M.2

M.2 (ранее известный как Next Generation Form Factor и NGFF) — спецификация компактных компьютерных карт расширения и их разъёмов. Был создан в качестве замены формату mSATA и Mini PCI-E, использовавшему физический разъём и размеры модулей Mini PCI-E. Стандарт M.2 допускает более разнообразные размеры модулей, как по ширине, так и по длине. Формат M.2 часто используется для реализации производительных твердотельных накопителей (на базе флеш-памяти, SSD), особенно при использовании в компактных устройствах, таких как ультрабуки и планшеты[1].

Сравнение размеров твердотельного флеш-накопителя (SSD) формата mSATA (слева) и формата M.2 (справа; размер 2242, ключ B и M).

Интерфейсы, выведенные на разъём M.2, являются надмножеством интерфейса PCI Express. Платы M.2 могут иметь различные ключевые вырезы для обозначения конкретного варианта используемого интерфейса[1][2].

Возможности
SSD-накопитель M.2 форм-фактора 2280, ключ M, установленный в пассивный переходник HHHL для слота PCI-express 4x

Карты расширения M.2 могут предоставлять различные функции, например: Wi-Fi, Bluetooth, спутниковая навигация, NFC-радиосвязь, цифровое радио, Wireless Gigabit Alliance (WiGig), Wireless WAN (WWAN). В виде модулей M.2 часто изготавливают быстрые и компактные твердотельные флеш-накопители (SSD). На разъём M.2 выводятся шины PCI Express 3.0, Serial ATA 3.0 и USB 3.0 (включая обратную совместимость с USB 2.0). Спецификация SATA 3.2 по состоянию на август 2013 определила формат SATA M.2 для носителей информации[3][4].

В составе M.2 реализован PCI Express 4x (4 линии) и один порт SATA 3.0 со скоростью до 6 Гбит/с, поэтому в форм-факторе M.2 могут быть реализованы как устройства PCI Express, так и накопители SATA. Используется стандартный PCI Express без каких-либо дополнительных слоёв абстракции[5]. Группа PCI-SIG выпустила спецификацию M.2 версии 1.0 в декабре 2013 года[6].

Для карт расширения M.2 доступно три варианта реализации логического интерфейса и набора команд:

Legacy SATA
Используется для SSD с SATA интерфейсом, драйвером AHCI и скоростями до 6,0 Гбит/с (SATA 3.0)
PCI Express с использованием AHCI
Используется для SSD с интерфейсом PCI Express и драйвером AHCI (для совместимости с большим количеством операционных систем). Из-за использования AHCI производительность может быть несколько ниже оптимальной (получаемой с NVMe), так как AHCI был разработан для взаимодействия с более медленными накопителями с медленным последовательным доступом (например HDD), а не для SSD с быстрым случайным доступом.
PCI Express с использованием NVMe
Используется для SSD с интерфейсом PCI Express и высокопроизводительным драйвером NVMe, созданным для работы с быстрыми флеш-накопителями. NVMe был разработан с учётом низких задержек и параллелизма SSD с интерфейсом PCI Express. NVMe лучше использует параллелизм в управляющем компьютере и программном обеспечении, требует меньше стадий при передаче данных, предоставляет более глубокую очередь команд и более эффективную обработку прерываний.

Форм-фактор и ключи

Стандарт M.2 разрабатывался в качестве обновления и улучшения формата mSATA, позволяя использовать печатные платы большего размера. Если mSATA использовал размеры модулей Mini PCI-E, то M.2 позволил увеличить использование площади карты, например, в M.2 возможны более длинные модули и двухстороннее размещение компонентов на плате.

Модули M.2 имеют прямоугольную форму, на одной из сторон карты расположен разъём (75 позиций с 67 контактными площадками с шагом в 0,5 мм). На противоположной стороне находится полукруглое отверстие для фиксации. Каждый контакт выдерживает напряжение до 50 В и ток до 0,5 А. Разъём гарантирует как минимум 60 циклов подключения-отключения. В стандарте M.2 допускаются модули шириной 12, 16, 22 или 30 мм и длиной 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 или 110 мм. Изначально карты M.2 производились с шириной 22 мм и длиной 30, 42, 60, 80 и 110 мм[1][2][7][8].


Ключи карт M.2 и предоставляемые интерфейсы[2]:8[7]:3
Ключ Разрезы Интерфейсы
A 8-15 PCIe ×2, USB 2.0, I2C and DP ×4
B 12-19 PCIe ×2, SATA, USB 2.0 и 3.0, Звук, PCM, IUM, SSIC и I2C
C 16-23 Резерв
D 20-27 Резерв
E 24-31 PCIe ×2, USB 2.0, I2C, SDIO, UART и PCM
F 28-35 «Future Memory Interface» (FMI)
G 39-46 «Generic» (не используется в спецификации M.2)
H 43-50 Резерв
J 47-54 Резерв
K 51-58 Резерв
L 55-62 Резерв
M 59-66 PCIe ×4 и SATA
Максимальная толщина компонентов на картах M.2, мм[2]:8[7]:3
Тип Сверху Снизу
S11,20Не допускаются
S21,35Не допускаются
S31,50Не допускаются
D11,201,35
D21,351,35
D31,501,35
D41,500,70
D51,501,50
Ключевые разрезы карты M.2 в позициях B и M; также видно наложение контактов с разных сторон модуля M.2

Печатные платы карт расширения M.2 на одном из краёв предоставляют ножевой разъём с 75 позициями. В зависимости от типа модуля, вместо части позиций сделаны ключевые разрезы. Слот M.2 на материнской плате может иметь заглушки на некоторых ключевых позициях, определяя тип модулей и интерфейсы, совместимые с ним. По состоянию на апрель 2014 года слоты выполнялись с единственной заглушкой либо в позиции B, либо в позиции M[2][7][9]. Например, модуль M.2 с двумя ключевыми разрезами B и M может использовать до двух линий PCI Express и совместим с большим количеством слотов, тогда как карты M.2 с ключом в позиции M могут использовать до 4 линий PCI Express. Оба варианта также могут использовать линии SATA. Сходная система ключей используется для карт M.2 с интерфейсом USB 3.0.[2][9][10]

Типы карт M.2 маркируются кодом по схеме WWLL-HH-K-K или WWLL-HH-K, где WW и LL — размеры модуля в ширину и длину в миллиметрах. В HH кодируется, является ли модуль односторонним или двухсторонним, а также максимальная допустимая высота (толщина) размещённых на нём компонентов, например «D2». Часть K-K обозначает ключевые разрезы; если модуль использует лишь один ключ, используется одна буква K[2][7].

Наиболее популярные форм-факторы M.2 по состоянию на 2016 год: ширина 22 мм, длина 80 или 60 мм (M.2-2280 и M.2-2260), реже 42 мм. Многие ранние M.2 накопители и материнские платы использовали интерфейс SATA. Некоторые материнские платы также реализуют PCI Express[11]. Для SSD наиболее популярны ключи B (SATA и PCIe x2) и M (SATA и PCIe x4). Для подключения карт расширения, например WiFi, используются модули размера 1630 и 2230 и ключи A или E[12].

Кроме сменных карт расширения, стандарт M.2 определяет вариант модулей, припаиваемых к материнской плате в процессе её изготовления[7].

Примечания
  1. SATA M.2 Card. SATA-IO. Дата обращения: 2013-09-14.mdy.2022.
  2. M.2 Connector (NGFF) Introduction (PDF) (недоступная ссылка). orvem.eu. ATTEND. Дата обращения: 2014-01-17.mdy.2022. Архивировано 3 февраля 2014 года.
  3. Serial ATA Revision 3.2 (Gold Revision) (PDF) (недоступная ссылка). knowledgetek.com. SATA-IO (2013-08-07.mdy.2022). Дата обращения: 2014-03-27.mdy.2022. Архивировано 27 марта 2014 года.
  4. SATA-IO FAQ (недоступная ссылка). SATA-IO. Дата обращения: 2013-09-14.mdy.2022. Архивировано 4 октября 2013 года.
  5. Paul Wassenberg. SATA Express: PCIe Client Storage (PDF) (недоступная ссылка). SATA-IO. Дата обращения: 2013-10-02.mdy.2022. Архивировано 4 октября 2013 года.
  6. PCI Express M.2 Specification Revision 1.0. PCI-SIG. Дата обращения: 2013-12-14.mdy.2022.
  7. M.2 (NGFF) Quick Reference Guide (PDF). Tyco Electronics. Дата обращения: 2013-11-16.mdy.2022.
  8. Intel SSD 530 Series Arriving Next Week – Feature NGFF M.2 Interface. WCCF Tech. Дата обращения: 2013-09-14.mdy.2022.
  9. Marshall R. Buying an M.2 SSD? How to tell which is which?. Asus (2014-04-07.mdy.2022). Дата обращения: 2014-04-28.mdy.2022.
  10. Les Tokar. Understanding M.2 NGFF SSD standardization (or the lack of). The SSD Review (2013-11-24.mdy.2022). Дата обращения: 2014-04-28.mdy.2022.
  11. John Burek. 2016 Guide: The Best M.2 Solid-State Drives, Tested (англ.), Computer Shopper (February 8, 2016). Архивировано 31 июля 2016 года. Дата обращения 3 августа 2016.
  12. Understanding M.2, the interface that will speed up your next SSD | Ars Technica

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.