Sata ngff что это

Что нужно знать о форм-факторе M.2 у SSD-накопителей

Содержание

Содержание

Что нужно знать о форм-факторе M.2 у SSD-накопителей

Память SSD M.2, заменившая устаревшую mSATA, впервые была использована в мобильных платформах — лэптопах и нетбуках. Позже накопители стали устанавливать в настольные ноутбуки, ПК. Появилось 5 форм-факторов: 2230; 2242; 2260; 2280; 22110. Первые две цифры обозначают ширину, оставшиеся — длину в миллиметрах.

Самая мелкая карта SSD M.2 получила один чип памяти и размеры 22 миллиметра в ширину и 30 миллиметров в длину.

Связка ключей

Чтобы попасть в гнездо на материнской плате, планка M.2 должна иметь совместимый ключ. Могучий инженерский разум породил 12 типов ключей, но нас интересует только два из них:

ключ «B» — 6 контактов, поддержка SATA, PCI Express x2
ключ «M» — 5 контактов, поддержка SATA, PCI Express x4

Визуальные особенности: у ключа «B» зуб наточен справа, у ключа «M» — слева.

Технологии SATA и PCIe x2 — устарели. Разумеется, всем хочется поставить память M.2 c ключом «M», умеющую передавать данные по четырем дорожкам в два потока со скоростью 4 — 7,8 ГБ/с на чтение и запись.

Старые материнки такой ключ не поддерживают, поэтому была разработана универсальная «многозубая» планка, похожая на кремлевскую стену.

Универсальная планка получила две прорези в диапазоне 12–19 и 59–66 контактов, объединив поддержку всех типов интерфейсов, включая USB 3.0, через адаптер.

Не важно, какой ключ поддерживает материнка и, если у нее соответствующий интерфейс, память с ключом «B» и «M» будет работать на всех компьютерах.

SATA или PCI?

Теоретически предпочтителен PCI-интерфейс. Предел SATA — 6,0 Гбит/с, PCI Express x4 — 32 Гбайт/с. На практике, из-за повышенной «жирности» видеоадаптеров, даже одну PCI M.2 сложно установить. Кроме тесноты, возникает еще одна сложность: быстрый SSD — это маленький обогреватель.

Горячая проблема

Слот для M.2 SATA на материнской плате расположен близко к видеокарте. Если установлено сразу две высокотехнологичных «грелки», температура SSD под нагрузкой может подпрыгнуть до 110 ℃.

С одной видеокартой без нагрузки — 60–70 ℃.

Для маленьких корпусов — это серьезная проблема, начинается троттлинг скорости чтения и записи. Очевидное решение — поставить пассивную или активную систему охлаждения, но не все так просто.

Пассивное охлаждение

Алюминиевая планка устанавливается, если температура под нагрузкой SSD M.2 превышает 70–80 ℃. Может понадобиться тем, кто часто перезаписывает большие объемы данных или решил установить 2–3 видеокарты в маленький корпус без водного охлаждения.

Популярный формат: ширина 20–22 мм, толщина — 3,5–6 мм. Длину следует подбирать в соответствии с форм-фактором планки. Вес изделия около 16 грамм. В продаже полно готовых решений.

Некоторые пользователи пытаются приколхозить крепежные пластины из строительных магазинов, — лучше так не делать. В заводском варианте пластины защелкиваются специальным замком, радиатор контактирует с планкой через термопрокладку.

Проблема №1: отсутствие решений для памяти с двухсторонним размещением чипов. Тепло проходит через термопрокладку и отводится алюминиевой панелью только с одной стороны.

Проблема №2: тепло с пластины попадает внутрь корпуса и на видеокарту, необходимо много пустого пространства, что бы накопленные градусы успевали рассеиваться.

Проблема №3: температура действительно падает на 15–20 ℃, но охлаждение после пика нагрузки происходит значительно медленнее и на прямую зависит от внутрисистемных кулеров.

На некоторые планки M.2 производители устанавливают тепловые экраны для защиты от нагрева видеокартой. Такое решение в целом малоэффективно и подходит только пользователям, редко переписывающим данные.

Для М.2 SATA есть еще одно решение — адаптер. Используя длинный «хвостик», можно разместить память в самом холодном месте системного блока или вынести планку за его пределы. Но есть один минус: при передаче через USB скорость чтения и записи снижается на 10–15%.

Активное охлаждение и СЖО

Дополнительный вентилятор, работающий на выдув, способен решить проблему «поджаривания» памяти. Лучше всего его использовать в комплекте с пассивным охлаждением.

Проблема №1: для получения эффекта необходимо установить достаточно большой кулер размером 92–100 мм таким образом, чтобы теплому потоку воздуха не мешали покидать корпус провода и другие элементы внутреннего убранства.

В идеале следует установить СЖО рядом с планкой, тогда температура M.2 при нагрузке будет на уровне 40–50 градусов. Единственная проблема — грамотно разместить охлаждение в корпусе, особенно, если он маленький.

Источник

M.2 (NGFF)

Обзор форм-фактора M.2

M.2 (в первоначальном варианте — NGFF, Next Generation Form Factor) — форм-фактор компактных плат расширения.
Платы M.2 имеют прямоугольную форму с 67-контактным двухсторонним ножевым разъемом и полукруглым вырезом для фиксации винтом.

Спецификация M.2 разрабатывается группой PCI-SIG M.2 http://www.pcisig.com

Преимущества и недостатки M.2

Ключевые преимущества форм-фактора:
— компактная плата;
— не занимает разъем PCIe на материнской плате и не требует место для диска в корпусе;
— высочайшая скорость передачи данных по каналам интерфейса определяется скоростью PCIe;
— универсальность — поддерживаются интерфейсы NVMe и SATA.

Недостатки:
— не поддерживается горячая замена накопителей;
— затрудненный доступ к накопителю;
— несовместимость со старыми версиями интерфейса;
— недостаточно динамичный переход на новый форм-фактор.

Маркировка, размеры

Платы M.2 маркируются по следующей схеме:
ШШДД-СВ-К1-К2
где:
ШШ — ширина модуля в мм. Наиболее распространенная ширина SSD накопителей — 22 мм. Допускаются модули шириной 12, 16, 22 или 30 мм.
ДД — длина модуля в мм. Распространены модули SSD длиной 42 и 80 мм. Допустимая длина модулей — 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 или 110 мм.
СВ — высота и количество сторон. M.2 плата может быть с односторонним или двухсторонним монтажом навесных элементов. «С» показывает количество сторон, «В» — максимальную высоту навесных элементов (приводятся далее). Для односторонних плат определены следующие размеры в мм: 1.2 (S1), 1.35 (S2), 1.5 (S3). Для двухсторонних плат (сверху/снизу) в мм: 1.2/1.35 (D1), 1.35/1.35 (D2), 1.5/1.35 (D3), 1.5/0.7 (D4), 1.5/1.5 (D5).
К1 и К2 — ключи для плат с различными интерфейсами. Плата может иметь один или два ключа. Для SSD накопителей используют ключ «B» (вырез 12-19) для PCIe ×2 / SATA и ключ «M» (вырез 59-66) для PCIe ×4 / SATA накопителей.

Установка одностороннего модуля M.2 на плату.

Установка двухстороннего модуля M.2 на плату.

Варианты разъема для одно- и двухсторонних модулей M.2

Интерфейс

Стандарт M.2 достаточно универсальный. На разъем M.2 могут быть выведены интерфейсы PCI Express 3.0 и SATA 3.0, а также USB 3.0.
Накопители M.2 могут использовать подключение как по линиям PCI Express, так и SATA Express.
SATA SSD подключаются на скорости до 6 Гб/с и поддерживаются традиционными драйверами SATA/AHCI.
Подключение PCIe SSD с драйверами PCIe/AHCI происходит по линиям PCIe, но поддерживается драйвером AHCI и обеспечивает более широкую обратную совместимость с программным обеспечением. При этом, обработка сопряжена с большими, чем при подключении по протоколу PCIe/NVMe задержками и, как следствие, с частичной потерей производительности.
Самое производительное решение — работа PCIe SSD с «родным» PCIe/NVMe драйвером обеспечивает и самые высокие скорости и минимально возможные задержки передачи данных.

Ключи

«Ключи» — перемычки в разъеме интерфейса и вырезы на плате M.2, предотвращающие ее неправильную установку. Благодаря ключам невозможно подключить плату «вверх ногами» и плату с «неправильным» интерфейсом.
M.2 допускает наличие одного или двух ключей на плате. Их расположение привязано к номерам контактов разъема и четко определено набором ключей. Каждый ключ в наборе имеет буквенную маркировку.

Ключи «B» и «M», а также двойной ключ «B+M» в разъеме платы M.2.
Вырезы расположены несимметрично относительно краев платы — это не позволяет вставить накопитель перевернутым.

Для SSD накопителей используются 2 ключа из набора — B и M.
«B» — вырез на месте 12-19 контактов, позволяет подключить накопитель с интерфейсом PCIe x2 / SATA / USB 2.0 / USB 3.0.
«M» — вырез на месте 59-66 контактов, позволяет подключить накопитель с интерфейсом PCIe x4 / SATA.
В соответствии с этим, SSD накопители с интерфейсом PCIe x2 или SATA имеют ключ «B» или двойной ключ «B+M» (чаще всего).
SSD накопители с интерфейсом PCIe x4 имеют ключ «M».

Установка

Установку M.2 SSD иллюстрирует следующий рисунок:

Установка платы M.2 в систему

Порядок установки модуля M.2:
Извлеките модуль M.2 из защитной упаковки.
Сориентируйте модуль в соответствии с ключом интерфейсного разъема.
Вставьте ножевой разъем модуля в разъем интерфейса под углом.
Удерживая под углом примерно в 25 градусов введите модуль в разъем интерфейса до упора.
Прижмите модуль к крепежной втулке, зафиксируйте его положение винтом.

Особенности форм-факторов и их применение в конкретной системе рассматриваются в заметке Выбор NVMe SSD. Форм-фактор

Источник

Разъем M.2 (NGFF) — что это? Разбираемся, что к чему!

Автор: STRIDER · Опубликовано 24.02.2018 · Обновлено 12.05.2021

Разъем M.2 (ранее известный как Next Generation Form Factor и NGFF) — это спецификация входящая в состав стандарта SATA 3.2 для компьютерных устройств и их разъемов, утвержденная международной организацией Serial ATA International Organization (SATA-IO) для планшетов и тонких компьютеров. Создана для замены уже устаревших форматов SATA, mSATA и Mini PCI-E. Ключевым новшеством M.2 (NGFF) стала поддержка передачи данных по линии PCI Express 3.0 с совокупной теоретической пропускной способностью до 32 Гбит/с. Что почти в 6 раз больше чем позволял стандарт SATA 3.0.

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) и другие. В виде модулей M.2 часто изготавливают быстрые и компактные твердотельные флеш-накопители (SSD).

Применение нового формата устройств позволил использовать режим минимального энергопотребления DevSleep, механизм управления питанием Transitional Energy Reporting, механизм Hybrid Information (повышающий эффективность кэширования данных в гибридных накопителях) и Rebuild Assist (функция, которая ускоряет процесс восстановления данных в массивах RAID).

Форм-фактор и ключи.

Если проще, M.2 представляет собой мобильную разновидность протокола SATA Express, описанного в спецификации SATA 3.2 для планшетов и тонких компьютеров. Этот интерфейс может быть совместим с устройствами, работающими по протоколам SATA, PCI Express, USB 3.0, I2C и другими. M.2 поддерживает до четырёх линий PCI Express 3.0, в то время как разъёмы SATA Express передают данные лишь по двум линиям PCI Express 2.0. Платы имеют 4 варианта ширины (12, 16, 22 и 30 миллиметров) и 8 вариантов длины (16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 и 110 миллиметров).

Помимо длины и ширины устройств подключаемых к M.2, описаны стандарты толщины компонентов на плате. Также, одностороннее и двухстороннее исполнение монтажа (Single Sided и Double Sided), разделенное на еще 8 типов. Для более удобного понимания, ниже приведу таблицу:

Толщина компонентов на плате устройства подключаемого к M.2 (размеры указаны в миллиметрах).

Для указания типа M.2 — устройства 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. Если используется K-K, то модуль имеет 2 ключа.

Диаграмма с подробной расшифровкой всех значений маркировки с указанием величин.

По состоянию на 2018 год, наиболее популярными размерами определены: 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, для них наиболее популярны ключи B (SATA и PCIe x2). Современные же материнские платы реализуют в разъеме M.2 PCI Express 3.0 x4 и соответствующий ключ M (SATA и PCIe x4). Устройства разработанные под использование в разъемах с ключом M, электрически не совместимы с разъемом B, и наоборот, без явного на то указания. Хотя не редко, как показывает практика физически совместимы (если перевернуть). Для подключения карт расширения, например WiFi, используются модули размера 1630 и 2230 и ключи A или E.

M.2 — плата должна не только подходить по размеру, но и иметь совместимое со слотом расположение ключей. Ключи ограничивают механическую совместимость между различными разъёмами и платами форм-фактора M.2 и препятствует неправильной установке накопителей в слоте.

Собственно перед покупкой платы расширения необходимо уточнить у производителя тип разъема и совместимые размеры (по длине, ширине, толщине, одностороннее и двухстороннее исполнение).

В крайнем случае посчитать контакты разъема и сравнить с рисунком ниже.

Что такое Socket 1, Socket 2, Socket 3 в применении к M.2 (NGFF) устройствам?

Действительно, встречается понятие сокет и для M.2 устройств. Думаю создание групп разъемов M.2 на Socket 1,2,3 для упрощенного разделения не совместимых между собой устройств. Формально разделяя все виды устройств на 3 простых для понимания типа.

Принцип деления наглядно показан в следующей таблице:

Socket 1

Обычно, модули связи (WIFi адаптеры, Bluetooth, NFC и прочее)

Socket 2

Для компактных 3G/4G модемов M.2, но возможно появление другого оборудования

Socket 2

Для M.2 SSD и другого оборудования с универсальным ключом B+M

Socket 3

Для M.2 SSD и другого оборудования с ключом М и универсальным ключом B+M

Разберем пример на основе реальных интернет-магазинов:

SSD диск SAMSUNG M.2 860 EVO 250 Гб M.2 2280 SATA III (MZ-N6E250BW)

Из описания видно — перед нами SSD Samsung с емкостью 250Gb, разработанный для использования в разъеме M.2. Далее идет маркировка «2280» указывающая физический размер — 22 мм в ширину, 80 мм в длину. Про толщину и одностороннее или двухстороннее исполнение — ни слова. В данном случае придется уточнять из других источников, либо производителя накопителя. После указания маркировки размера написано — SATA III. Что это означает? Это означает что накопитель использует логический интерфейс SATA III. То есть, перед нами все тот же классический накопитель SATA, но выполненный под размеры и разъем M.2. Скоростные преимущества PCI Express здесь не использованы.

Все, описание продавца на этом исчерпаны. Чего нам еще не хватает? Нам не хватает явного указания типа ключа разъема, это пускай останется на совести продавца. Но мы визуально видим 2 прорези, это означает возможность использования данного накопителя в составе материнских плат с разъемом типа B и типа M. Это визуальная оценка, опять повторюсь — необходимо уточнить у производителя.

SSD диск Samsung 960 EVO M.2 250 Гб M.2 PCI-E TLC MZ-V6E250BW

Здесь мы видим SSD Samsung 960 EVO тоже на разъем M.2. Вообще без указания маркировки физических размеров и типа, предположительно тоже «2280» (всегда необходимо уточнять из других источников). Далее указаны PCI-E и TLC, что это означает? Это означает что устройство использует логический интерфейс PCI Express (какой 2.0 или 3.0 не ясно, и сколько линий 2x-4x — тоже не известно). TLC — тип устройства микросхем памяти. На этом интернет-магазин счел описание достаточным. Думаю гарантийка ему потом скажет об обратном…

Но визуально мы видим на этом изображении одну прорезь в разъеме M.2 (предположительно соответствующая ключу M). И тут необходимо быть осторожным, устройство может подойти физически в разъем B. И вернее всего, сожжет плату и устройство. Поэтому необходимо точно знать какого типа установлен разъем на плате и какого приобретается.

Реализации логического интерфейса и набора команд.

Для плат расширения M.2 доступно три варианта реализации логического интерфейса и набора команд, по аналогии со стандартом SATA Express:

«Legacy SATA«
Используется для SSD с SATA интерфейсом, драйвером AHCI и скоростями до 6.0 Гбит/с

«SATA 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, НЖМД), а не для SSD с быстрым случайным доступом.

«SATA 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.

Что такое NVMe?

NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification). Логический интерфейс NVM Express был разработан с нуля, основные цели — получение низких задержек и эффективное использование высокого параллелизма твердотельных накопителей за счёт применения нового набора команд и механизма обработки очередей, оптимизированного для работы с современными многоядерными процессорами.

Протокол NVMe ускоряет операции I/O за счёт отказа от стека команд SAS (SCSI). NVMe SSD подключаются прямо в шину PCIe. Приложения получают резкий прирост производительности от смещения I/O-активности с SAS/SATA SSD и HDD на NVMe SSD. Запоминающие устройства нового типа хранения энергонезависимы (non-volatile) и задержка при доступе к ним существенно ниже – на уровне задержек оперативной (volatile) памяти.

Контроллер NVMe демонстрирует все преимущества SSD: очень низкие задержки доступа и огромная глубина очереди по операциям чтения и записи. Чрезвычайно низкая латентность устройств хранения существенно снижает вероятность блокировок таблиц данных при их обновлениях. Это критично для многопользовательских баз данных со сложными и взаимосвязанными таблицами.

Очень важно: в UEFI BIOS материнской платы должен содержаться NVMe-драйвер для загрузки ОС с соответствующего накопителя.

NGFF и NVME отличия?

Тогда что такое NVME? А NVME это — NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification). Это . Логический. интерфейс NVM Express был разработан с нуля, основные цели — получение низких задержек и эффективное использование высокого параллелизма твердотельных накопителей за счёт применения нового набора команд и механизма обработки очередей, оптимизированного для работы с современными многоядерными процессорами.

Протокол NVMe ускоряет операции I/O за счёт отказа от стека команд SAS (SCSI). NVMe SSD подключаются прямо в шину PCIe. Приложения получают резкий прирост производительности от смещения I/O-активности с SAS/SATA SSD и HDD на NVMe SSD.

Наиболее часто встречаются накопители:
-NGFF(M2) с NVME — это наиболее быстрые и современные устройства;
-NGFF(M2) с SATA — это накопители которые работают как SATA устройства.

Заключение.

В заключении становятся очевидными преимущества принятые стандартом SATA 3.2. Появление новых спецификаций и разъемов расширит выбор совместимых карт расширения, как для ноутбуков, так и для стационарных компьютеров. Также увеличит общую производительность вычислительных систем от ноутбука — до сервера.

Сам по себе интерфейс таит в себе большое количество ловушек как для простого пользователя, так и для профессионала. Возможно это связано с его новизной, а может и некоторой «сыростью».

В любом случае, я постарался собрать максимум важной информации. Возникшие вопросы можно задать в комментариях к статье. Спасибо за уделенное моей статье внимание.

Распиновка типовых разъемов M.2.

M.2 с ключом B (1x SATA, 2x PCIe)

M.2 с ключом M (1x SATA, 1x, 2x, or 4x PCIe)

M.2 с ключом A (PCIe ×2, USB 2.0, I2C and DP ×4) и E (PCIe ×2, USB 2.0, I2C, SDIO, UART and PCM).

Источник