مع تصغير أجهزة الكمبيوتر ، يجب أن تكون مكونات الأجهزة مثل محركات أقراص التخزين. سمح إدخال محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة بتصميمات أرق مثل Ultrabooks ، ولكن هذا تصادم مع واجهة SATA القياسية في الصناعة.
تم تصميم واجهة mSATA لإنشاء بطاقة ملف تعريف رفيعة يمكن أن تتفاعل مع واجهة SATA. ظهرت مشكلة جديدة عندما حدت معايير SATA 3.0 من أداء محركات أقراص الحالة الصلبة. كان لابد من تطوير شكل جديد لواجهة البطاقة المدمجة لتصحيح هذه المشكلات.
يُسمى في الأصل NGFF (عامل النموذج من الجيل التالي) ، تم توحيد الواجهة الجديدة في واجهة محرك M.2 وفقًا لمواصفات الإصدار 3.2 من SATA.
سرعات أسرع
بينما الحجم هو عامل في تطوير الواجهة ، فإن سرعة محرك الأقراص مهمة بنفس القدر. قيّدت مواصفات SATA 3.0 النطاق الترددي الحقيقي لمحرك أقراص SSD على واجهة محرك الأقراص بحوالي 600 ميجابايت / ثانية ، وهو ما وصل إليه العديد من محركات الأقراص. قدمت مواصفات SATA 3.2 نهجًا مختلطًا جديدًا لواجهة M.2 ، كما فعلت مع SATA Express.
في الأساس ، يمكن لبطاقة M.2 الجديدة استخدام مواصفات SATA 3.0 الحالية وقصرها على 600 ميجابايت / ثانية. أو يمكنه استخدام PCI-Express ، والذي يوفر عرض نطاق ترددي يبلغ 1 جيجابايت / ثانية وفقًا لمعايير PCI-Express 3.0 الحالية. هذه السرعة التي تبلغ 1 جيجابايت / ثانية مخصصة لمسار PCI-Express واحد ، ولكن من الممكن استخدام مسارات متعددة. وفقًا لمواصفات M.2 SSD ، يمكن استخدام ما يصل إلى أربعة ممرات. سيوفر استخدام مسارين نظريًا 2.0 جيجابايت / ثانية ، بينما توفر أربعة ممرات ما يصل إلى 4.0 جيجابايت / ثانية.
مع الإصدار النهائي لـ PCI-Express 4.0 ، ستتضاعف هذه السرعات بشكل فعال. إصدار PCI-Express 5.0 في عام 2017 ، شهدت زيادة في عرض النطاق الترددي إلى 32 جي تي / ثانية ، مع 63 جيجابايت / ثانية في تكوين 16 مسارًا. شهد PCI-Express 6.0 (2019) مضاعفة أخرى لعرض النطاق الترددي إلى 64 GT / s ، مما يسمح بـ 126 جيجابايت / ثانية في كل اتجاه.
ليست كل الأنظمة تحقق هذه السرعات. يجب إعداد محرك M.2 والواجهة في نفس الوضع. تستخدم واجهة M.2 إما وضع SATA القديم أو أوضاع PCI-Express الأحدث. يختار محرك الأقراص الذي سيتم استخدامه.
على سبيل المثال ، محرك M.2 مصمم بوضع SATA القديم مقيد بـ 600 ميجابايت / ثانية. بينما محرك M.2 متوافق مع PCI-Express حتى أربعة ممرات (x4) ، يستخدم الكمبيوتر مسارين فقط (x2). ينتج عن هذا سرعات قصوى تبلغ 2.0 جيجابايت / ثانية. للحصول على أقصى سرعة ممكنة ، تحقق من دعم محرك الأقراص والكمبيوتر أو اللوحة الأم.
أحجام أصغر وأكبر
كان أحد أهداف تصميم محرك M.2 هو تقليل الحجم الكلي لجهاز التخزين.تم تحقيق ذلك بإحدى الطرق العديدة. أولاً ، تم جعل البطاقات أضيق مما كانت عليه في عامل الشكل mSATA السابق. يبلغ عرض بطاقات M.2 22 مم ، مقارنة بـ 30 مم من mSATA. كما أن طول البطاقات أقصر بطول 30 مم ، مقارنة بـ 50 مم من mSATA. الفرق هو أن بطاقات M.2 تدعم أطوالًا أطول تصل إلى 110 ملم. هذا يعني أن محركات الأقراص هذه يمكن أن تكون أكبر ، مما يوفر مساحة أكبر للرقائق ، وبالتالي سعات أعلى.
بالإضافة إلى طول وعرض البطاقات ، هناك خيار للوحات M.2 أحادية الجانب أو مزدوجة الوجه. توفر الألواح أحادية الجانب مظهرًا رفيعًا ومفيدة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة فائقة النحافة. تسمح اللوحة ذات الوجهين بتركيب ضعف عدد الرقائق على لوحة M.2 ، مما يسمح بسعات تخزين أكبر. هذا مفيد لتطبيقات سطح المكتب المضغوط حيث المساحة ليست حرجة.
المشكلة هي أنك بحاجة إلى أن تكون على دراية بنوع موصل M.2 الموجود على الكمبيوتر ، بالإضافة إلى مساحة لطول البطاقة. تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر المحمولة فقط موصلًا أحادي الجانب ، مما يعني أن أجهزة الكمبيوتر المحمولة لا يمكنها استخدام بطاقات M.2 على الوجهين.
أوضاع الأمر
لأكثر من عقد من الزمان ، جعلت SATA التخزين عملية توصيل وتشغيل. ويرجع ذلك إلى الواجهة البسيطة وهيكل أوامر AHCI (Advanced Host Controller Interface).
AHCI هو كيفية توصيل أجهزة الكمبيوتر للتعليمات مع أجهزة التخزين. إنه مدمج في جميع أنظمة التشغيل الحديثة ولا يتطلب تثبيت برامج تشغيل إضافية عند إضافة محركات أقراص جديدة.
تم تطوير AHCI في عصر كانت فيه محركات الأقراص الثابتة ذات قدرة محدودة على معالجة التعليمات بسبب الطبيعة الفيزيائية لرؤوس الأقراص والأطباق. كانت قائمة انتظار أوامر واحدة تحتوي على 32 أمرًا كافية. المشكلة هي أن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة اليوم تفعل أكثر من ذلك بكثير ، لكنها لا تزال مقيدة بواسطة محركات AHCI.
تم تطوير بنية الأوامر وبرامج التشغيل NVMe (الذاكرة غير المتطايرة) للتخلص من هذا الاختناق وتحسين الأداء.بدلاً من استخدام قائمة انتظار أوامر واحدة ، فإنه يوفر ما يصل إلى 65.536 قائمة انتظار أوامر ، بما يصل إلى 65.536 أمرًا لكل قائمة انتظار. يسمح هذا بمعالجة متوازية أكثر لطلبات التخزين والقراءة والكتابة ، مما يعزز الأداء على هيكل أوامر AHCI.
في حين أن هذا أمر رائع ، إلا أن هناك مشكلة صغيرة. تم دمج AHCI في جميع أنظمة التشغيل الحديثة ، لكن NVMe ليس كذلك. يجب تثبيت برامج التشغيل أعلى أنظمة التشغيل الحالية لتحقيق أقصى استفادة من محركات الأقراص. هذه مشكلة للعديد من أنظمة التشغيل الأقدم.
تسمح مواصفات محرك M.2 بأي من الوضعين. هذا يجعل اعتماد الواجهة الجديدة أسهل مع أجهزة الكمبيوتر والتقنيات الموجودة. مع تحسن دعم بنية أوامر NVMe ، يمكن استخدام نفس محركات الأقراص مع وضع الأوامر الجديد هذا. ومع ذلك ، فإن التبديل بين الوضعين يتطلب إعادة تهيئة محركات الأقراص.
تحسين استهلاك الطاقة
الكمبيوتر المحمول له وقت تشغيل محدود بناءً على حجم بطارياته والطاقة المستمدة من مكوناته. تقلل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة من استهلاك الطاقة لمكون التخزين ، ولكن هناك مجال للتحسين.
نظرًا لأن واجهة M.2 SSD جزء من مواصفات SATA 3.2 ، فهي تتضمن ميزات أخرى خارج الواجهة. يتضمن هذا ميزة جديدة تسمى DevSleep. نظرًا لأن المزيد من الأنظمة مصممة للانتقال إلى وضع السكون عند إغلاقها أو إيقاف تشغيلها ، بدلاً من إيقاف التشغيل تمامًا ، فهناك سحب مستمر للبطارية للحفاظ على بعض البيانات نشطة للاسترداد السريع عند إيقاظ الجهاز. يقلل DevSleep من كمية الطاقة التي تستخدمها الأجهزة عن طريق إنشاء حالة طاقة منخفضة جديدة. يجب أن يؤدي هذا إلى إطالة وقت التشغيل لأجهزة الكمبيوتر التي تم وضعها في وضع السكون.
مشاكل التمهيد
واجهة M.2 هي تقدم في تخزين الكمبيوتر والأداء. يجب أن تستخدم أجهزة الكمبيوتر ناقل PCI-Express للحصول على أفضل أداء. وإلا فإنه يعمل بنفس طريقة تشغيل أي محرك أقراص SATA 3.0 موجود. لا تبدو هذه مشكلة كبيرة ، لكنها مشكلة مع العديد من اللوحات الأم الأولى التي تستخدم هذه الميزة.
تقدم محركات أقراص SSD أفضل تجربة عند استخدامها كمحرك الجذر أو محرك التمهيد.تكمن المشكلة في أن برامج Windows الحالية بها مشكلة في تشغيل العديد من محركات الأقراص من ناقل PCI-Express بدلاً من SATA. هذا يعني أن وجود محرك أقراص M.2 باستخدام PCI-Express لن يكون محرك الأقراص الأساسي حيث تم تثبيت نظام التشغيل أو البرامج. والنتيجة هي محرك بيانات سريع ولكن ليس محرك التمهيد.
ليست كل أجهزة الكمبيوتر وأنظمة التشغيل بها هذه المشكلة. على سبيل المثال ، طورت Apple نظام macOS (أو OS X) لاستخدام ناقل PCI-Express لأقسام الجذر. هذا لأن Apple حولت محركات أقراص SSD الخاصة بها إلى PCI-Express في عام 2013 MacBook Air - قبل الانتهاء من مواصفات M.2. قامت Microsoft بتحديث نظام التشغيل Windows 10 لدعم محركات أقراص PCI-Express و NVMe الجديدة. قد تعمل الإصدارات الأقدم من Windows أيضًا في حالة دعم الجهاز وتثبيت برامج تشغيل خارجية.
كيف يمكن باستخدام M.2 إزالة الميزات الأخرى
مجال آخر مثير للقلق ، لا سيما مع اللوحات الأم لسطح المكتب ، يتعلق بكيفية توصيل واجهة M.2 ببقية نظام الكمبيوتر.يوجد عدد محدود من ممرات PCI-Express بين المعالج وبقية الكمبيوتر. لاستخدام فتحة بطاقة M.2 متوافقة مع PCI-Express ، يجب على الشركة المصنعة للوحة الأم أن تأخذ ممرات PCI-Express هذه بعيدًا عن المكونات الأخرى على النظام.
كيف يتم تقسيم ممرات PCI-Express بين الأجهزة الموجودة على اللوحات هو مصدر قلق كبير. على سبيل المثال ، تشترك بعض الشركات المصنعة في ممرات PCI-Express مع منافذ SATA. وبالتالي ، فإن استخدام فتحة محرك M.2 قد يستهلك ما يزيد عن أربع فتحات SATA. في حالات أخرى ، قد تشترك بطاقة M.2 في تلك الممرات مع فتحات توسعة PCI-Express أخرى.
تحقق من كيفية تصميم اللوحة للتأكد من أن M.2 لن يتداخل مع الاستخدام المحتمل لمحركات الأقراص الثابتة SATA الأخرى أو محركات أقراص DVD أو محركات Blu-ray أو بطاقات التوسع الأخرى.
