M.2

У этого термина существуют и другие значения, см. M2.
Сравнение размеров твердотельного флеш-накопителя (SSD) формата mSATA (слева) и формата M.2 (справа; размер 2242, ключ B и M).

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[источник не указан 1182 дня], 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].

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 ×1, 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 ×1, 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
S1 1,20 Не допускаются
S2 1,35 Не допускаются
S3 1,50 Не допускаются
D1 1,20 1,35
D2 1,35 1,35
D3 1,50 1,35
D4 1,50 0,70
D5 1,50 1,50


Ключевые разрезы карты M.2 в позициях B и M; также видно наложение контактов с разных сторон модуля M.2

По краю платы M.2 располагается 75-контактный ножевой печатный разъём. Для идентификации платы, вместо части контактов этого разъёма делают ключевые вырезы. Ответная часть (слот M.2) на материнской плате имеет соответствующие заглушки, позволяющие исключить установку несовместимых плат в слот. 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 карт М.2. Карты M.2 с ключом в позиции M могут использовать до 4 линий PCI Express. Оба варианта — B и M — поддерживают интерфейс 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. ↑ 1 2 3 SATA M.2 Card  (неопр.). SATA-IO. Дата обращения: 14 сентября 2013. Архивировано 11 марта 2021 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 M.2 Connector (NGFF) Introduction  (неопр.) (PDF). orvem.eu. ATTEND. Дата обращения: 17 января 2014. Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года.
  3. ↑ Serial ATA Revision 3.2 (Gold Revision)  (неопр.) (PDF). knowledgetek.com. SATA-IO (7 августа 2013). Дата обращения: 27 марта 2014. Архивировано из оригинала 27 марта 2014 года.
  4. ↑ SATA-IO FAQ  (неопр.). SATA-IO. Дата обращения: 14 сентября 2013. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
  5. ↑ Paul Wassenberg. SATA Express: PCIe Client Storage  (неопр.) (PDF). SATA-IO. Дата обращения: 2 октября 2013. Архивировано из оригинала 4 октября 2013 года.
  6. ↑ PCI Express M.2 Specification Revision 1.0  (неопр.). PCI-SIG. Дата обращения: 14 декабря 2013. Архивировано 11 ноября 2020 года.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 M.2 (NGFF) Quick Reference Guide  (неопр.) (PDF). Tyco Electronics. Дата обращения: 16 ноября 2013. Архивировано 10 августа 2013 года.
  8. ↑ Intel SSD 530 Series Arriving Next Week – Feature NGFF M.2 Interface  (неопр.). WCCF Tech. Дата обращения: 14 сентября 2013. Архивировано 5 сентября 2013 года.
  9. ↑ 1 2 Marshall R. Buying an M.2 SSD? How to tell which is which?  (неопр.) Asus (7 апреля 2014). Дата обращения: 28 апреля 2014. Архивировано 27 апреля 2014 года.
  10. ↑ Les Tokar. Understanding M.2 NGFF SSD standardization (or the lack of)  (неопр.). The SSD Review (24 ноября 2013). Дата обращения: 28 апреля 2014. Архивировано 26 февраля 2021 года.
  11. ↑ John Burek (2016-02-08). "2016 Guide: The Best M.2 Solid-State Drives, Tested" (англ.). Computer Shopper. Архивировано 31 июля 2016. Дата обращения: 3 августа 2016.
  12. ↑ Understanding M.2, the interface that will speed up your next SSD | Ars Technica  (неопр.). Дата обращения: 3 августа 2016. Архивировано 10 февраля 2015 года.

Ссылки

  • Медиафайлы на Викискладе
  • The Serial ATA International Organization Архивная копия от 26 января 2021 на Wayback Machine (SATA-IO)
  • PCIe SSD 101: An Overview of Standards, Markets and Performance, SNIA, August 2013, pp. 6-7
  • Samsung XP941 M.2 PCIe SSD Review (512 GB), September 22, 2013
  • LFCS: Preparing Linux for nonvolatile memory devices // LWN.net, April 19, 2013
  • Interface card mount US patent 20130294023, November 7, 2013
  • MY Blog: M.2 NGFF SSD Compatibility List, October 19, 2016 = Список совместимости форматов M.2 и компьютерной техники / Блог Выбор Пост, 2016-09-06