什么是M2 NVMe固态盘?一文看懂:秒变DIY老司机

日期: 2024-08-22 作者: 乐鱼app官网下载登录

  2006年当三星发布第一款民用SSD开始,谁也没想到这个性能怪物仅仅用10年便颠覆了HDD在存储界长达60年之久的统治霸权,并且愈发有取而代之的趋势,如今,电脑里不装个SSD总觉得哪里不正常。

  而随之而来的,便是主板硬盘接口的变革,传统的SATA接口限制了SSD的发挥,为此人们发展出了各种更高效的传输接口,其中就有现在十分流行的M.2接口。

  其实,从SATA到M.2,还有非常多的接口,被淹没在科技发展的潮流中,那么我们今天就来谈谈,M.2接口凭什么在新接口中突围而出成为主流,M.2接口的SSD是否就一定好。

  我们把时间倒回到2009年,那时候菊花只是说一种花,醉了也仅仅代表喝多了,在大家忙于偷菜的时候,串行ATA国际组织(SATA-IO)正式对外发布了新版规范“SATA Revision 3.0”,同时向下兼容旧版规范,理论最高传输带宽从3Gbps翻倍到6Gbps。

  作为SATA接口的的延续,SATA3.0接口相对于各种新生接口而言技术成熟可靠,兼容设备多,普及程度高,且6Gbps的对于普通2.5英寸SSD堪称够用,自然而然SATA 3.0接口也就成为主板上必备的接口了。

  如今在高端SSD价格居高不下,SSD并不能完全取代HDD的的情况下,相信SATA 3.0接口在今后相当长的时间里依然会是主流。

  但人类并不是特别喜欢原地踏步,很快,SATA协会开始思考,怎么样才可以突破SATA3.0的瓶颈呢?

  但是我们并没能看到SATA-Express成为现在的主流接口,究其原因,一是SATA-Express太占主板空间,有网友甚至称其开历史的倒车,梦回IDE时代,影响了其在移动平台的通用性,二是对比他的竞争对手,在带宽上并无优势,实在鸡肋。

  也在那一段时间,笔记本流行了起来,大家开始追求轻薄本,大家也开始努力把SSD做小,于是mSATA接口就应运而生了。

  mSATA是SATA协会开发的mini-SATA(mSATA)接口控制器的产品规范,控制器可以让SATA技术整合在小尺寸的装置上。同时mSATA将提供跟SATA接口标准一样的速度和可靠度。

  但mSATA的推广最后却失败了,因为当时masta接口的SSD受面积限制,颗粒数目有限,性能与容量难以匹敌同时代的2.5英寸SSD;

  同时小尺寸带来价格的昂贵,加上当时SSD发展尚未成熟,容量价格比低,大多数花了钱的人其并不买账,最重要的是mSATA接口的SSD始终潜力有限,各大厂家很快又放弃了推广这一接口,开始寻找其他出路。

  小的接口带宽不够,性能不足,带宽够的,接口又太大了,人们开始意识到,想要实现带宽够大,通用性够好的接口,必须在根源改变,不能再抱着SATA接口和AHCI标准小修小补了。

  理论上讲,成硬盘存储时延迟主要有三个方面,存储介质本身、控制器,以及软件接口标准。

  而传统的AHCI标准一直是以高延迟的HDD为标准设定的,想配合性能突飞猛进的SSD早已有心无力。人们迫切地需要一种更懂SSD,基于闪存特点开发的接口标准,于是,NVMe接口标准便诞生了。

  面向PCIe SSD产品的NVMe标准能大大降低控制器和软件接口部分的延迟,最主要是能让SSD走PCI-E通道直连CPU,大大降低了数据延迟,其次,NVMe精简了调用方式,AHCI每条命令则需要读取4次寄存器,一共会消耗8000次CPU循环,从而造成2.5s的延迟,而NVMe执行命令时则不需要读取寄存器。

  而且新的协议还能大幅度的提升SSD的IOPS(每秒读写次数)性能,理论上,IOPS=队列深度/ IO延迟,所以增加队列深度,就可以有效提升SSD的IOPS。

  传统的ACHI标准下队列深度最多能达到32,但是在NVMe标准下,这一数值能够达到64000,是以前的2000倍。

  此外NVMe还加入了自动功耗状态切换、动态能耗管理、免驱等功能,驱动适应性广,低功耗。

  对比传统的ACHI,NVMe接口标准能大大降低控制器和软件接口部分的延迟,大幅度提高固态硬盘的IOPS性能,还兼顾低功耗,驱动适应性广的优点,因此能说NVMe接口标准是革命性的。

  看到这里,各位看官似乎明白了,M.2接口是因为他支持NVMe标准,才会脱颖而出的吧?

  猜对了一半,其实支持NVMe标准的接口,并不止M.2一个,还有更为纯粹的PCIe接口和非常小众的U.2接口,我们先来讲讲这个U.2接口,看看他为什么不能成为主流。

  U.2正规学名其实是叫SF-8639接口,接口的设计思路与SATA-E一样,即尽可能利用现有的物理接口,但增加了更多的协议支持就像NVMe,带宽也从PCI-E x2增加到了PCI-E x4,可以说U.2才是才是SATAe的终极版本。

  U.2接口不可以说不好,但是对比他的竞争对手M.2接口,在通用性方面稍逊一筹,而这对于接口的普及其实是致命的,U.2目前甚至还要占用特定的线材或转接卡与台式机或笔记本电脑连接,特别不方便,U.2接口逐渐小众化和边缘化也不足为奇了。

  那么既然NVMe协议能让SSD更快走的是PCI-E通道,为什么不能直接把SSD插在原本就直连PCI-E通道的PCIe接口上呢,厂家也想到了这样的一个问题,PCIe接口的SSD也就顺理成章的出现了。

  PCIe接口的SSD一直是高性能的代名词,虽然其接口标准和M.2 PCIe SSD一样,但更大的pcb板能让PCIe SSD容量更大,更适合企业级消费者。

  但通用性方面不及M.2接口灵活,所以本质一样的M.2 PCIe SSD和PCIe SSD在产品定位上开始分道扬镳了,M.2 PCIe SSD面向大众主流消费者,PCIe SSD则面向更高端的用户比如企业用户。

  看完各个接口没能普及的原因,大家大概都明白了,M.2接口能突围而出,主要凭借着两点:1、支持NVMe传输协议,拥有更大的带宽,提高SSD的IOPS,大幅度减少SSD的延迟。2、接口通用性比其他支持NVMe传输协议的接口要好,体积小巧、更适合放在各种移动端平台。

  M.2其实是一种标准的连接器接口,曾用名是NGFF(Next Generation Form Factor),是由HP主导的一个PCI-SIG协会公布的协议,标准名称为PCI Express M.2 Specification,设计目的是为了在同一连接器上支持多种模组/卡,其中除了大家熟知的SSD之外,还支持WIFI、蓝牙、全球卫星导航系统和NFC等。

  M.2接口最主要有以下几个优点:支持更高的速率,潜力大;相对PCI-Emini card,节约20%的PCB空间,节省15%的连接器高度,更小巧玲珑;支持PCI-E3.0,USB3.0和SATA3.0三种当前主流标准,接口更“全能”。

  小巧的体积和支持多种主流通信接口,造就了M.2超强的通用性,也为M.2接口的普及铺平了道路。

  在M.2模组尺寸方面,M.2规范1.0共定义了11种尺寸的模组/卡,但主流SSD尺寸只2242、2260、2280三种规格,命名也是按照模组的尺寸命名的,举个例子,M.2 2242,22是宽度22mm,42是长度42mm。

  因为长度越长,可布置的闪存颗粒就越多,容量也就越大。因此各位购买M.2 SSD的时候,也需要先看清楚自己的主板支持什么尺寸的M.2模组。

  特别要注意的是M.2的连接器共有三种Socket,(Socket1、2、3),其中Socket1全部采用焊接方式且仅适用于1216,2226和3026尺寸,并不常见。

  现在市面上有些主板的M.2接口是兼容这两种接口的,即可走SATA通道也可以走PCI-E通道,但是有的仅仅支持Socket3接口,走PCI-E通道,因此各位再购买SSD前,把自己主板的M.2接口搞清楚十分重要。

  左边是支持“B key”的插槽,短的一段在左边,采用6pin设计,当接口连带“B key”一并使用时候,即为Socket 2接口,走SATA或PCI-E X2通道;

  另一种是支持“M key”的插槽,短的一段在右边,采用5pin设计,当接口连带“M key”一并使用时候,走的是PCI-E X4通道,即为Socket 3接口。

  假如你买了一个M.2接口的SSD,它走的是SATA通道,那么他的传输协议依然是传统的ACHI,最大读写性能和走SATA3.0接口的SSD没有任!何!区!别!

  因此,为了区别开来,我们把M.2接口,支持NVMe协议的高性能SSD称为NVMe M.2 SSD。

  但是同样是NVMe M.2 SSD,性能也有一定可能会有很大差异,主要是有两个因素造成:其一为SSD接口类型是PCI-E 3.0还是老旧的PCI-E 2.0;其二是SSD是PCI-E X 4(Socket 3)还是PCI-E X 2(Socket 2)。最大的不同之处在于理论最高带宽和接口速度上,小编整理了一份表格给大家便于理解:

  可以轻易的看出PCI-E 3.0 X 4的SSD才是理论上最好的固态硬盘。

  当初SSD问世给HDD用户所带来极大的震撼,日常体验得到飞跃的提升,但这次NVMe M.2 SSD相比于SATA SSD,在日常使用中其实并不会感受到明显的差异,换句话讲对于大多数日常应用普通的SSD不会是瓶颈。

  小编一向建议我们大家按需购买,若不是重度工作使用,不需要经常读写大型文件,或许等到高性能的NVMe M.2 SSD价格更亲民再去入手,会更好些。

  在2012年的IDF上,Intel提出将开始大力推广NGFF技术标准的SSD,大多数都用在超极本平台,进一步减少超极本厚度同时提高传输速度,取代mSATA。想不到的是,尝过甜头的厂家开始把这一接口推广到其他领域,M.2接口以星星之火可以燎原之势迅速普及了下来,下一步便是高性能的NVMe M.2 SSD普及了。

  十年前刚面世不久的1tb机械硬盘标出3000的天价,但是现在却已经是装机必备,随人类科技的进步,SSD的成本进一步下降,假如NAND闪存制造大厂不再遇到危险相信我们大家的电脑都插上1TB的NVMe M.2 SSD的日子过不了多久就会到来的吧。