نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر ، وخاصة أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، تستمر في التقلص ، فإن المكونات مثل محركات الأقراص التخزينية تحتاج أيضًا إلى الحصول على حجم أصغر. مع إدخال محركات الأقراص الصلبة ، أصبح من الأسهل وضعهم في تصاميم أرق مثل Ultrabooks لكن المشكلة كانت تستمر في استخدام واجهة SATA القياسية في الصناعة. في نهاية المطاف ، تم تصميم واجهة mSATA لإنشاء بطاقة رفيعة المستوى يمكن أن تتفاعل مع واجهة SATA. المشكلة الآن هي أن معايير SATA 3.0 تحد من أداء محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة. من أجل تصحيح هذه المشكلات ، يلزم تطوير نموذج جديد من واجهة البطاقة الصغيرة. في الأصل كان يسمى NGFF (الجيل القادم من عامل الشكل) ، وأخيرا تم توحيد واجهة جديدة في واجهة محرك الأقراص M.2 الجديدة تحت مواصفات الإصدار 2.3 SATA.
سرعات أسرع
في حين أن الحجم ، بالطبع ، هو عامل في تطوير الواجهة الجديدة ، فإن سرعة محركات الأقراص هي بنفس القدر من الأهمية. حدت مواصفات SATA 3.0 من عرض النطاق الترددي في العالم الحقيقي لـ SSD على واجهة محرك الأقراص إلى حوالي 600 ميجابايت / ثانية ، وهو أمر وصل إليه الآن العديد من محركات الأقراص. قدمت مواصفات SATA 3.2 نهجًا مختلطًا جديدًا للواجهة M.2 تمامًا كما فعلت مع SATA Express . في الجوهر ، يمكن لبطاقة M.2 الجديدة أن تستخدم إما مواصفات SATA 3.0 الموجودة وتقتصر على 600 ميجابايت / ثانية أو يمكن بدلاً من ذلك أن تختار استخدام PCI-Express الذي يوفر عرض نطاق يبلغ 1 جيجابايت / ثانية بموجب PCI-Express 3.0 الحالي المعايير. الآن أصبحت سرعة 1 جيجا بايت في الثانية لكل ممر PCI-Express واحد. من الممكن استخدام عدة حارات وتحت مواصفات M.2 SSD ، يمكن استخدام ما يصل إلى أربعة حارات. من شأن استخدام مسارين توفير 2.0 جيجابايت / ثانية بينما يمكن أن توفر الممرات الأربعة ما يصل إلى 4.0 جيجابايت / ثانية. مع الإصدار النهائي من PCI-Express 4.0 ، ستتضاعف هذه السرعات.
الآن لن تحقق جميع الأنظمة هذه السرعات. يجب إعداد محرك الأقراص M.2 والواجهة على الكمبيوتر في نفس الوضع. تم تصميم واجهة M.2 لاستخدام وضع SATA القديم أو أوضاع PCI-Express الأحدث ولكن سيختار محرك الأقراص أي واحد لاستخدامه. على سبيل المثال ، سيقتصر محرك M.2 المصمم مع وضع SATA القديم على سرعة 600 ميجابايت / ثانية. الآن ، يمكن أن يكون محرك الأقراص M.2 متوافقًا مع PCI-Express حتى 4 حارات (x4) ولكن الكمبيوتر يستخدم فقط ممران (x2). وهذا من شأنه أن يؤدي إلى سرعات قصوى تبلغ 2.0 جيجابايت / ثانية فقط. للحصول على أقصى سرعة ممكنة ، ستحتاج إلى التحقق من كل من محرك الأقراص والكمبيوتر أو اللوحة الأم.
أحجام أصغر وأكبر
كان أحد أهداف تصميم محرك الأقراص M.2 هو تقليل الحجم الإجمالي لجهاز التخزين. يتم تحقيق ذلك في واحدة من عدة طرق مختلفة. أولاً ، جعلوا البطاقات أضيق من عامل الشكل السابق لـ mSATA . بطاقات M.2 هي فقط 22 مم واسعة مقارنة بـ30 mm من mSATA. يمكن أيضًا اختزال البطاقات بطول 30 مم فقط مقارنة بـ 50 مم من mSATA. الفرق هو أن بطاقات M.2 تدعم أيضا أطوال أطول تصل إلى 110mm مما يعني أنها يمكن أن تكون أكبر في الواقع مما يوفر مساحة أكبر للرقاقات وبالتالي زيادة السعات.
بالإضافة إلى طول وعرض البطاقات ، يوجد أيضًا خيار الألواح أحادية الجانب أو مزدوجة الجوانب من M.2. لماذا السماكين المختلفين؟ حسنا ، لوحات من جانب واحد توفر لمحة رقيقة جدا ومفيدة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة سامسونج. من ناحية أخرى ، تسمح لوحة مزدوجة الجوانب بتركيب أكبر عدد ممكن من الشرائح على لوح M.2 لزيادة سعة التخزين مما يعد مفيدًا لتطبيقات سطح المكتب المدمجة حيث لا تكون المساحة حرجة. تكمن المشكلة في أنك تحتاج إلى معرفة نوع موصل M.2 الموجود على جهاز الكمبيوتر بالإضافة إلى مساحة لطول البطاقة. ستستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر المحمولة موصلًا أحادي الوجه فقط مما يعني أنه لا يمكنها استخدام بطاقات M.2 مزدوجة الجانب.
أوضاع القيادة
لأكثر من عقد من الزمان ، جعلت SATA التخزين لمكونات الكمبيوتر واللعب. هذا بفضل واجهة استخدام بسيطة جداً ولكن أيضاً بسبب بنية الأوامر AHCI (المتقدم Host Controller Interface). هذه طريقة يمكن للكمبيوتر من خلالها توصيل الإرشادات بأجهزة التخزين. إنه مدمج في جميع أنظمة التشغيل الحديثة وبالتالي لا يتطلب تثبيت أي برامج تشغيل إضافية في نظام التشغيل عند إضافة محركات أقراص جديدة. لقد عملت بشكل رائع ولكن تم تطويرها في عصر محركات الأقراص الصلبة التي لديها قدرة محدودة على معالجة التعليمات بسبب الطبيعة المادية لرؤوس الأقراص والأطباق. قائمة انتظار الأوامر واحدة مع أوامر 32 كافية. المشكلة أن محركات الأقراص الحالة الثابتة يمكن أن تفعل أكثر بكثير ولكن يتم تقييد بواسطة برامج تشغيل AHCI.
للمساعدة في إزالة هذا الاختناق وتحسين الأداء ، تم تطوير بنية القيادة NVMe (Non-Volatile Memory Express) وبرامج التشغيل كوسيلة للقضاء على هذه المشكلة لمحركات الأقراص الحالة الصلبة. بدلاً من استخدام قائمة انتظار واحدة ، فإنه يوفر ما يصل إلى 65،536 قائمة انتظار للأوامر مع ما يصل إلى 65،536 أمرًا في كل قائمة انتظار. هذا يسمح بمعالجة متوازية أكثر لطلبات القراءة والكتابة التخزينية التي ستساعد على تعزيز الأداء على بنية قيادة AHCI.
في حين أن هذا أمر رائع ، إلا أن هناك بعض المشاكل. بنيت AHCI في جميع أنظمة التشغيل الحديثة ولكن NVMe ليست كذلك. من أجل الحصول على أكبر قدر ممكن من محركات الأقراص ، يجب تثبيت برامج التشغيل فوق أنظمة التشغيل الموجودة لاستخدام وضع الأوامر الجديد هذا. هذه مشكلة لكثير من الناس على أنظمة التشغيل الأقدم. ولحسن الحظ ، تسمح مواصفات محرك الأقراص M.2 باستخدام أي من الوضعين. وهذا يجعل تبني الواجهة الجديدة أسهل مع أجهزة الكمبيوتر والتكنولوجيات الموجودة من خلال استخدام بنية قيادة AHCI. بعد ذلك ، بينما يتم تحسين دعم بنية أوامر NVMe في البرنامج ، يمكن استخدام نفس محركات الأقراص مع وضع الأمر الجديد هذا. فقط حذر من أن التبديل بين الوضعين سيتطلب إعادة تهيئة محركات الأقراص.
تحسين استهلاك الطاقة
تتميز أجهزة الكمبيوتر المحمولة بأوقات تشغيل محدودة بناءً على حجم بطارياتها والقدرة التي رسمتها المكونات المختلفة. قدمت محركات الأقراص الصلبة بعض التخفيضات الهامة في استهلاك الطاقة لمكون التخزين بحيث تحسنت عمر البطارية ولكن هناك مجال للتحسين. نظرًا لأن واجهة M.2 SSD جزء من مواصفات SATA 3.2 ، فإنها تتضمن أيضًا بعض الميزات الأخرى بخلاف الواجهة فقط. يتضمن هذا ميزة جديدة تسمى DevSleep. نظرًا لتصميم المزيد من الأنظمة للدخول في وضع السكون عند إغلاقها أو إيقافها بدلاً من تشغيلها بالكامل ، هناك سحب مستمر على البطارية للحفاظ على بعض البيانات نشطة لاسترداد سريع عند استيقظ الأجهزة. يقلل DevSleep من كمية الطاقة التي تستخدمها الأجهزة مثل M.2 SSDs من خلال إنشاء حالة طاقة منخفضة جديدة. من المفترض أن يساعد ذلك على إطالة مدة تشغيل تلك الأنظمة التي يتم وضعها في وضع السكون بدلاً من خفض الطاقة بين الاستخدامات.
مشاكل تمهيد
تعد واجهة M.2 إضافة رائعة لتخزين الكمبيوتر والقدرة على تحسين أداء أجهزة الكمبيوتر الخاصة بنا. هناك مشكلة طفيفة مع التنفيذ المبكر لها رغم ذلك. للحصول على أفضل أداء من الواجهة الجديدة ، يجب أن يستخدم الكمبيوتر ناقل PCI-Express ، وإلا فإنه يعمل بنفس طريقة تشغيل أي محرك SATA 3.0 موجود. هذا لا يبدو وكأنه مشكلة كبيرة لكنه في الواقع مشكلة مع العديد من اللوحات الرئيسية القليلة الأولى التي تستخدم هذه الميزة. توفر محركات أقراص SSD أفضل تجربة عند استخدامها كجذر أو محرك أقراص تمهيد. المشكلة هي أن برنامج Windows الموجود لديه مشكلة مع العديد من محركات الأقراص التي تم تمهيدها من ناقل PCI-Express بدلاً من SATA. هذا يعني أن وجود محرك M.2 باستخدام PCI-Express أثناء التشغيل السريع لن يكون محرك الأقراص الأساسي حيث يتم تثبيت نظام التشغيل أو البرامج. والنتيجة هي محرك أقراص سريع البيانات ولكن لا محرك أقراص التمهيد.
ليس كل أجهزة الكمبيوتر وأنظمة التشغيل لديها هذه المسألة. على سبيل المثال ، قامت Apple بتطوير OS X لاستخدام ناقل PCI-Express لأقسام الجذر. وذلك لأن Apple قامت بتحويل محركات أقراص SSD إلى PCI-Express في جهاز MacBook Air 2013 قبل الانتهاء من مواصفات M.2. قامت Microsoft بتحديث نظام التشغيل Windows 10 لدعم محركات PCI-Express و NVMe الجديدة بشكل كامل إذا كان بإمكان الأجهزة التي تعمل عليها كذلك. قد تتمكن الإصدارات القديمة من Windows من دعم الأجهزة وتثبيت برامج التشغيل الخارجية.
كيف يمكن استخدام M.2 إزالة الميزات الأخرى
هناك مجال آخر مثير للقلق خاصة مع اللوحات الأم على سطح المكتب يتعلق بكيفية اتصال واجهة M.2 ببقية النظام. ترى أن هناك عددًا محدودًا من ممرات PCI-Express بين المعالج وباقي الكمبيوتر. من أجل استخدام فتحة بطاقة M.2 متوافقة مع PCI-Express ، يجب على الشركة المصنعة للوحة الأم أن تأخذ تلك الممرات PCI-Express بعيدًا عن المكونات الأخرى على النظام. كيف يتم تقسيم هذه الممرات PCI-Express بين الأجهزة على لوحات هو مصدر قلق كبير. على سبيل المثال ، تتشارك بعض الشركات المصنعة في ممرات PCI-Express مع منافذ SATA. وبالتالي ، قد يؤدي استخدام فتحة محرك M.2 إلى سحب أربع فتحات SATA. في حالات أخرى. قد تشارك M.2 تلك الممرات مع فتحات توسعة PCI-Express أخرى. تأكد من التحقق من كيفية تصميم اللوحة للتأكد من أن استخدام M.2 لن يتداخل مع الاستخدام المحتمل لمحركات أقراص SATA أو محركات أقراص DVD أو Blu-ray أو بطاقات توسعة أخرى.