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M.2 由 PCI-SIG 和 SATA-IO 标准组织开发,并在 PCI-SIG M.2 和 SATA 修订版 3.2 规范中定义。最初称为下一代外观尺寸 (NGFF),然后于 2013 年正式更名为 M.2。许多人仍把 M.2 称为 NGFF。

M.2 小型外观尺寸适用于许多插卡类型,例如 Wi-Fi、蓝牙、卫星导航、近场通信 (NFC)、数字无线电、无线千兆联盟 (WiGig)、无线 WAN (WWAN),以及固态硬盘 (SSD)。

M.2 拥有固态硬盘专用的外观尺寸。

不,并不相同;M.2 同时支持 SATA 和 PCIe 存储总线选项,而 mSATA 仅支持 SATA。从物理角度讲,它们的外观也不相同,不能插入相同的系统接口中。下图显示 M.2 固态硬盘和 mSATA 固态硬盘(您会发现连接器不同,而且卡尺寸也不同):

Module image

M.2 2280(上方)与 mSATA 对比。 注意,卡键(或卡槽)会阻止其 插入不兼容的插槽中。

创建 M.2 外观尺寸是为小型外观尺寸卡(包括固态硬盘)提供多种选项。固态硬盘之前只能依赖 mSATA 提供最小型的外观尺寸,但 mSATA 无法以合理的成本扩展到 1TB 容量。新的 M.2 规范使一切问题迎刃而解,能够支持不同的 M.2 固态硬盘卡尺寸和容量。M.2 规范使系统制造商能够标准化常见的小型外观尺寸,并在需要时扩展到更高容量。

所有 M.2 固态硬盘都可快速安装到系统板上的 M.2 插槽。M.2 外观尺寸引入通过更小的空间占用提供更高性能的方式,同时也是未来固态硬盘技术前进的方向。此外,不需要使用电源或数据线也可省去线缆管理。和 mSATA 固态硬盘一样,M.2 固态硬盘只需插入插槽即可完成物理安装。

使用最新发布的 Intel z97 和 AMD FX 990 芯片组的主板支持 M.2 SATA 和 PCIe 固态硬盘。此外,还有大量笔记本已经支持 M.2 固态硬盘。请在购买 M.2 固态硬盘之前,通过系统规格和用户手册核对兼容性。

在本常见问题解答中,我们将着重关注 M.2 固态硬盘外观尺寸,同时提醒读者:一些系统的 M.2 插槽会不兼容 M.2 固态硬盘。

由于 M.2 卡的类型不同(从固态硬盘到广域网 (WAN) 卡),所以会有许多不同尺寸的 M.2 模块。

对基于固态硬盘的 M.2 模块,最常见的尺寸有 22mm(宽) x30mm(长)、22mm x 42mm、22mm x 60mm、22mm x 80mm 和 22mm x 110mm。插卡的命名与上面的尺寸相关:前 2 位数定义宽度(全部是 22mm),其余的位数定义长度,范围从 30mm 到 110mm。因此,M.2 固态硬盘规格有 2230、2242、2260、2280 和 22110。

下图显示 2.5 英寸固态硬盘和 2242、2260 及 2280 M.2 固态硬盘:

Size range image

M.2 固态硬盘长度不同的原因有两个:

  1. 不同的长度使得固态硬盘有着不同的容量;越长的固态硬盘,可以安装更多的 NAND 闪存芯片,以及控制器和 DRAM 存储芯片。2230 和 2242 长度支持 1-3 NAND 闪存芯片,2280 和 22110 支持高达 8 条 NAND 闪存芯片,在最大的 M.2 外观尺寸中可达到 1TB 容量的固态硬盘。
  2. 系统板中的插槽空间会限制 M.2 尺寸:一些笔记本可以支持 M.2 用于缓存目的,但只有少量的空间用于安放 2242 M.2 固态硬盘(2230 M.2 固态硬盘尺寸更小,但在能够使用 2242 M.2 固态硬盘的大多数情况中不需要)。

    例如,如果将 M.2 固态硬盘用作缓存(客户端系统上配备 Intel® 智能响应技术 (SRT) 软件),或者用作超级本或 Chromebook 中的小容量操作系统引导驱动器,那 2242 M.2 固态硬盘更常用。如果 M.2 固态硬盘用作笔记本电脑或台式机系统中的主要驱动器,那更长且容量更高的 2280 M.2 固态硬盘更常用。

金士顿从 2014 年 6 月开始引入 2280 SATA M.2 固态硬盘,并将根据市场需要增加不同的尺寸。

M.2 是物理外观尺寸。SATA 和 PCIe 是指存储接口,主要不同之处在于 M.2 固态硬盘的性能和所使用的协议(语言)。

M.2 规范设计适用于 SATA 和 PCIe 两种总线的固态硬盘。M.2 SATA 固态硬盘可以使用与典型 2.5 英寸 SATA 固态硬盘相同的控制器。M.2 PCIe 固态硬盘使用专为支持 PCIe 协议而专门设计的控制器。

M.2 固态硬盘只能支持一种协议,但某些系统的 M.2 插槽可以支持 SATA 或 PCIe。

不能。M.2 固态硬盘可以支持 SATA 或 PCIe,但不能同时支持两者。另外,制造商将专门设计系统板插槽以便支持 SATA、PCIe 或在某些情况下同时支持。查看系统手册验证支持的技术非常重要;在某些主板中,甚至可以有几个同时支持两者的插槽,并且一些条件只能限制为 SATA 或仅 PCIe。

PCIe 接口更快,当 SATA 3.0 规范的最大速度限制在约 600MB/s 时,PCIe 第 2 代 x2 已经能够高达 1000MB/s 且第 2 代 x4 能够高达 2000MB/s。新的第 3 代 PCIe 技术将在 2015年普及,其 x4 速度高达 4000MB/s。

不需要,SATA 和 PCIe M.2 固态硬盘将使用操作系统中内置的标准 AHCI 驱动程序。但您可能需要在使用前在系统 BIOS 中启用 M.2 固态硬盘。

在某些情况下,M.2 固态硬盘可以与主板上其他设备共享 PCIe 插槽或 SATA 端口。请审核主板文档了解其他信息,同时使用两个共享端口可能会禁用其中某个设备。

性能通常很接近;速度还取决于使用固态硬盘的主机系统内部的特定控制器,以及每个固态硬盘的内部布局和控制器。当使用 2.5 英寸、mSATA 或 M.2 固态硬盘外形设计时,SATA 3.0 规范支持高达 600MB/s。

如果主机系统支持 PCIe 协议,那 PCIe M.2 固态硬盘很可能在 BIOS 中不可见,并且因此而与系统不兼容。类似地,将 SATA M.2 固态硬盘安装到仅支持 PCIe M.2 固态硬盘的插槽中时,SATA M.2 固态硬盘将无法使用。

PCIe M.2 固态硬盘将只能工作在主板内 PCIe x2(2 通道功能)速度上。如果购买的主板支持 PCIe x4 速度,那支持 x4 的 M.2 固态硬盘在该环境中将按照预期速度工作。另外,某些系统板对 PCIe 所能达到的总通道数做出限制,限制 PCIe M.2 x4 固态硬盘只能有 2 条通道,甚至没有。

M.2 规范为 M.2 卡和插槽接口定义了 12 种卡键或卡槽;其中许多保留供今后使用:

table

特别针对 M.2 固态硬盘,有 3 种常用的卡键:

  • B
  • M
  • B+M (M.2 固态硬盘上同时有这两种卡键)

不同的卡键类型通常标记在 M.2 固态硬盘标签上或边缘接口(或称金手指)附近,同时也会标记在 M.2 插槽上。

Key image

请注意 B 卡键 M.2 固态硬盘的边缘针数数量 (6) 与 M 卡键 M.2 固态硬盘的数量 (5) 不同;这种非对称布局可防止用户反向放置 M.2 固态硬盘并尝试将 B 卡键 M.2 固态硬盘插入 M 卡键插槽,反之亦然。

使用 B 卡键边缘接头的 M.2 固态硬盘可以根据您的设备支持 SATA 和/或 PCIe 协议,但仅能支持 PCIe 总线上最高达到 PCIe x2 性能 (1000MB/s)。

使用 M 卡键边缘接头的 M.2 固态硬盘可以根据您的设备支持 SATA 和/或 PCIe 协议,并且只要主机系统支持 x4,那它便可支持 PCIe 总线上最高达到 PCIe x4 的性能 (2,000MB/s)。

使用 B+M 卡键边缘接头的 M.2 固态硬盘可以根据您的设备支持 SATA 和/或 PCIe 协议,但仅能支持 PCIe 总线上最高达到 x2 性能。

不同的卡键代表什么含义?
M.2 固态硬盘卡键 B 卡键 M 卡键 B+M 卡键
固态硬盘边缘接头
兼容插槽
支持的驱动器类型(协议) SATA 和/或 PCIe x2 SATA 和/或 PCIe x4 根据接头支持的类型(B 或 M)和 M.2 固态硬盘支持的类型。查看系统文档和 M.2 固态硬盘类型了解兼容性

其他

M.2 固态硬盘卡键 B 卡键 M 卡键
固态硬盘边缘接头 SSD edge connector - B Key SSD edge connector - M Key
不兼容插槽 Not Compatible Sockets - B Key Not Compatible Sockets - M Key

只要支持适当的固态硬盘协议(SATA 或 PCIe),M.2 固态硬盘上的 B+M 卡键便可兼容各种主板。一些主板上的接口可能设计为仅适合 M 卡键固态硬盘,而其他主板可能仅适合 B 卡键固态硬盘。B+M 卡键 SSD 正是为解决这个问题而设计;但是,将 M.2 固态硬盘插入某个插槽并不能保证该硬盘能够工作,因为这取决于 M.2 固态硬盘与主板之间是否存在共享协议。

M.2 主机接口可以是 B 卡键类型或 M 卡键类型。它们可能会同时支持 SATA 和 PCIe 协议。同时,他们也可能仅支持两种协议中的一种。

如果您的固态硬盘接口是 B+M 卡键边缘接头,那么它在物理上可以插入任何一种主机接口,但您需要核对主板 / 系统制造商的规格以确保协议兼容性。

您始终可以通过阅读主板 / 系统制造商的信息来确认支持哪种长度,许多主板都支持 2260、2280 和 22110。许多主板都将提供多点固定螺栓偏移,从而能够固定 2242、2260、2280 甚至高达 22100 的 M.2 固态硬盘。主板上的空间大小将限制可插入插槽并使用的 M.2 固态硬盘大小。

不同的插槽类型是 M.2 规范的一部分,用于支持给定插槽中的特定设备类型。

插槽 1 设计用于 Wi-Fi、Bluetooth®、NFC 和 WI Gig

插槽 2 设计用于 WWAN、固态硬盘(缓存)和 GNSS

插槽 3 设计用于固态硬盘(包括 SATA 和 PCIe,高达 x4 性能)

如果系统中提供插槽 2 支持 WWAN 卡且该插槽未使用,那么只要是 B 卡键插槽便可能用于 M.2 固态硬盘(典型的小外观尺寸,如 2242)。如果系统板支持,那 SATA M.2 固态硬盘便可插入兼容的 WWAN 接口。通常,较低容量的 2242 M.2 固态硬盘主要用于缓存并与 2.5 英寸硬盘驱动器配合使用。再次提醒,核对系统文档以便确保对 M.2 的支持非常重要。

不能,M.2 固态硬盘不支持热插拔。请在系统关闭电源时安装和卸载 M.2 固态硬盘。

对于某些空间有限的嵌入式应用,M.2 规范提供不同的 M.2 固态硬盘厚度 – 3 种不同的单侧版本(S1、S2 和 S3)及 5 种双侧版本(D1、D2、D3、D4 和 D5)。一些平台由于 M.2 接口下方的空间有限,所以可能有特定的需求,如下图所示(LSI 的好处)。

Main System Board

金士顿 M.2 固态硬盘遵守双侧 M.2 规范且适合大多数接受双侧 M.2 固态硬盘的系统板;如果需要为特定嵌入式应用使用单侧固态硬盘,请咨询您的销售代表。

下一代 M.2 PCIe 固态硬盘将从目前利用旧式 AHCI 驱动器构建操作系统转向使用新型非易失性存储 (NVMe) 主机接口的新架构。NVMe 经过重新设计以便从根本上支持基于 NAND 闪存(以及今后可能出现的非易失性存储)的固态硬盘,并提供更高的性能级别。初步行业测试已表明性能级别比当今的 SATA 修订版 3.0 固态硬盘高出 4-6 倍。

预计将于 2015 年在企业市场率先发布,然后转移至客户系统。随着行业构建生态系统以便发布 NVMe 固态硬盘,目前许多操作系统中已经开始提供测试版驱动程序。

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