Computer >> บทช่วยสอนคอมพิวเตอร์ >  >> ฮาร์ดแวร์ >> HDD & SSD

M.2 SSD: รูปแบบใหม่ที่ทำให้คอมพิวเตอร์เร็วขึ้นอีกขั้น

เมื่อคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงมา ฮาร์ดแวร์เช่นไดรฟ์จัดเก็บข้อมูลก็ต้องเล็กลงตามไปด้วย การมาของ SSD ทำให้ออกแบบ Ultrabook ที่บางได้ แตกติดขัดกับอินเตอร์เฟซ SATA มาตรฐานอุตสาหกรรม

อินเตอร์เฟซ mSATA ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อสร้างการ์ดบางที่ทำงานกับ SATA ได้ แต่ปัญหาใหม่เกิดขึ้นเมื่อมาตรฐาน SATA 3.0 จำกัดประสิทธิภาพของ SSD จึงต้องพัฒนาอินเตอร์เฟซการ์ดขนาดเล็กรูปแบบใหม่เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

ตั้งแต่แรกเรียกว่า NGFF (Next Generation Form Factor) อินเตอร์เฟซใหม่นี้ได้มาตรฐาน化เป็น M.2 ภายใต้ข้อกำหนด SATA เวอร์ชัน 3.2

ความเร็วที่เร็วกว่า

ขนาดเป็นปัจจัยหนึ่ง แต่ความเร็วของไดรฟ์ก็สำคัญเท่าเทียมกัน มาตรฐาน SATA 3.0 จำกัดแบนด์วิดท์จริงของ SSD บนอินเตอร์เฟซไดรฟ์ไว้ที่ประมาณ 600 MB/s ซึ่งหลายไดรฟ์ถึงขีดจำกัดนี้แล้ว มาตรฐาน SATA 3.2 นำเสนอแนวทางผสมผสานใหม่สำหรับอินเตอร์เฟซ M.2 คล้ายกับ SATA Express

โดยสรุป การ์ด M.2 ใหม่สามารถใช้งานได้ 2 แบบ:

  • ใช้ SATA 3.0 เดิม → จำกัดที่ 600 MB/s
  • ใช้ PCI-Express (PCIe) → แบนด์วิดท์ 1 GB/s ต่อเลน (Lane) ในมาตรฐาน PCIe 3.0 ปัจจุบัน
เลนเดียวให้ 1 GB/s แต่ M.2 รองรับได้สูงสุด 4 เลน (x4) → 2 เลน = 2.0 GB/s, 4 เลน = สูงสุด 4.0 GB/s

เมื่อ PCIe 4.0 เปิดตัว ความเร็วนี้จะเพิ่มเป็นสองเท่า PCIe 5.0 (2017) เพิ่มแบนด์วิดท์เป็น 32 GT/s (63 GB/s ใน 16 เลน) PCIe 6.0 (2019) เพิ่มอีกเป็น 64 GT/s (126 GB/s ต่อทิศทาง)

ไม่ใช่ทุกระบบจะทำความเร็วสูงสุดได้ M.2 ไดรฟ์และอินเตอร์เฟซต้องตั้งค่าในโหมดเดียวกัน M.2 ใช้ได้ 2 โหมด: SATA Legacy Mode (เก่า) หรือ PCI-Express Mode (ใหม่) ไดรฟ์จะเลือกโหมดเอง

เช่น M.2 แบบ SATA Legacy จำกัด 600 MB/s แม้รองรับ PCIe x4 แต่คอมพิวเตอร์อาจใช้ได้แค่ x2 → สูงสุด 2.0 GB/s เท่านั้น โปรดตรวจสอบว่าไดรฟ์และเมนบอร์ด/คอมพิวเตอร์รองรับอะไรบ้าง เพื่อให้ได้ความเร็วสูงสุด

ขนาดเล็กลง และใหญ่ขึ้นได้

เป้าหมายของ M.2 คือลดขนาดอุปกรณ์จัดเก็บ บรรลุได้หลายทาง: 1) การ์ดแคบกว่า mSATA (M.2 กว้าง 22 mm vs mSATA 30 mm) 2) สั้นกว่า (30 mm vs 50 mm) แต่ รองรับความยาวสูงสุด 110 mm ทำให้วางชิปได้มากขึ้น → ความจุสูงขึ้น

นอกจากความยาว-ความกว้าง ยังมี Single-sided (ติดชิปด้านเดียว - บาง เหมาะ Ultrabook) และ Double-sided (ติดชิปสองด้าน - ชิปมากกว่า 2 เท่า ความจุมากกว่า เหมาะเดสก์ท็อปขนาดเล็ก)

ข้อควรระวัง:

ต้องทราบว่าเมนบอร์ดมีคอนเนกเตอร์ M.2 แบบไหน และมีพื้นที่รองรับความยาวเท่าไหร่ แล็ปท็อปส่วนใหญ่ใช้คอนเนกเตอร์ Single-sided เท่านั้น → ไม่สามารถใช้การ์ด Double-sided ได้

โหมดคำสั่ง (Command Modes)

มากกว่าทศวรรษ SATA ทำให้จัดเก็บข้อมูลเป็น Plug-and-Play ได้ ด้วยอินเตอร์เฟซที่เรียบง่ายและโครงสร้างคำสั่ง AHCI (Advanced Host Controller Interface)

AHCI เป็นวิธีที่คอมพิวเตอร์สื่อสารคำสั่งกับอุปกรณ์จัดเก็บ สร้างไว้ใน OS สมัยใหม่ทั้งหมด ไม่ต้องติดตั้งไดรเวอร์เพิ่มเมื่อเพิ่มไดรฟ์ใหม่

AHCI พัฒนาในยุคที่ฮาร์ดดิสก์ประมวลผลคำสั่งได้จำกัด เพราะลักษณะกายภาพของหัวอ่าน/เขียนและแผ่นพลาสติก คิวคำสั่งเดียว 32 คำสั่งพอเพียง แต่ SSD สมัยใหม่ทำได้มากกว่านั้นมาก แต่ยังถูกจำกัดโดยไดรเวอร์ AHCI

NVMe (Non-Volatile Memory Express) โครงสร้างคำสั่งและไดรเวอร์ใหม่ พัฒนาขึ้นเพื่อกำจัดคอขวดนี้และเพิ่มประสิทธิภาพ แทนคิวคำสั่งเดียว NVMe ให้ สูงสุด 65,536 คิวคำสั่ง พร้อม 65,536 คำสั่งต่อคิว อนุญาตให้ประมวลผลคำขออ่าน/เขียนจัดเก็บแบบขนานมากขึ้น → เพิ่มประสิทธิภาพเหนือ AHCI มาก

AHCI อยู่ใน OS ทุกตัวแล้ว แต่ NVMe ยังไม่ → ต้องติดตั้งไดรเวอร์เพิ่มบน OS เดิม เพื่อใช้ประโยชน์สูงสุดจากไดรฟ์ นี่คือปัญหาสำหรับ OS เก่าๆ

ข้อกำหนด M.2 รองรับทั้งสองโหมด ทำให้ยอมรับอินเตอร์เฟซใหม่ได้ง่ายขึ้นกับคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีเดิม เมื่อรองรับ NVMe ดีกว่า ไดรฟ์เดิมก็ใช้โหมดคำสั่งใหม่ได้ แต่การสลับโหมดต้อง ฟอร์แมตไดรฟ์ใหม่

การบริโภคพลังงานที่ดีขึ้น

คอมพิวเตอร์พกพามีเวลาทำงานจำกัด ขึ้นอยู่กับขนาดแบตเตอรี่และพลังงานที่ชิ้นส่วนดึง SSD ลดการใช้พลังงานของส่วนจัดเก็บ แต่ยังปรับปรุงได้ อินเตอร์เฟซ M.2 SSD เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนด SATA 3.2 รวมฟีเจอร์เพิ่มเติมนอกจากอินเตอร์เฟซ รวมถึง DevSleep

เมื่อระบบมากขึ้นออกแบบให้เข้าสู่โหมด Sleep เมื่อปิด蓋หรือปิดเครื่อง แทนที่จะปิดสนิท ทำให้มีกระแสดึงจากแบตเตอรี่คงที่เพื่อเก็บข้อมูลบางส่วนไว้เพื่อฟื้นฟูเร็วตอน Wake up DevSleep ลดพลังงานที่อุปกรณ์ใช้โดยสร้างสถานะพลังงานต่ำใหม่ → ควรขยายเวลาทำงานของคอมพิวเตอร์ที่เข้าสู่ Sleep Mode

ปัญหาการบูท (Boot Issues)

อินเตอร์เฟซ M.2 เป็นความก้าวหน้าด้านจัดเก็บและประสิทธิภาพ คอมพิวเตอร์ต้องใช้ PCIe Bus เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด ไม่เช่นนั้นจะทำงานเท่า SATA 3.0 ธรรมดา ฟังดูไม่ใหญ่โต แต่เป็นปัญหาบนเมนบอร์ดรุ่นแรกๆ ที่รองรับฟีเจอร์นี้

SSD ให้ประสบการณ์ดีที่สุดเมื่อใช้เป็น Root/Boot Drive ปัญหาคือ Windows เดิมมีปัญหาบูทจาก PCIe Bus แทน SATA บนหลายไดรฟ์ → M.2 ที่ใช้ PCIe ไม่ได้เป็นไดรฟ์หลักที่ติดตั้ง OS/โปรแกรม ผลลัพธ์คือ Data Drive เร็ว แต่ไม่ใช่ Boot Drive

ไม่ใช่ทุกคอมพิวเตอร์/OS ที่มีปัญหานี้ เช่น Apple พัฒนา macOS ให้ใช้ PCIe Bus สำหรับ Root Partition เพราะ Apple สลับ SSD ไป PCIe ตั้งแต่ MacBook Air 2013 (ก่อน M.2 Finalize) Microsoft อัปเดต Windows 10 รองรับ PCIe และ NVMe Drive แล้ว Windows รุ่นเก่าอาจทำงานได้ถ้าฮาร์ดแวร์รองรับและติดตั้งไดรเวอร์ภายนอก

การใช้ M.2 อาจทำให้ฟีเจอร์อื่นหายไป

จุดกังวลอีกจุด โดยเฉพาะเมนบอร์ดเดสก์ท็อป เกี่ยวกับการที่ M.2 เชื่อมต่อกับระบบอื่นๆ มีจำนวน PCIe Lanes ระหว่างโปรเซสเซอร์และส่วนอื่นๆ จำกัด เพื่อใช้ M.2 Slot ที่รองรับ PCIe ผู้ผลิตเมนบอร์ดต้องยึด PCIe Lanes นั้นไปจากชิ้นส่วนอื่นบนระบบ

การแบ่ง PCIe Lanes ระหว่างอุปกรณ์บนบอร์ดเป็นหัวใจสำคัญ เช่น บางผู้ผลิตแชร์ PCIe Lanes กับพอร์ต SATA → ใช้ M.2 Slot อาจทำให้สูญเสียพอร์ต SATA ได้ 4 พอร์ต ในบางกรณี M.2 แชร์เลนกับ PCIe Expansion Slots อื่นๆ

โปรดตรวจสอบการออกแบบบอร์ด ให้แน่ใจว่า M.2 จะไม่ขัดขวางการใช้ฮาร์ดดิสก์ SATA, ไดรฟ์ DVD, Blu-ray หรือการ์ดขยายอื่นๆ