隨著計(jì)算機(jī)變得越來越小，存儲驅(qū)動(dòng)器等硬件組件也必須變得越來越小。固態(tài)驅(qū)動(dòng)器的引入允許超薄型設(shè)計(jì)，如Ultrabook，但這與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SATA接口相沖突。
mSATA接口旨在創(chuàng)建可與SATA接口交互的薄型卡。當(dāng)SATA 3.0標(biāo)準(zhǔn)限制SSD的性能時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)新問題。必須開發(fā)一種新形式的緊湊型卡接口來糾正這些問題。
最初稱為NGFF（下一代外形尺寸），新接口已標(biāo)準(zhǔn)化為SATA 3.2版規(guī)范下的M.2驅(qū)動(dòng)器接口。
更快的速度
雖然大小是開發(fā)接口的一個(gè)因素，但驅(qū)動(dòng)器的速度同樣至關(guān)重要。SATA 3.0規(guī)范將驅(qū)動(dòng)器接口上SSD的實(shí)際帶寬限制在600 MB/s左右，這是許多驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)達(dá)到的。SATA 3.2規(guī)范為M.2接口引入了一種新的混合方法，與SATA Express一樣。
本質(zhì)上，新的M.2卡可以使用現(xiàn)有的SATA 3.0規(guī)范，并限制為600 MB/s。或者，它可以使用PCI Express，根據(jù)當(dāng)前的PCI Express 3.0標(biāo)準(zhǔn)，PCI Express提供1 GB/s的帶寬。1 GB/s的速度適用于單個(gè)PCI Express通道，但也可以使用多個(gè)通道。根據(jù)M.2 SSD規(guī)范，最多可以使用四個(gè)通道。使用兩條車道理論上可以提供2.0 GB/s，而四條車道最多可以提供4.0 GB/s。
隨著PCI Express 4.0的最終發(fā)布，這些速度實(shí)際上將翻倍。2017年發(fā)布的PCI Express 5.0將帶寬增加到32 GT/s，16通道配置中的帶寬為63 GB/s。PCI Express 6.0（2019）的帶寬又增加了一倍，達(dá)到64 GT/s，每個(gè)方向允許126 GB/s。
并非所有系統(tǒng)都能達(dá)到這些速度。M.2驅(qū)動(dòng)器和接口必須在相同模式下設(shè)置。M.2接口使用傳統(tǒng)SATA模式或較新的PCI Express模式。驅(qū)動(dòng)器選擇要使用的驅(qū)動(dòng)器。
例如，采用SATA傳統(tǒng)模式設(shè)計(jì)的M.2驅(qū)動(dòng)器限制為600 MB/s。雖然M.2驅(qū)動(dòng)器與PCI Express最多兼容四個(gè)通道（x4），但計(jì)算機(jī)僅使用兩個(gè)通道（x2）。這導(dǎo)致最大速度為2.0 GB/s。要獲得盡可能快的速度，請檢查驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)或主板支持什么。
尺寸越來越小
M.2驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一是減小存儲設(shè)備的總體尺寸。這是通過以下幾種方式之一實(shí)現(xiàn)的。首先，卡的形狀比之前的形狀更窄。M.2卡寬22毫米，而mSATA卡寬30毫米。與50 mm的mSATA相比，30 mm長的卡的長度也更短。不同之處在于，M.2卡支持更長的長度，最長可達(dá)110毫米。這意味著這些驅(qū)動(dòng)器可以更大，從而為芯片提供更多空間，從而提高容量。
除了卡的長度和寬度外，還可以選擇單面或雙面M.2板。單面電路板外形薄，適用于超薄筆記本電腦。雙面板允許在M.2板上安裝兩倍數(shù)量的芯片，允許更大的存儲容量。這對于空間不那么重要的小型桌面應(yīng)用程序非常有用。
問題是，除了卡的長度之外，您還需要知道計(jì)算機(jī)上的M.2連接器是什么類型的。大多數(shù)筆記本電腦只使用單面連接器，這意味著筆記本電腦不能使用雙面M.2卡。
命令模式
十多年來，SATA使存儲成為即插即用操作。這是由于簡單的接口和AHCI（高級主機(jī)控制器接口）命令結(jié)構(gòu)。
AHCI是計(jì)算機(jī)如何與存儲設(shè)備進(jìn)行指令通信。它內(nèi)置于所有現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，在添加新驅(qū)動(dòng)器時(shí)不需要安裝額外的驅(qū)動(dòng)程序。
AHCI是在硬盤驅(qū)動(dòng)器處理指令的能力有限的時(shí)代開發(fā)的，因?yàn)橛脖P驅(qū)動(dòng)器頭和盤片的物理性質(zhì)。一個(gè)包含32條命令的命令隊(duì)列就足夠了。問題是，今天的固態(tài)驅(qū)動(dòng)器做得更多，但仍然受到AHCI驅(qū)動(dòng)程序的限制。
開發(fā)NVMe（非易失性內(nèi)存Express）命令結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)程序是為了消除這一瓶頸并提高性能。它不使用單個(gè)命令隊(duì)列，而是提供多達(dá)65536個(gè)命令隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列最多有65536個(gè)命令。這允許對存儲讀寫請求進(jìn)行更多的并行處理，從而提高了AHCI命令結(jié)構(gòu)的性能。
雖然這很好，但也有一點(diǎn)問題。AHCI內(nèi)置于所有現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，但NVMe不是。驅(qū)動(dòng)程序必須安裝在現(xiàn)有操作系統(tǒng)之上，才能最大限度地利用驅(qū)動(dòng)器。對于許多較舊的操作系統(tǒng)來說，這是一個(gè)問題。
M.2驅(qū)動(dòng)器規(guī)格允許兩種模式中的任何一種。這使得采用新的界面更容易與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)和技術(shù)。隨著對NVMe命令結(jié)構(gòu)的支持的改進(jìn)，相同的驅(qū)動(dòng)器可以與此新命令模式一起使用。但是，在兩種模式之間切換需要重新格式化驅(qū)動(dòng)器。
減少功耗
移動(dòng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間是有限的，這取決于其電池的大小及其組件消耗的電量。固態(tài)驅(qū)動(dòng)器降低了存儲組件的能耗，但仍有改進(jìn)的余地。
由于M.2 SSD接口是SATA 3.2規(guī)范的一部分，因此它包括接口之外的其他功能。這包括一個(gè)名為DevSleep的新功能。由于越來越多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在關(guān)閉或關(guān)閉時(shí)進(jìn)入睡眠模式，而不是完全斷電，因此電池會不斷消耗電量，以保持某些數(shù)據(jù)處于活動(dòng)狀態(tài)，以便在設(shè)備喚醒時(shí)快速恢復(fù)。DevSleep通過創(chuàng)建新的低功耗狀態(tài)來減少設(shè)備使用的功耗。這將延長進(jìn)入睡眠模式的計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。
啟動(dòng)問題
M.2接口是計(jì)算機(jī)存儲和性能方面的進(jìn)步。計(jì)算機(jī)必須使用PCI Express總線才能獲得最佳性能。否則，其運(yùn)行方式與任何現(xiàn)有SATA 3.0驅(qū)動(dòng)器相同。這看起來沒什么大不了的，但對于許多第一批使用該功能的主板來說，這是一個(gè)問題。
SSD驅(qū)動(dòng)器用作根驅(qū)動(dòng)器或引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器時(shí)提供最佳體驗(yàn)。問題在于，現(xiàn)有的windows軟件存在一個(gè)問題，即許多驅(qū)動(dòng)器是從PCI Express總線而不是從SATA引導(dǎo)的。這意味著使用PCI Express的M.2驅(qū)動(dòng)器將不是安裝操作系統(tǒng)或程序的主驅(qū)動(dòng)器。結(jié)果是一個(gè)快速的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，而不是引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器。
并非所有計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)都存在此問題。例如，蘋果已經(jīng)開發(fā)了macOS（或OSX）來將PCI Express總線用于根分區(qū)。這是因?yàn)樵贛.2規(guī)格最終確定之前，蘋果在2013年MacBook Air中將其SSD驅(qū)動(dòng)器切換為PCI Express。Microsoft已更新Windows 10以支持新的PCI Express和NVMe驅(qū)動(dòng)器。如果支持硬件并安裝了外部驅(qū)動(dòng)程序，則舊版本的Windows也可以工作。
使用M.2如何刪除其他功能
另一個(gè)值得關(guān)注的領(lǐng)域，特別是臺式機(jī)主板，涉及M.2接口如何連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其余部分。處理器和計(jì)算機(jī)其余部分之間的PCI Express通道數(shù)量有限。要使用與PCI Express兼容的M.2卡插槽，主板制造商必須使這些PCI Express通道遠(yuǎn)離系統(tǒng)上的其他組件。
如何在板上的設(shè)備之間劃分這些PCI Express通道是一個(gè)主要問題。例如，一些制造商使用SATA端口共享PCI Express通道。因此，使用M.2驅(qū)動(dòng)器插槽可能會消耗多達(dá)四個(gè)SATA插槽。在其他情況下，M.2可能與其他PCI Express擴(kuò)展插槽共享這些通道。
檢查電路板的設(shè)計(jì)，以確保M.2不會干擾其他SATA硬盤驅(qū)動(dòng)器、DVD驅(qū)動(dòng)器、藍(lán)光驅(qū)動(dòng)器或其他擴(kuò)展卡的潛在使用。
