برخی از داده‌ها برای بازیابی سریع هنگام بیدار شدن دستگاه وجود دارد. DevSleep میزان برق مصرفی دستگاه ها را با ایجاد یک حالت کم مصرف جدید کاهش می دهد. این باید زمان اجرا را برای رایانه‌هایی که در حالت خواب قرار می‌دهند افزایش دهد.
مشکلات راه اندازی
رابط M.2 یک پیشرفت در ذخیره سازی و عملکرد رایانه است. کامپیوترها باید از گذرگاه PCI-Express استفاده کنند تا بهترین عملکرد را داشته باشند. در غیر این صورت، مانند هر درایو SATA 3.0 موجود اجرا می شود. به نظر نمی‌رسد این مشکل بزرگی باشد، اما برای بسیاری از اولین مادربردهایی که از این ویژگی استفاده کرده‌اند، مشکل دارد.
درایوهای SSD بهترین تجربه را هنگام استفاده به عنوان درایو اصلی یا بوت ارائه می دهند.مشکل این است که نرم افزار ویندوز موجود با مشکل بوت شدن بسیاری از درایوها از گذرگاه PCI-Express به جای SATA مشکل دارد. این بدان معناست که داشتن یک درایو M.2 با استفاده از PCI-Express، درایو اصلی که سیستم عامل یا برنامه‌ها در آن نصب می‌شوند، نخواهد بود. نتیجه یک درایو داده سریع است اما نه درایو بوت.
همه رایانه ها و سیستم عامل ها این مشکل را ندارند. به عنوان مثال، اپل macOS (یا OS X) را برای استفاده از گذرگاه PCI-Express برای پارتیشن‌های ریشه توسعه داده است. این به این دلیل است که اپل درایوهای SSD خود را قبل از نهایی شدن مشخصات M.2 در MacBook Air 2013 به PCI-Express تغییر داد. مایکروسافت ویندوز 10 را برای پشتیبانی از درایوهای جدید PCI-Express و NVMe به روز کرده است. در صورت پشتیبانی از سخت افزار و نصب درایورهای خارجی، نسخه های قدیمی ویندوز نیز ممکن است کار کنند.
چگونه استفاده از M.2 می تواند سایر ویژگی ها را حذف کند
یکی دیگر از زمینه های نگرانی، به ویژه در مورد مادربردهای رومیزی، مربوط به نحوه اتصال رابط M.2 به بقیه سیستم کامپیوتری است.تعداد محدودی خطوط PCI-Express بین پردازنده و بقیه رایانه وجود دارد. برای استفاده از اسلات کارت M.2 سازگار با PCI-Express، سازنده مادربرد باید این خطوط PCI-Express را از سایر اجزای سیستم دور کند.
نحوه تقسیم خطوط PCI-Express بین دستگاه های روی بردها یک نگرانی عمده است. به عنوان مثال، برخی از تولیدکنندگان خطوط PCI-Express را با پورت های SATA به اشتراک می گذارند. بنابراین، استفاده از اسلات درایو M.2 ممکن است بیش از چهار اسلات SATA مصرف کند. در موارد دیگر، M.2 ممکن است آن خطوط را با دیگر اسلات های توسعه PCI-Express به اشتراک بگذارد.
نحوه طراحی برد را بررسی کنید تا مطمئن شوید که M.2 با استفاده بالقوه دیگر هارد دیسک‌های SATA، درایوهای DVD، درایوهای Blu-ray یا سایر کارت‌های توسعه تداخلی ندارد.
