Ssd m 2 накопитель для чего нужен

Ssd m 2 накопитель для чего нужен

SSD M 2 что это такое, использование, плюсы, минусы и рекомендуемые модели

Приветствую вас уважаемые друзья! На сегодняшний день если и существует оборудование, которое претерпело впечатляющую эволюцию, то это SSD M.2. Несомненно, что твердотельные накопители являются настоящим и будущим систем хранения данных для наших персональных компьютеров.

В сегодняшнем выпуске я расскажу вам что такое SSD M 2, а также узнаем плюсы, минусы и рекомендуемые модели.

SSD M 2 — Технология SSD

Это устройство, используемое для постоянного хранения больших объемов данных. В основе SSD лежит использование энергонезависимой полупроводниковой памяти, которую называют флеш-памятью и именно в этом огромная разница между твердотельными накопителями и традиционными жесткими дисками.

Но что это за технология флэш-памяти? Это, по сути, чип со встроенной микросхемой внутри. Но в этой интегральной схеме нет типичных ядер, как в процессоре. Речь идет только о создании системы ячеек памяти на базе логических элементов NAND (AND denied) с возможностью их иметь, и есть возможность сохранять последние данные даже в выключенном состоянии.

Почему SSD, а не HDD?

Наибольшая разница заключается в системе хранения — в SSD используются электронные элементы на основе транзисторов для хранения, а HDD основан на магнитной технологии. Они имеют ряд металлических дисков, которые вращаются на высокой скорости двигателя и намагничены иглой, расположенной с каждой стороны.

Преимущества SSD по сравнению с HDD более чем очевидны. Уменьшение пространства и исключение механических элементов, являются основополагающими для увеличения скорости записи и чтения. Имейте в виду, что в ПК все электронное, за исключением жесткого диска, и это создает огромные проблемы при передаче данных.

Кажется невероятным, что когда-то жесткие диски подключались к материнской плате с помощью IDE-кабелей.

IDE был заменен интерфейсом передачи данных SATA, который до сих пор существует и дает скорость передачи файлов до 600 МБ/с (6 Гбит/с) в SATA III. В чем была проблема? Механический жесткий диск был способен развивать скорость 150-160 Мб/с, что сегодня просто смешно.

Это было идеальное время, чтобы ввести новые SSD-накопители на основе микросхем флэш-памяти, которые могут достичь обещанной скорости 600 МБ/с или, по крайней мере, примерно. Они представляли собой устройства размером 2,5 дюйма или иначе — 6,8 см x 10 см x 7 мм толщиной.

Но в скором времени, технологии не остановились на скорости 600 МБ/с, поэтому изобрели устройства PCIe, которые в основном были SSD-накопителями, подключенными к слотам PCIe на материнской плате — сначала в PCIe 3.0 x1, а затем в PCIe 3.0 x4. Следует знать, что полоса PCIe 3.0 имеет 1 Гб/с направленность и 2 Гб/с реверсивность, поэтому 4 полосы позволят получать передачу данных со скоростью до 4000 МБ/с в одном направлении, оставляя интерфейс SATA в подгузниках.

Но потом появился М.2

Проблема с этими SSD заключалась не только в их чрезвычайно дорогой цене, но и в том, что они занимали не самое лучшее место, поскольку наличие карты расширения, предназначенной для твердотельных накопителей, было не совсем лучшим решением. Так появился разъем M.2, представляющий собой всего лишь разъем, физически расположенный на материнской плате, в который горизонтально помещен, захваченный винтом, твердотельный накопитель. Преимущества тогда были очевидны: гораздо меньший размер занимал меньше места на ПК. Кроме того, M.2 продолжает тенденцию PCIe — отправлять свои четыре полосы данных непосредственно на процессор и, таким образом, достигать теоретической скорости 4000 МБ/сек. И это еще не все, потому что он также совместим с интерфейсом SATA, что было невозможно при использовании обычных слотов PCIe.

PCIe + NVMe — выигрышная комбинация

Устройства, подключенные к M.2, могут работать тремя различными способами или, скорее, поддерживать три различных режима передачи данных:

— С протоколом AHCI, используемым SATA: для подключения к обычным SSD M.2, которые работают со скоростью 600 МБ/с. Это были первые версии M.2, и даже в менее мощных чипсетах материнских плат есть по крайней мере один M.2, ограниченный только этой скоростью.

— Использование интерфейса PCIe с протоколом AHCI: в данном случае используется PCIe LAN, который подключается к процессору, но по обычному протоколу AHCI. Это позволяет достичь более высоких скоростей передачи данных.

— PCIe-интерфейс через протокол NVMe: это протокол связи, созданный специально для SSD. Большим преимуществом этого протокола является то, что он способен использовать возможности многозадачности как CPU, так и SSD интерфейсов для обработки нескольких команд одновременно, чего AHCI не в состоянии сделать. Таким образом, используется полная емкость 4 PCIe LAN.

— 2230: 22 х30 мм, обычно используется для подключения Wi-Fi и Bluetooth к ноутбукам и настольным компьютерам. Применяется интерфейс SATA или PCIe x2.

— 2242: 22 x 42 мм, является распространенным форматом для SSD, используемых в Mini-PC и ноутбуках с интерфейсом SATA и PCIe x2.

— 2260: до 22 x 60 мм, используется в интерфейсах PCIe x 4 и для приводов уже с более высокой скоростью и емкостью.

— 2280: был и остается самым распространенным размером до появления модели 22110 размером 22 x 80 мм.

— 22110: наконец-то появились самые большие агрегаты, они почти всегда самые быстрые и дорогие. Используется для плат ATX с размерами 22 x 110 мм, где нет проблем с пространством.

Рекомендуемые модели SSD M.2

Samsung 970 Pro

Samsung является одним из брендов, который поставил больше всего на SSD с момента их появления на рынке, и практически не имеет конкурентов в качестве и производительности. Версия Pro обеспечивает скорость чтения/записи 3,500/2,300 МБ/с, и предлагает версии в 512 ГБ и 1 ТБ по довольно доступной цене. Использует память MLC.

Samsung 970 EVO

Безусловно, Samsung EVO — это SSD-накопители самого известного и известного корейского производителя. Они имеют отличное соотношение производительность/цена, хотя их скорость передачи данных незначительно снижается до 3 400/2 300 МБ/сек. Он использует трехмерную память TLC и доступен емкостью 250 Гб, 500 Гб и 1 Тб.

Corsair MP510

Corsair также может многое сказать в области твердотельных накопителей, и новое дополнение к семейству MP510 является одним из лучших в настоящее время со скоростью передачи данных 3,480/3,000 МБ/сек. Они доступны в размерах 240, 480, 960 и 1920 ГБ.

ADATA XPG GAMMIX S11 Pro

Этот SSD — один из лучших в своем классе: 3 500/3 000 Мб/с записи с TLC 3D-памятью, как и в предыдущих случаях. Встроенный радиатор в конфигурации 2280, совместимый практически с любой платой. Имеющиеся мощности составляют 250 ГБ, 512 ГБ и 1 ТБ.

Corsair MP300

И, наконец, продукт более доступный по цене, но также и с немного меньшей производительностью. Вы получите 2.300/1.500 МБ/с, что все еще намного больше, чем SATA SSD. Он доступен емкостью 120 ГБ, 240 ГБ, 480 ГБ и 960 ТБ.

Что нужно знать про M.2 (NGFF) – разбираемся в сокетах, ключах, размерах и назначении

Ранее в мобильных устройствах перечисленные модули и адаптеры подключались с помощью разъема mini PCI Express и имели популярный форм-фактор Mini Card полной или половинной длины. В свою очередь, компактные SSD диски имели тот же форм-фактор Mini Card, но для интерфейса mSATA.

M.2 или Next Generation Form Factor пришел на смену mSATA и mini PCIe, объединил и расширил возможности подключения, поскольку способен работать с большим количеством логических интерфейсов (Host Interface). К тому же, разъем M.2 занимает меньше места в мобильном устройстве, а вариантов исполнения стало в несколько раз больше, в сравнении с Mini Card за счет появления нескольких типоразмеров M.2 (NGFF), в зависимости от ширины и высоты.

Что нужно знать про M.2?

• Спецификация M.2 (NGFF) включает в себя устройства, припаиваемые к материнской плате, а также разъём M.2 на материнской плате, к которому можно подключать различные устройства. Разъем M.2 занимает на 20% меньшую площадь, чем разъем для mini PCIe устройств. В разъеме M.2 суммарно 67 контактов, которые могут быть разделены перегородками – ключами. В зависимости от типа ключа, предполагается разделение подключаемых устройств по назначению.
• В качестве логических интерфейсов для разъёма M.2 могут выступать PCI Express, SATA, USB, Display Port, I2C, SDIO, UART и другие.
• Размеры устройств M.2 стандартизированы и объединены в типы. Ширина M.2 устройств может быть 12, 16, 22 или 30 миллиметров. Длина – 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 или 110 миллиметров. Например, M.2 SSD шириной 22 мм и длиной 80 мм обозначается «Type2280». (наглядно показано на схематичном изображении M.2 устройств по типоразмеру).
• Толщина устройств M.2, точнее выступающие компоненты сверху и снизу, также стандартизирована. Устройства могут быть, как односторонней, так и двусторонней компоновки – элементы могут располагаться на одной стороне печатной платы или на двух.

Номенклатурное обозначение M.2 (NGFF) устройств

Выступающие компоненты модуля М.2, мм
Сверху (максимум)	Снизу (максимум)
S1	1.2	0
S2	1.35	0
S3	1.5	0
D1	1.2	1.35
D2	1.35	1.35
D3	1.5	1.35
D4	1.5	0.7
D5	1.5	1.5

Название ключа M.2(Key ID)	Количество задействованных контактов разъема M.2, шт.	Варианты логического интерфейса разъема M.2
A	8-15	PCIe x2 / USB / I2C / DP x4
B	12-19	PCIe x2 / SATA / USB / PMC / IUM / SSIC / UART-I2C
C	16-23	Ключ зарезервирован для будущих применений
D	20-27	Ключ зарезервирован для будущих применений
E	24-31	PCIe x2 / USB / I2C-ME / SDIO / UART / PCM
F	28-35	Будущий интерфейс памяти (FMI)
G	39-46	Не будет использоваться для стандартных M.2 устройств. Зарезервирован для сторонних устройств.
H	43-50	Ключ зарезервирован для будущих применений
J	47-54	Ключ зарезервирован для будущих применений
K	51-58	Ключ зарезервирован для будущих применений
L	55-62	Ключ зарезервирован для будущих применений
M	59-66	PCIe x4 / SATA

Например, SSD с обозначением 2280-D2-B-M можно расшифровать так: ширина – 22 мм, длина 80 мм, двусторонняя компоновка, элементы выступают на 1.35 мм сверху и снизу, подходит для установки в разъем с ключами B или M.

Вообще, производители не часто указывают номенклатурное обозначение M.2 модулей. Но, по факту, обозначение можно составить самостоятельно по визуальным признакам, а также путём нехитрых измерений устройства.

Какие M.2 (NGFF) устройства используют разъем M.2 c ключами A, E, B, M?

Ключ разъема M.2	Типоразмер модуля M.2	Тип устройства M.2
A	1630, 2230, 3030	WiFi, Bluetooth, NFC и/или WiGig
E	1630, 2230, 3030	WiFi, Bluetooth, NFC и/или GPS/ГЛОНАСС (GNSS)
B	3042, 2230, 2242, 2260, 2280, 22110	3G/LTE модули + GPS/ГЛОНАСС (GNSS) или SSD
M	2242, 2260, 2280, 22110	SSD с логическим интерфейсом PCIe или SATA

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

Действительно встречается понятие сокет для M.2 устройств. Принцип деления наглядно показан в следующей таблице:

Socket 1

Socket 2

Socket 2

Socket 3

По данным в таблице видно, что любой SSD с универсальным ключом B+M можно установить в слот M.2 M Key. В свою очередь SSD с ключом M установить в слот B невозможно физически, даже если логический интерфейс устройств совпадает.

Именно по этой причине производители материнских плат для установки SSD делают разъем M.2 с ключом M и двумя логическими интерфейсами на выбор — PCIe или SATA. Но бывают исключения, когда разъем M.2 на плате подключен только к шине PCIe или только к SATA контроллеру — с этим нужно быть внимательнее при выборе подходящего M.2 SSD.

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

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, чтобы 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.

SATA SSD, M.2 и NVMe: разница между форм-факторами и протоколами передачи данных

Разбираемся в основных терминах, связанных с твердотельными накопителями. Начнем с жестких дисков и их отличий от SSD, подчеркнем различия 2,5-дюймовых SSD от M.2-накопителей, а также сравним SATA с NVMe.

На самом деле сравнивать понятия SSD, M.2 и NVMe некорректно. Один из них — это накопитель данных, другой — форм-фактор накопителя, а третий — вообще стандарт передачи данных. Чтобы не путаться в терминах, углубимся в эти понятия. Начнем с жестких дисков и их отличий от SSD, подчеркнем различия 2,5-дюймовых SSD от M.2-накопителей, а также сравним SATA с NVMe.

Что такое жесткий диск, или HDD

Сначала разберемся с основными видами дисков, которые можно встретить в серверах, — HDD и SSD.

Обычный ПК, как и сервер, состоит из множества компонентов, из которых нас интересуют четыре:

• Процессор: отвечает за обработку информации, вычисления, за исполнение кода программ и операционной системы, управляет работой всех остальных частей.
• Материнская плата. На нее устанавливаются процессор, оперативная память, видеокарты, контроллеры, на ней расположены порты для подключения внешней памяти. Материнская плата питает все компоненты и объединяет в единое целое.
• Шины, интерфейс, порты. Могут называться по-разному, но суть одна: это соединение, которое необходимо для передачи данных — например, от оперативной памяти, к процессору.
• Жесткий диск — накопитель данных, на котором хранятся программы, файлы и операционная система. Именно ему и его вариациям посвящен этот текст.

Устройство HDD-диска

HDD, или Hard (magnetic) Disk Drive, — классический жесткий диск, хранилище данных.

В жестком корпусе диска находятся магнитные пластины, на которые записываются данные. Считываются и записываются они так: диск вращается, а головка при помощи магнитных импульсов считывает или записывает данные. Диск вращает двигатель, а всей работой заправляет микросхема — контроллер.

Данные записываются в дорожках на поверхности диска, примерно как на виниловых пластинках. При этом информация хранится не в одном месте, а в кластерах или секторах, разбросанных по диску, поэтому для считывания данных диск должен вращаться.

Чем быстрее диск вращается, тем больше данных в секунду можно считывать или записывать. Но здесь возникает ограничение: если бесконечно увеличивать скорость, то материал может не выдержать колебаний и разрушиться от нагрузок.

Эту проблему пытались решить. Например, в 2000 году компания Seagate выпустила диск Х15, который раскручивался до 15 000 оборотов в минуту. Но это скорее экзотика — обычные диски не превышают 7200 оборотов в минуту для домашних ПК, что дает 85-120 МБ/с считывания. Максимальная скорость дисков на домашних ПК не превышает 150 МБ/с.

В зависимости от размера существует несколько форм-факторов, или видов, HDD:

• 3,5 дюйма — чаще встречаются в серверах,
• 2,5 дюйма — для домашних ПК,
• внешние HDD — используют в качестве внешнего носителя данных (в них также используется диск на 2,5 дюйма, но есть внешний корпус).

Слева направо: HDD 3,5″, HDD 2,5″, внешний диск на 2,5 дюйма.

Что такое SSD-диск и его отличия от HDD

SSD-диск, Solid State Drive, — это твердотельный накопитель. Он работает по отличному от HDD принципу: сохраняет информацию на полупроводниковых чипах в ячейках памяти. Это так называемые «энергонезависимые немеханические запоминающие устройства». «Энергонезависимые» означает, что при потере питания данные сохраняются.

SSD состоят из резисторов, конденсаторов, контроллера, буферной DRAM-памяти, чипов постоянной NAND-памяти и разъемов подключения. Фактически это большая «флэшка». Главное отличие от HDD — не в комплектующих (здесь диски во многом схожи), а в отсутствии движущихся частей.

Из «статичности» SSD-диска следует ряд его преимуществ:

— занимает меньше места,

— более надежный (не «изнашивается» из-за чтения данных),

— быстрее записывает и считывает данные.

Скорость чтения у них варьируется от 270 до 500 МБ/c, что в разы выше, чем у HDD. Так, время полной загрузки Windows 7 у HDD составляет в среднем 49 секунд, а у SSD — 19 секунд.

Интерфейсы подключения дисков: SATA и NVMe

Интерфейс — это набор способов подключения к материнской плате, методов и правил взаимодействия диска с остальными частями ПК. Сюда входят и виды физических разъемов, и протоколы передачи данных, и способы передачи данных.

Параллельный интерфейс подключения IDE

Наглядный пример интерфейса применительно к HDD-дискам — это IDE (Integrated Drive Electronics), или ATA (Advanced Technology Attachment). Условно это простой способ подключения жесткого диска к материнской плате через шлейф из 40 или 80 жил.

Так выглядят порты для IDE на HDD.

На фото хорошо просматривается разъем под IDE. Источник

Мы упоминали, что в интерфейс входят и методы передачи данных. Для IDE таких методов несколько. Например, PIO (Programmed input/output), когда данные передаются между устройствами через процессор, или DMA (Direct Memory Access), когда процессор для передачи данных не используется.

Информация через интерфейс IDE передаются параллельно, когда каждый бит данных идет по своей сигнальной линии — по физическому каналу. Поэтому для интерфейса подключение идет через 40- или 80-жильный шлейф. Передача данных идет порциями, равными количеству каналов.

Из минусов решения: параллельные каналы влияют друг на друга, что приводит к искажению сообщений. Эта проблема решена в интерфейсе SATA, ставшим развитием параллельного IDE.

Последовательный интерфейс обмена данными SATA

SATA, или Serial ATA (SATA), — это последовательный способ передачи битов информации. При нем биты идут друг за другом, по одному биту за раз.

На материнской плате могут располагаться несколько SATA-разъемов. Это позволяет подключать несколько жестких дисков, которые будут работать одновременно, что было невозможно в IDE.

Так выглядят SATA-разъемы.

Через SATA-интерфейс данные передаются быстрее, чем через IDE. В SATA меньше контактов и микросхем, и они меньше перегреваются.

Интерфейс SATA-подключения получил большее распространение в SSD-дисках. Изначально интерфейс разрабатывался для HDD-дисков, головка которых может получить доступ только к одной ячейке одной пластины (блина) диска. Поэтому в SATA-устройствах только один канал и невысокая скорость передачи данных. Такую скорость чтения предлагают разные спецификации SATA:

• 1 — 150 МБ/с;
• SATA 2 — 300 МБ/с;
• SATA 3 – 600 МБ/с.

Это теоретически максимальная скорость, и она в разы меньше скоростей стандарта NVMe, о котором мы поговорим дальше.

NVMe, или Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification, — это спецификация на протоколы доступа к накопителям. Позволяет твердотельным накопителям считывать и передавать данные через слот PCIe, о котором мы расскажем ниже.

NVMe может обеспечить скорость записи до 3,2 ГБ/с, что в 6 раз больше, чем у SATA 3. Такие показатели достигаются благодаря нескольким особенностям:

• Слот PCIe расположен прямо на материнской плате — нет «посредников» в виде кабелей.
• Для выполнения команды NVMe обращается к оперативной памяти всего один раз, когда SATA — два.
• Есть параллельность потоков.
• Есть механизмы работы с очередями и обработкой прерываний — команды с высоким приоритетом будут обрабатываться быстрее.

Протоколы передачи данных PCIe и AHCI

Теперь расскажем про режимы передачи данных на основе рассмотренных интерфейсов. Здесь наибольший интерес представляют PCIe и AHCI.

Peripheral Component Interconnect Express, или PCIe, — это последовательная шина ввода-вывода. Физически это соединение, «переходник», в виде слота или разъема для подключения устройств напрямую к материнской плате.

Верхний разъем — PCIe x4, в центре — PCIe x16, внизу — PCIe x1. Источник

У PCIe есть прямой канал «общения» с процессором и оперативной памятью, а также независимые друг от друга каналы приема и передачи данных, или линии.

Линия — это некое соединение между устройствами в виде четырех проводов: два для передачи, два для приема данных. Они передают данные как на двухполосном шоссе: в одну и другую сторону одновременно. Это называется дуплексным режимом. Два сигнальных провода с противоположной полярностью позволяет бороться с помехами.

Скорость передачи данных через PCIe зависит от версии и количества линий. Например, теоретическая скорость PCIe 3.0 — 986 МБ/с с одной линией, а с двумя — 1970 МБ/с.

Примечание. PCIe-шина рассчитана на подключение периферийных устройств — не только жестких дисков, но также GPU или сетевых карт.

PCI Express — это способ соединения с материнской платой и передачи данных. Именно его использует протокол/интерфейс NVMe.

Несмотря на название, AHCI (Advanced Host Controller Interface) — это не интерфейс в прямом смысле. Это скорее механизм или режим, который улучшает стандарт SATA.

Например, в AHCI есть горячая замена дисков без отключения сервера и алгоритм аппаратной установки очередности команд NCQ, которая достигается за счет оптимизации движения считывающей головки. Так как для SSD-дисков проблемы с той же головкой не возникает, принято считать, что режим AHCI скорее подходит для HDD-дисков.

Различие SATA в режиме AHCI и NVMe

Протокол NVMe разработан специально под SSD, чтобы раскрыть потенциал твердотельных накопителей. Дело в том, что их потенциальная скорость с SATA-подключением ограничена протоколом SATA 3, а именно — 600 МБ/с на чтение. Физически накопители способны работать в десятки раз быстрее. Для обхода ограничения есть NVME, с ним скорость SSD достигает 3,2 ГБ/с.

SATA в режиме AHCI разработан для HDD-дисков. Режим ускоряет запуск файлов, показатель IOPS и повышает производительность примерно на 20%. Можно работать в AHCI-режиме и с SSD-дисками, но большого прироста в скорости не будет.

Типы твердотельных накопителей

Теперь, когда мы рассказали об SSD, интерфейсах и режимах подключений, можно разобраться с типами SSD-дисков. Они различаются по следующим критериям:

• размер и форма;
• способ передачи данных — SATA или NVMe;
• интерфейсы, о которых мы уже писали.

SSD 2,5 дюйма SATA

Это SSD-диск, установленный в пластиковый корпус, с разъемами для SATA-подключения через SATA-кабель. На картинке видно, что плата с чипами установлена в пластиковый корпус, в котором много пустого пространства.

SSD-диск в пластиковом корпусе. Источник

Это сделано не просто так: такой формат позволяет ставить SSD 2,5” вместо HDD 2,5” в то же посадочное место. К тому же «лишнее» пространство защищает плату от повреждений и позволяет пассивно охлаждать устройство.

В этом же форм-факторе 2,5 дюйма встречаются SSD-диски не только с интерфейсом SATA. Например, WD Gold WDS384T1D0D 3.8ТБ, 2.5 дюйма, работает по интерфейсу PCIе x4.

SSD-диск Western Digital. Источник

Это накопитель для корпоративных систем, поскольку интерфейс PCIe обеспечивает быстрый доступ к данным. Форм-фактор SSD 2,5″, но с разъемом не на SATA, а U.2, который подключается к PCIe и использует 4 линии.

.Подключение происходит также через кабель — например, такой. Источник

SSD M.2

M.2 — это форм-фактор SSD. Это тот же SSD, но без пластикового корпуса: просто плата, на которой расположены чипы, контроллер, буферная память.

У них есть несколько размеров: 2230, 2242, 2260, 2280, 22110. Первые две цифры — ширина в миллиметрах, остальные — длина. Ширина всех плат — 22 миллиметра, а длина варьируется от 30 миллиметров до 110 миллиметров.

Накопители SSD M.2 подключаются в специальные слоты, без кабелей питания или шлейфов. Питаются от материнской платы.

Пример SSD M.2. Источник

Взаимодействие с материнской платой и процессором идет через разные шины и стандарты: SATA, PCIe и NVMе. Через один и тот же М.2-слот диск может передавать данные по-разному: по старой и медленной шине SATA или более современной PCIе.

Поэтому, когда речь идет об M.2, подразумевают просто форм-фактор. Как он будет подключаться и насколько быстро работать, зависит от ключа M.2 — M.2 SATA или M.2 NVMe.

Примечание. M.2 — это не всегда про SSD. Это лишь форма, в которой могут существовать и другие модули — например, Wi-Fi, Bluetooth, NFC, иные технологии.

M.2 SATA

M.2 SATA — это тот же SSD 2,5 дюйма, но в форм-факторе М.2. Он подключается через SATA.

Пример диска M.2 SATA. Источник

Почти всегда у них два «разреза» на плате — ключи M и B. Отличить их довольно просто: «разрез» ключа В справа, а у М — слева (если смотреть на плату сверху).

Скорость M.2 SATA ограничена скоростью самой последней версии SATA 3 – 600 МБ/с.

M.2 NVMe, или М.2 PCIе NVME

Это тот же SSD-диск M.2, но с интерфейсом подключения NVMe, который передает данные через шину PCI Express.

Пример диска NVMe M.2. Источник

Как видно на картинке, у такой платы один ключ — М. Поэтому М.2 SATA SSD можно подключить к любому разъему М.2, а вот совместимость M.2 NVMe не такая высокая. Версии с ключом B уже практически не встречаются.

Такие диски могут развивать большие скорости на чтение, потому что нет помехи в виде пропускной способности SATA-шины. Отклик при доступе к устройствам M.2 NVMe тоже гораздо выше. Например, скорость диска Samsung 970 EVO Plus MZ-V7S250BW 250ГБ, M.2 2280, PCI-E x4, NVMe (на картинке выше) на чтение – 3500 МБ/с, а на запись — 2300 МБ/с.

При этом SSD-накопитель Kingston 120GB A400 (SA400M8/120G) в том же форм-факторе, который работает по SATA 3, имеет меньшие характеристики IOPS — 500/320.

Тот самый SSD от Kingston.

Сравнение M.2 SATA и M.2 NVMe

Нюанс в том, что эти скорости теоретические. На практике большинство операций происходит с маленькими файлами, поэтому важна не последовательная скорость чтения файлов, а скорость работы со случайными блоками. У NVMe здесь небольшое преимущество перед SATA. Скорость загрузки ОС и программ с NVMe ненамного выше, чем у SATA. NVMе-накопители – хороший выбор при работе с крупными файлами, например, с видео.

У M.2 SATA тоже есть достоинства — они не греются, а значит, не требуют дополнительных радиаторов для охлаждения. Хотя сам слот M.2 SATA обычно стоит рядом с видеокартой.

При этом для M.2 NVME ситуация противоположная: потребление электричества NVME-устройства превышает SATA в несколько раз и они сильно греются. Как следствие, контроллер может перегреться и показатели накопителя ухудшатся. В качестве решения можно купить NVMe-устройства с комплектным радиатором или установить алюминиевую планку для пассивного охлаждения.

Можно сравнивать накопители M.2 NVMe и M.2 SATA, но не M.2 и NVMe. NVMe — это стандарт передачи данных, а M.2 – это форм-фактор SSD, где есть поддержка NVMe. Это логически и физически разные вещи.

При выборе SSD-диска нужно ориентироваться на выбранную материнскую плату, требования к скорости чтения/записи и финансовые возможности.

Выделенные серверы произвольной конфигурации

Выбирайте из нескольких десятков дисков и соберите кастомный сервер под свои задачи.

Резюме

• Твердотельный накопитель SATA — это SSD-накопитель с интерфейсом SATA, разработанным под HDD-диски.
• M.2 SSD— один из видов твердотельных накопителей. Они могут подключаться, как через SATA, так и через более быструю шину PCIе.
• NVMe — быстрый протокол передачи данных через шину PCIе. Протокол разработан под SSD-накопители.

Если объединить эти понятия, то получится, что NVMe — это не устройство, а спецификация протокола передачи данных через интерфейс PCIe с накопителя SSD M.2. Поэтому, например, словосочетание «накопитель NVMe» некорректно.

Максимальная скорость и производительность у накопителей M.2 PCIе. Но не все материнские платы и компании их поддерживают — дорогие. Не у всех плат есть слоты М.2, а если есть, чаще встречаются М.2 SATA.

M.2 SATA и SATA SSD 2,5 имеют практически одинаковые характеристики из-за общего протокола. Поэтому, если нужна компактность (например, у вас ноутбук), лучше выбрать М.2 SATA или увеличить количество M.2 NVMe-портов переходниками. Но если это стационарный компьютер, то разницы с SSD 2,5’’ нет, как по скорости, так и цене. При этом оперативно менять диски удобнее через кабель.