ในขณะที่คอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลง ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์เช่นไดรฟ์จัดเก็บก็ต้องเช่นกัน การเปิดตัวไดรฟ์โซลิดสเทตอนุญาตให้มีการออกแบบที่บางลงเช่น Ultrabooks แต่สิ่งนี้ขัดแย้งกับอินเทอร์เฟซ SATA มาตรฐานอุตสาหกรรม
อินเทอร์เฟซ mSATA ออกแบบมาเพื่อสร้างการ์ดโปรไฟล์แบบบางที่สามารถโต้ตอบกับอินเทอร์เฟซ SATA ได้ ปัญหาใหม่เกิดขึ้นเมื่อมาตรฐาน SATA 3.0 จำกัดประสิทธิภาพของ SSD ต้องพัฒนาอินเทอร์เฟซการ์ดขนาดกะทัดรัดรูปแบบใหม่เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้
เดิมเรียกว่า NGFF (Next Generation Form Factor) อินเทอร์เฟซใหม่นี้ได้รับมาตรฐานในอินเทอร์เฟซไดรฟ์ M.2 ภายใต้ข้อกำหนด SATA เวอร์ชัน 3.2
ความเร็วที่เร็วขึ้น
แม้ว่าขนาดจะเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาอินเทอร์เฟซ แต่ความเร็วของไดรฟ์ก็สำคัญไม่แพ้กัน ข้อมูลจำเพาะของ SATA 3.0 จำกัดแบนด์วิดท์ในโลกแห่งความเป็นจริงของ SSD บนอินเทอร์เฟซของไดรฟ์ไว้ที่ประมาณ 600 MB/วินาที ซึ่งไดรฟ์จำนวนมากได้เข้าถึงแล้ว ข้อมูลจำเพาะของ SATA 3.2 ได้แนะนำแนวทางแบบผสมใหม่สำหรับอินเทอร์เฟซ M.2 เช่นเดียวกับที่ทำกับ SATA Express
โดยพื้นฐานแล้ว การ์ด M.2 ใหม่สามารถใช้ข้อกำหนด SATA 3.0 ที่มีอยู่และจำกัดไว้ที่ 600 MB/s หรือใช้ PCI-Express ซึ่งให้แบนด์วิดท์ 1 GB/s ภายใต้มาตรฐาน PCI-Express 3.0 ปัจจุบัน ความเร็ว 1 GB/s นั้นสำหรับเลน PCI-Express เดียว แต่สามารถใช้หลายเลนได้ ภายใต้ข้อกำหนด M.2 SSD สามารถใช้ได้ถึงสี่เลน การใช้สองเลนในทางทฤษฎีจะให้ 2.0 GB/s ในขณะที่สี่เลนจะให้มากถึง 4.0 GB/s
ด้วยการเปิดตัว PCI-Express 4.0 ในที่สุด ความเร็วเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าอย่างมีประสิทธิภาพ การเปิดตัว PCI-Express 50 ในปี 2560 มีแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นเป็น 32 GT/s โดย 63 GB/s ในการกำหนดค่า 16 เลน PCI-Express 6.0 (2019) มีแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเป็น 64 GT/s ให้ 126 GB/s ในแต่ละทิศทาง
บางระบบอาจไม่ถึงความเร็วเหล่านี้ ต้องตั้งค่าไดรฟ์ M.2 และอินเทอร์เฟซในโหมดเดียวกัน อินเทอร์เฟซ M.2 ใช้โหมด SATA ดั้งเดิมหรือโหมด PCI-Express ที่ใหม่กว่า ไดรฟ์จะเลือกอันที่จะใช้
ตัวอย่างเช่น ไดรฟ์ M.2 ที่ออกแบบด้วยโหมดดั้งเดิมของ SATA ถูกจำกัดไว้ที่ 600 MB/s แม้ว่าไดรฟ์ M.2 จะเข้ากันได้กับ PCI-Express สูงสุดสี่เลน (x4) คอมพิวเตอร์จะใช้เพียงสองเลน (x2) ส่งผลให้ความเร็วสูงสุด 2.0 GB/s เพื่อให้ได้ความเร็วสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ให้ตรวจสอบว่าไดรฟ์และคอมพิวเตอร์หรือมาเธอร์บอร์ดรองรับอะไรบ้าง
ขนาดเล็กลงและขนาดใหญ่ขึ้น
เป้าหมายหนึ่งของการออกแบบไดรฟ์ M.2 คือการลดขนาดโดยรวมของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลซึ่งทำได้หลายวิธี อย่างแรก การ์ดถูกทำให้แคบกว่าในฟอร์มแฟกเตอร์ mSATA ก่อนหน้านี้ การ์ด M.2 กว้าง 22 มม. เทียบกับ mSATA 30 มม. การ์ดมีความยาวสั้นกว่าที่ความยาว 30 มม. เมื่อเทียบกับ mSATA 50 มม. ความแตกต่างคือการ์ด M.2 รองรับความยาวได้มากถึง 110 มม. นั่นหมายความว่าไดรฟ์เหล่านี้สามารถมีขนาดใหญ่ขึ้นได้ ซึ่งให้พื้นที่สำหรับชิปที่มากขึ้น และทำให้มีความจุสูงขึ้น
นอกจากความยาวและความกว้างของการ์ดแล้ว ยังมีตัวเลือกสำหรับบอร์ด M.2 ด้านเดียวหรือสองด้าน บอร์ดด้านเดียวมีโปรไฟล์ที่บางและมีประโยชน์สำหรับแล็ปท็อปที่บางเฉียบ บอร์ดแบบสองด้านทำให้สามารถติดตั้งชิปบนบอร์ด M.2 ได้มากเป็นสองเท่า ทำให้มีความจุมากขึ้น สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชันเดสก์ท็อปขนาดกะทัดรัดที่พื้นที่ไม่สำคัญ
ปัญหาคือคุณต้องรู้ว่าขั้วต่อ M.2 อยู่ในคอมพิวเตอร์ประเภทใด นอกเหนือจากพื้นที่สำหรับความยาวของการ์ด แล็ปท็อปส่วนใหญ่ใช้เฉพาะขั้วต่อด้านเดียว ซึ่งหมายความว่าแล็ปท็อปไม่สามารถใช้การ์ด M.2 แบบสองด้านได้
โหมดคำสั่ง
SATA ได้ทำให้การจัดเก็บข้อมูลเป็นแบบพลักแอนด์เพลย์มานานกว่าทศวรรษ นี่เป็นเพราะอินเทอร์เฟซที่เรียบง่ายและโครงสร้างคำสั่ง AHCI (Advanced Host Controller Interface)
AHCI คือวิธีที่คอมพิวเตอร์สื่อสารคำสั่งกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล มันถูกสร้างขึ้นในระบบปฏิบัติการที่ทันสมัยทั้งหมดและไม่จำเป็นต้องติดตั้งไดรเวอร์เพิ่มเติมเมื่อเพิ่มไดรฟ์ใหม่
AHCI ได้รับการพัฒนาในยุคที่ฮาร์ดไดรฟ์มีความสามารถในการประมวลผลคำสั่งที่จำกัด เนื่องจากลักษณะทางกายภาพของหัวไดรฟ์และจาน คิวคำสั่งเดียวที่มี 32 คำสั่งก็เพียงพอแล้ว ปัญหาคือไดรฟ์โซลิดสเทตในปัจจุบันทำได้มากกว่านั้นมาก แต่ยังคงถูกจำกัดโดยไดรเวอร์ AHCI
โครงสร้างคำสั่งและไดรเวอร์ NVMe (Non-Volatile Memory Express) ได้รับการพัฒนาเพื่อขจัดปัญหาคอขวดนี้และปรับปรุงประสิทธิภาพแทนที่จะใช้คิวคำสั่งเดียว มีคิวคำสั่งสูงสุด 65, 536 คิว โดยสูงสุด 65, 536 คำสั่งต่อคิว ซึ่งช่วยให้ประมวลผลคำขออ่านและเขียนหน่วยเก็บข้อมูลแบบขนานได้มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเหนือโครงสร้างคำสั่ง AHCI
ถึงแม้จะดี แต่ก็มีปัญหาอยู่บ้าง AHCI ถูกสร้างขึ้นในระบบปฏิบัติการที่ทันสมัยทั้งหมด แต่ NVMe ไม่ใช่ ต้องติดตั้งไดรเวอร์ที่ด้านบนของระบบปฏิบัติการที่มีอยู่เพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจากไดรฟ์ นั่นเป็นปัญหาสำหรับระบบปฏิบัติการรุ่นเก่าหลายระบบ
ข้อมูลจำเพาะของไดรฟ์ M.2 อนุญาตให้ใช้โหมดใดโหมดหนึ่งจากสองโหมด ทำให้การนำอินเทอร์เฟซใหม่มาใช้ง่ายขึ้นด้วยคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีที่มีอยู่ เมื่อการรองรับโครงสร้างคำสั่ง NVMe ดีขึ้น ไดรฟ์เดียวกันก็สามารถใช้ได้กับโหมดคำสั่งใหม่นี้ อย่างไรก็ตาม การสลับไปมาระหว่างสองโหมดนั้นจำเป็นต้องฟอร์แมตไดรฟ์ใหม่
ปรับปรุงการใช้พลังงาน
คอมพิวเตอร์พกพามีเวลาทำงานที่จำกัดตามขนาดของแบตเตอรี่และพลังงานที่จ่ายจากส่วนประกอบต่างๆ ไดรฟ์โซลิดสเทตลดการใช้พลังงานของส่วนประกอบการจัดเก็บ แต่ยังมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุง
เนื่องจากอินเทอร์เฟซ M.2 SSD เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนด SATA 3.2 จึงมีคุณสมบัติอื่นๆ นอกเหนือจากอินเทอร์เฟซ ซึ่งรวมถึงคุณลักษณะใหม่ที่เรียกว่า DevSleep เนื่องจากระบบจำนวนมากขึ้นได้รับการออกแบบให้เข้าสู่โหมดสลีปเมื่อปิดหรือปิด แทนที่จะปิดเครื่องโดยสมบูรณ์ แบตเตอรี่จึงมีการดึงข้อมูลอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ข้อมูลบางส่วนใช้งานได้เพื่อการกู้คืนอย่างรวดเร็วเมื่อปลุกอุปกรณ์ DevSleep ลดปริมาณพลังงานที่อุปกรณ์ใช้โดยการสร้างสถานะพลังงานที่ต่ำกว่าใหม่ การดำเนินการนี้ควรยืดเวลาการทำงานของคอมพิวเตอร์ที่เข้าสู่โหมดสลีป
ปัญหาในการบูท
อินเทอร์เฟซ M.2 เป็นความก้าวหน้าในการจัดเก็บและประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ต้องใช้บัส PCI-Express เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด มิฉะนั้น มันจะทำงานเหมือนกับไดรฟ์ SATA 3.0 ที่มีอยู่ ดูเหมือนจะไม่ใช่เรื่องใหญ่ แต่เป็นปัญหากับเมนบอร์ดรุ่นแรกๆ หลายตัวที่จะใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้
SSD ไดรฟ์ให้ประสบการณ์ที่ดีที่สุดเมื่อใช้เป็นรูทหรือบูตไดรฟ์ปัญหาคือซอฟต์แวร์ Windows ที่มีอยู่มีปัญหากับไดรฟ์หลายตัวที่บูทจากบัส PCI-Express มากกว่าจาก SATA ซึ่งหมายความว่าการมีไดรฟ์ M.2 โดยใช้ PCI-Express จะไม่ใช่ไดรฟ์หลักที่ติดตั้งระบบปฏิบัติการหรือโปรแกรม ผลที่ได้คือไดรฟ์ข้อมูลที่รวดเร็ว แต่ไม่ใช่ไดรฟ์สำหรับบูต
ไม่ใช่คอมพิวเตอร์และระบบปฏิบัติการทุกเครื่องที่มีปัญหานี้ ตัวอย่างเช่น Apple ได้พัฒนา macOS (หรือ OS X) เพื่อใช้บัส PCI-Express สำหรับพาร์ติชันรูท นี่เป็นเพราะ Apple เปลี่ยนไดรฟ์ SSD เป็น PCI-Express ใน MacBook Air ปี 2013 ก่อนที่ข้อกำหนด M.2 จะสิ้นสุดลง Microsoft ได้อัปเดต Windows 10 เพื่อรองรับไดรฟ์ PCI-Express และ NVMe ใหม่ Windows เวอร์ชันเก่าอาจใช้งานได้หากฮาร์ดแวร์ได้รับการสนับสนุนและติดตั้งไดรเวอร์ภายนอก
การใช้งาน M.2 สามารถลบคุณสมบัติอื่นๆ ได้อย่างไร
ประเด็นที่น่ากังวลอีกประการหนึ่ง โดยเฉพาะกับมาเธอร์บอร์ดเดสก์ท็อป เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซ M.2 กับส่วนที่เหลือของระบบคอมพิวเตอร์มีจำนวนเลน PCI-Express ที่จำกัดระหว่างโปรเซสเซอร์กับส่วนที่เหลือของคอมพิวเตอร์ ในการใช้ช่องเสียบการ์ด M.2 ที่เข้ากันได้กับ PCI-Express ผู้ผลิตมาเธอร์บอร์ดจะต้องนำเลน PCI-Express เหล่านั้นออกจากส่วนประกอบอื่น ๆ ในระบบ
วิธีแบ่งเลน PCI-Express ระหว่างอุปกรณ์บนบอร์ดเป็นประเด็นหลัก ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตบางรายใช้เลน PCI-Express ร่วมกับพอร์ต SATA ดังนั้น การใช้สล็อตไดรฟ์ M.2 อาจกินสล็อต SATA มากกว่าสี่ช่อง ในกรณีอื่นๆ M.2 อาจแชร์เลนเหล่านั้นกับสล็อตส่วนขยาย PCI-Express อื่นๆ
ตรวจสอบว่าบอร์ดได้รับการออกแบบอย่างไรเพื่อให้แน่ใจว่า M.2 จะไม่รบกวนการใช้งานฮาร์ดไดรฟ์ SATA อื่นๆ ไดรฟ์ DVD ไดรฟ์ Blu-ray หรือการ์ดเอ็กซ์แพนชันอื่นๆ
