M.2

M.2 (algselt tuntud ka kui NGFF, inglise keeles Next Generation Form Factor) on standard arvutisiseste laienduskaartide ühendamiseks ning nendega seotud pistikute ja pesade jaoks. M.2 kaudu saab arvutiga ühendada erinevaid mooduleid nagu pooljuhtkettaid (SSD), traadita koht- (WLAN) ja laivõrgu kaarte (WWAN), traadita võrgu (Bluetooth ja NFC) ning satelliitnavigatsiooni (GNSS) laienduskaarte..

Vasakul on mSATA ja paremal M.2 2242 pooljuhtketas.

Omadused

M.2 standard ühendab mitmeid siine, misläbi saab selle kaudu ühendada erineva otstarbega laienduskaarte. Kõnealused siinid on PCI Express (PCIe) 3.0 ja uuemad, Serial ATA (SATA) 3.0 ja USB 3.0. M.2 standard toetab kuni nelja PCIe rada (x4) ja ühte loogilist SATA 3.0 porti.

Paindlik füüsiline standard muudab M.2 eriti sobivaks pooljuhtketaste ühendamiseks ja kompaktsetes seadmetes kasutamiseks. PCIe siini olemasolu teeb M.2 standardile vastava mäluseadme andmevahetuse võrreldes varasemate standarditega tunduvalt kiiremaks. PCIe siini rakendamine tähendab ühtlasi seda, et iga uue PCIe versiooniga kasvab M.2 ühendust evivate seadmete maksimaalne andmevahetuskiirus.

Mäluliidesed

Ülevaade SATA ekspressi tarkvara arhitektuurist, mis kehtib ka M.2 kohta.

SATA 3.2 tutvustas uut lähenemist, mille kohaselt saab M.2 kaart kasutada kas juba eksisteerivat SATA 3.0 ja piirata kiirust või selle asemel PCIe siini, mis tagab PCIe 3.0 standardi alusel kiiruse 1 GB/s. M.2 suudab aga kasutada kuni nelja PCIe rada, mille iga uus standard kahekordistab eelmise andmevahetuskiiruse.

Muidugi pole kõik süsteemid võimelised selliseid kiiruseid saavutama. Seetõttu võib M.2 liides kasutada kas SATA pärandrežiimi (maksimaalse kiirusega 600 MB/s) või kiiremat PCIe režiimi. Ühenduse lõplik kiirus oleneb sellest, mitut rada pesa ja laienduskaart evivad.

M.2 andmekandjatega suhtlemiseks on kolm võimalust:

• SATA pärandrežiim, mida kasutatakse SATA SSD jaoks läbi AHCI (Advanced Host Controller Interface) draiveri ja M.2 SATA 3.0 pärandühenduse teel.
• PCIe läbi AHCI, mida kasutatakse PCIe SSD jaoks läbi AHCI draiveri ja PCIe siinide.
• PCIe läbi NVMe, mida kasutatakse PCIe SSD jaoks läbi NVMe (Non-Volatile Memory ekspress) draiveri ja PCIe siinide. Režiim võimaldab suuremat hulka kirjutamis- ja lugemispäringute paralleelprotsesse, mis aitab suurendada jõudlust võrreldes ACHI käsustruktuuriga.

Kuju ja ühendus

M.2 pistiku ja pesa tüüpide B, M ja B+M illustratsioon.

Võrreldes M.2 eelkäija mSATA liidesega on M.2 laienduskaardid kompaktsemad. Need on minimaalselt vaid 22 mm laiad ja 30 mm pikad, võrreldes 30 mm laiade ja 50 mm pikkuste mSATA kaartidega. Samas lubab standard kuni 110 mm pikkuseid kaarte, mis võimaldab kaardile mahutada rohkem kiipe.

M.2 laienduskaardid võivad olla nii ühe- kui ka kahepoolsed. Ühepoolsed kaardid on väga õhukesed ja sobivad näiteks õhukeste sülearvutite komponentideks. Kahepoolsed kaardid lubavad aga mahutada kaks korda rohkem kiipe, mis tähendab näiteks rohkem andmesalvestusruumi. Samas ei toeta iga emaplaat kahepoolseid M.2 SSD-sid.

M.2 kaardid on ristkülikukujulised ning neil on ühes otsas pistik ja teise otsa keskel poolkuukujuline kinnitamiseks mõeldud auk. Laienduskaart paigaldatakse emaplaadil olevasse pessa ja kinnitatakse ühe kruvi või muu kinnitusmehhanismiga. Iga ühendusklemm talub kuni 50 V pinget ja 0,5 A voolu. Pistik ise talub kuni 60 ühendamist.

M.2 standard lubab moodulite laiuseks 12, 16, 22 või 30 mm ja pikkuseks 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 ja 110 mm. Kaardi füüsilisi mõõtmeid tähistatakse nelja- või viienumbrilise koodiga. Näiteks 2260 tähendab, et kaart on 22 mm lai ja 60 mm pikk, ja 22110 tähendab, et kaart on 22 mm lai ja 110 mm pikk. Pikemaid kaarte toetavate emaplaatidega saab enamasti ühendada ka lühemaid.

M.2 mooduli trükkplaadil on 75 klemmiga konnektor, millest on ühe või enama võtme (täkked kaardi ühenduses) loomiseks kindlad klemmid eemaldatud. Laienduskaardid võivad olla ka emaplaadi külge joodetud, kuid sel juhul on alati tegu ühepoolsete kaartidega. Emaplaadil olevad pesad võivad lubada ühe või mitme erineva võtmega mooduli ühendamist. Eri võtmeid kasutatakse erinevaks otstarbeks, näiteks B ja M ühendusi kasutatakse M.2 SSD juures ning E ühendusi WiFi ja Bluetoothi laienduskaartide jaoks.

M.2 laienduskaarte nimetamissüsteem sisaldab minimaalselt kaardi laiust ja pikkust, kuid samuti on koodid laienduskaardi kõrguse ja võtme(te) jaoks. Kõrguse ja võtmete koodid on allpool olevates tabelites. Näiteks 2280-D5-M tähistab 22 mm laiust, 80 mm pikkust, kahepoolset ja M-võtmega laienduskaarti – sellised mõõtmed on omased kahepoolsele PCIe SSD-le.

Komponentide suurim kõrgus (ülemine ja alumine pool eraldi)

Kood	Ülemine	Alumine
S1	1,20	–
S2	1,35	–
S3	1,50	–
D1	1,20	1,35
D2	1,35	1,35
D3	1,50	1,35
D4	1,50	0,70
D5	1,50	1,50

M.2 võtmed ja nende otstarbed

Võti	Puuduvad klemmid	Otstarve
A	8–15	2x PCIe x1/USB 2.0/12C/DP x4
B	12–19	PCIe x2/SATA/USB 2.0/USB 3.0/HSIC/SSIC/Audio/UIM/I2C
C	16–23	Reserveeritud tulevikus kasutamiseks.
D	20–27	Reserveeritud tulevikus kasutamiseks.
E	24–31	2x PCIe x1/USB 2.0/IC2/SDIO/UART/PCM
F	28–35	FMI (Future Memory Interface)
G	39–46	Üldine, ei kasutata M.2 jaoks.
H	43–50	Reserveeritud tulevikus kasutamiseks.
J	47–54	Reserveeritud tulevikus kasutamiseks.
K	51–58	Reserveeritud tulevikus kasutamiseks.
L	55–62	Reserveeritud tulevikus kasutamiseks.
M	59–66	PCIe x4/SATA

Kasutamine ja mõju

M.2 2230 M-võtmega pooljuhtketas, millele on võrdluseks asetatud microSD mälukaart.

Sülearvutite kasutusaega piirab nende aku maht. Nende kõvaketta asendamine pooljuhtkettaga juba kärbib sülearvutite energiakulu. Kuid M.2 liides on SATA 3.2 spetsifikatsiooni all, millega kaasneb ka muid funktsioone.

Üks nendest on DevSleep. Kuna suurem osa süsteemidest lähevad kaane kinni panemisel välja lülitamise asemel unerežiimi, siis tuleb andmete kiire taastamise jaoks osa aktiivsena hoida. Selleks kulub energiat. DevSleep vähendab M.2 SSD-de kasutatava energia hulka, luues uue madalama energiakuluga seisundi. See pikendab unerežiimis sülearvuti aku kestvust.

Windows 10 ja operatsioonisüsteemi edasised versioonid toetavad täielikult uusi PCIe ja NVMe M.2 seadmeid, kui riistvara seda lubab. Varasematel Windowsi variantidel võib M.2 laienduskaartide kasutamine olla võimalik peale sobiva draiveri paigaldamist. Vanematel operatsioonisüsteemi variantidel võib probleeme tekitada ka PCIe M.2 SSD kasutamine arvuti alglaadimise esimese kettana.

Apple võttis PCIe SSD-d esimest korda kasutusele 2013. aasta Macbook Airil, juba enne M.2 standardi lõpliku variandi valmimist. OS X-il pole samuti probleeme selliste pooljuhtketaste kasutamisega käivituskorra esimese kettana.

Kuna M.2 pesa sisaldab nelja PCIe rada, on läbi selle võimalik ühendada vägagi erineva otstarbega laienduskaarte. Adapteriga saab M.2 pesa kaudu ühendada igasuguseid PCIe seadmeid. Eriti kurioosne näide M.2 ühenduse uuenduslikust kasutusest on graafikakaartide ühendamine.

Leidub spetsiaalselt M.2 kaudu ühendamiseks mõeldud graafikakaarte. Samas võib adapteri kaudu ühendada igasuguseid graafikakaarte, kuigi olenevalt kaardi võimsusest võib olla tarvis ühendada too välisesse toiteplokki. Kuna graafikakaardid kasutavad tavaliselt 8- või 16-rajalist PCIe ühendust, kannatab oluliselt selle võimekus ühenduse väiksema andmevahetuskiiruse tõttu (PCIe 3.0 puhul on neljarajalise ühenduse kiirus 4 GB/s ja 16-rajalise oma 16 GB/s).