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發表者: 冷日 發表時間: 2017/1/7 17:55:35

【硬派學堂】固態硬碟常見的M.2接口,深入細節你未必知道

 2016-07-13 22:51:03
在Intel 9系晶片組發布時,一部分小夥伴還在吐槽這一代晶片組沒有大的誠意,最大的更新就是SATA-E接口和M.2插槽。就當時的情況來講,SATA-E接口還沒有太多實際的產品,但是M.2接口的相對就豐富不少,實用價值也更大。如今很多筆記本或主板都配備了M.2接口,那麼M.2接口更多具體的技術和規格細節大家都清楚嗎?

今天攻城獅就和大家具體講講!

M.2插槽&M.2 SSD

首先明確一點,M.2 固態硬碟其實就是NGFF接口固態硬碟,最早由蘋果使用的,它是一個高速磁碟接口。

M.2規範是Intel提倡的微型連接器和模組方案,在2011年末到2012年初提出並推廣,其本意是與英特爾力推的「超極本」概念結合,促進筆記本的的輕薄化與小型化。當然它的出現,目的是替代2009年提出的mSATA接口,至於mSATA曾經也算風靡一時,在這裡也不多說了。

按照插槽型號來劃分,現在在常見的NGFF插槽有兩種,分別是B模式和M模式。如下圖,NGFF插槽上有一個防呆口,B和M的防呆口是反的,兩者不能混用,所以如果反裝SSD就裝不進去。

現在桌面PC上的NGFF插槽主要是M模式的,筆記本上則B模式比較常見。下圖中綠色PCB的就是M6E擴展卡上的M模式插槽,藍色PCB的就是筆記本裡面的B模式插槽。


從尺寸上來講二者區別很明顯。以SSD這種大容量存儲設備而言,mSATA SSD單面排布NAND Flash顆粒時,其厚度可以高達4.85mm;而M.2 SSD單面排布僅有2.75mm,雙面排布也只有3.85mm。另外,以寬度而言,mSATA SSD模組的寬度為30mm,M.2 SSD模組則僅為22mm,更加省空間。

另外,M.2接口模組的用途也衝破了存儲設備的限制,應用場景極廣。除SSD之外,Wi-Fi、藍牙、NFC等方面也有它的用武之地,比如M.2接口的千兆無線網卡。M.2覆蓋的協議也不僅僅限於SATA,USB、PCIe、DP,甚至UART、I2C等也是毫無壓力的。

尺寸及Key位

M.2模組的尺寸目前有11種,用Type xxyy的方式表示,xx表示寬度,yy表示長度,單位為毫米。例如上面提到的Type 2242,表示其寬度22mm,長度42mm。Type 3030則表示其寬度30nm,長度30nm。目前M.2 SSD常見的Type有三種,就是2242、2260、2280。

M.2連接器用PIN的缺口位置來表示Key,這個概念用於標明該模組提供支持的接口/協議。目前的規範中有定義的是A、B、E、F、M五種key位,這其中又以B和M兩種key位較為常見,下面是示意圖。


B Key的模組,其PIN缺口位於第12~19號位,提供對PCIe x2、SATA、USB 3.0、I2C、HSIC等的支持。

M Key的模組,其PIN缺口位於59~66號位,提供對PCIe x4、SATA和SMBus的支持。

M.2 SSD幾乎大都是「B&M」 Key的,也就是有兩個缺口。其中,支持SATA或PCIe x2的配置叫做「Socket 2」配置,支持PCIe x4的配置叫做「Socket 3」配置。

關於類型

M.2 SSD的型號較為複雜,大家日常看到和M.2 SSD一起說的概念還有SATA、PCIe和NVMe,他們和M.2 SSD什麼關係呢?來給大家做一個簡要的梳理。

首先請牢記,SATA和PCIe都是接口/總線規範。

對存儲理論稍有了解的人都知道,SATA仍然是目前最流行的存儲介質規範。以SATA 3.0版本計,其總線的帶寬為6Gbps(也就是理論最大傳輸率750MB/s),但沒有可能達到這個理論值。對於普通SATA 3.0 SSD而言,讀寫速度達到500MB/s以上,就可以視為十分優秀了。而PCIe(PCI Express)規範要強悍的多,提供的帶寬遠遠比SATA為大。比較常見的PCIe 2.0 x16(一般用於顯卡接口)的帶寬高達64Gbps,也就是說,1條PCI-e 2.0通道帶寬就有4Gbps,而1條PCI-e 3.0通道的帶寬更是翻了倍。將PCIe技術應用於SSD,可以大大提升性能。以PCIe SSD中的入門型號浦科特M6e來測定,讀寫速度都可以輕鬆達到700MB/s以上。當然,這個速度也不可能達到理論值。那麼,既然支持SATA通道的和支持PCIe通道的M.2 SSD外觀幾乎相同,那麼到底是什麼決定了走哪一條路?答案是SSD的主控晶片與主板上的接口。來舉個例子,浦科特M6G和M6E,前者採用的是Marvell 9188主控,支持SATA;而後者採用的是Marvell 9183主控,支持PCIe。另外,主板上的M.2接口可以被OEM廠商設計為僅支持SATA、僅支持PCIe和混合三種模式,目前對於筆記本而言,大多數還都是僅支持SATA的,其餘的要麼是混合支持,要麼是僅支持PCIe。需要說明,僅支持PCIe的多為高端型號。

然後請牢記,AHCI和NVMe都是邏輯接口規範。通俗來講,就是AHCI/NVMe比起SATA/PCIe來,更像是「協議」。

AHCI規範誕生於2004年,是SATA的黃金搭檔。AHCI規定的指令和協議大多是對延遲比較高的磁性存儲介質(如機械硬碟)作優化的,起到過十分重要的作用。

但是SSD普及之後,很長時間內仍然沿用 SATA+AHCI的老路,AHCI對SSD這種低延遲的快閃記憶體介質沒有任何作用,SATA的帶寬限制又進一步制約了SSD的性能發揮,NVMe就是為了破除這種桎梏而應運而生的。

NVMe的全稱叫做Non-Volatile Memory Express,大致翻譯為「非易失性存儲快速方案」, 仍然是由存儲業界巨頭如三星、Intel等制訂並推動的。它與PCIe規範 充分結合,專門針對SSD進行優化。

其與AHCI相比,讀寫延遲大大降低,對多隊列的支持十分完善,隊列深度也加深了。總而言之,PCIe+NVMe讓SSD的效能迎來了井噴式的增長。咱們以比較火的M.2 SSD三星SM951為例,其512GB版本的連續讀寫速度均達到了1.6GB/s,想對SATA3的速度來講確實非常非常快。雖然目前支持NVMe的SSD型號還較少,但攻城獅編覺得這基本上應該也是未來的大趨勢了吧。

安裝注意事項

在給自己的機器加裝M.2 SSD之前,首先你得確定至少也得是英特爾9系以上的主板;先確定機器本身有空餘的M.2插槽,並且搞清該插槽的規格。

電商渠道銷售的M.2 SSD都會標明長度,因此大家購買時需要看仔細了

一般來講,筆記本中的M.2插槽提供三種不同的固定螺絲孔位,也就是說2242、 2260、2280三種規格的SSD都可以添加。不過,2242規格的M.2 SSD受PCB板面積所限,最大容量僅有256GB,2260規格的又相對較少,因此首選加裝2280規格的M.2 SSD。


原文出處:【硬派學堂】固態硬碟常見的M.2接口,深入細節你未必知道 - 壹讀
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