Разъем M.2 (NGFF) — что это? Разбираемся, что к чему!

Samsung 950Pro

Разъем M.2 (ранее известный как Next Generation Form Factor и NGFF) — это спецификация входящая в состав стандарта SATA 3.2 для компьютерных устройств и их разъемов, утвержденная международной организацией Serial ATA International Organization (SATA-IO) для планшетов и тонких компьютеров. Создана для замены уже устаревших форматов SATA, mSATA и Mini PCI-E. Ключевым новшеством M.2 (NGFF) стала поддержка передачи данных по линии PCI Express 3.0 с совокупной теоретической пропускной способностью до 32 Гбит/с. Что почти в 6 раз больше чем позволял стандарт SATA 3.0.

Интерфейс Максимальная теоретическая пропускная способностьМаксимальная реальная пропускная способность (оценка)
SATA III6 Гбит/с (750 Мбайт/с)600 Мбайт/с
PCIe 2.0 x28 Гбит/с (1 Гбайт/с)800 Мбайт/с
PCIe 2.0 x416 Гбит/с (2 Гбайт/с)1,6 Гбайт/с
PCIe 3.0 x432 Гбит/с (4 Гбайт/с)3,2 Гбайт/с

Карты расширения M.2 могут предоставлять различные функции, например: Wi-Fi, Bluetooth, спутниковая навигация, NFC-радиосвязь, цифровое радио, Wireless Gigabit Alliance (WiGig), Wireless WAN(WWAN) и другие. В виде модулей M.2 часто изготавливают быстрые и компактные твердотельные флеш-накопители (SSD).

Применение нового формата устройств позволил использовать режим минимального энергопотребления DevSleep, механизм управления питанием Transitional Energy Reporting, механизм Hybrid Information (повышающий эффективность кэширования данных в гибридных накопителях) и Rebuild Assist (функция, которая ускоряет процесс восстановления данных в массивах RAID).

Форм-фактор и ключи.

Если проще, M.2 представляет собой мобильную разновидность протокола SATA Express, описанного в спецификации SATA 3.2 для планшетов и тонких компьютеров. Этот интерфейс может быть совместим с устройствами, работающими по протоколам SATA, PCI Express, USB 3.0, I2C и другими. M.2 поддерживает до четырёх линий PCI Express 3.0, в то время как разъёмы SATA Express передают данные лишь по двум линиям PCI Express 2.0. Платы имеют 4 варианта ширины (12, 16, 22 и 30 миллиметров) и 8 вариантов длины (16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 и 110 миллиметров).

Помимо длины и ширины устройств подключаемых к M.2, описаны стандарты толщины компонентов на плате. Также, одностороннее и двухстороннее исполнение монтажа (Single Sided и Double Sided), разделенное на еще 8 типов. Для более удобного понимания, ниже приведу таблицу:

Толщина компонентов на плате устройства подключаемого к M.2 (размеры указаны в миллиметрах).

ТипСверхуСнизу
S11.20Не допускаются
S21.35Не допускаются
S31.50Не допускаются
D11.201.35
D21.351.35
D31.501.35
D41.500.70
D51.501.50

Для указания типа M.2 — устройства маркируются кодом по схеме WWLL-HH-K-K или WWLL-HH-K, где WW и LL — размеры модуля в ширину и длину в миллиметрах. В HH кодируется, является ли модуль односторонним или двухсторонним, а также максимальная допустимая высота (толщина) размещённых на нём компонентов, например «D2». Часть K-K обозначает ключевые разрезы если модуль использует лишь один ключ, используется одна буква K. Если используется K-K, то модуль имеет 2 ключа.

Диаграмма с подробной расшифровкой всех значений маркировки с указанием величин.

Номенклатура модуля M.2

По состоянию на 2018 год, наиболее популярными размерами определены: ширина 22 мм, длина 80 или 60 мм (M.2-2280 и M.2-2260), реже 42 мм. Многие ранние M.2 накопители и материнские платы использовали интерфейс SATA, для них наиболее популярны ключи B (SATA и PCIe x2). Современные же материнские платы реализуют в разъеме M.2 PCI Express 3.0 x4 и соответствующий ключ M (SATA и PCIe x4). Устройства разработанные под использование в разъемах с ключом M, электрически не совместимы с разъемом B, и наоборот, без явного на то указания. Хотя не редко, как показывает практика физически совместимы (если перевернуть).  Для подключения карт расширения, например WiFi, используются модули размера 1630 и 2230 и ключи A или E.

M.2 — плата должна не только подходить по размеру, но и иметь совместимое со слотом расположение ключей. Ключи ограничивают механическую совместимость между различными разъёмами и платами форм-фактора M.2 и препятствует неправильной установке накопителей в слоте.

Собственно перед покупкой платы расширения необходимо уточнить у производителя тип разъема и совместимые размеры (по длине, ширине, толщине, одностороннее и двухстороннее исполнение).

В крайнем случае посчитать контакты разъема и сравнить с рисунком ниже.  

контакты m.2

Что такое Socket 1, Socket 2, Socket 3 в применении к M.2 (NGFF) устройствам?

Действительно, встречается понятие сокет и для M.2 устройств. Думаю создание групп разъемов M.2 на Socket 1,2,3 для упрощенного разделения не совместимых между собой устройств. Формально разделяя все виды устройств на 3 простых для понимания типа.

Принцип деления наглядно показан в следующей таблице:

 Для установки в разъем M.2
 Ключ разъемаРазмер модуляТолщина модуляКлюч коннектора на модуле

Socket 1

Обычно, модули связи (WIFi адаптеры, Bluetooth, NFC и прочее)

    
A, E1630S1, D1, S3, D3, D4A, E, A+E
A, E2230S1, D1, S3, D3, D4A, E, A+E
A, E3030S1, D1, S3, D3, D4A, E, A+E

Socket 2

Для компактных 3G/4G модемов M.2, но возможно появление другого оборудования

B3042S1, D1, S3, D3, D4B

Socket 2

Для M.2 SSD и другого оборудования с универсальным ключом B+M

B2230S2, D2, S3, D3, D5B+M
B2242S2, D2, S3, D3, D5B+M
B2260S2, D2, S3, D3, D5B+M
B2280S2, D2, S3, D3, D5B+M
B22110S2, D2, S3, D3, D5B+M

Socket 3

Для M.2 SSD и другого оборудования с ключом М и универсальным ключом B+M

M2242S2, D2, S3, D3, D5M, B+M
M2260S2, D2, S3, D3, D5M, B+M
M2280S2… D2, S3, D3, D5M, B+M
M22110S2… D2, S3, D3, D5M, B+M

Разберем пример на основе реальных интернет-магазинов:

SSD диск SAMSUNG M.2 860 EVO 250 Гб M.2 2280 SATA III (MZ-N6E250BW)

860 Evo

Из описания видно — перед нами SSD Samsung с емкостью 250Gb, разработанный для использования в разъеме M.2. Далее идет маркировка «2280» указывающая физический размер — 22 мм в ширину, 80 мм в длину. Про толщину и одностороннее или двухстороннее исполнение — ни слова. В данном случае придется уточнять из других источников, либо производителя накопителя. После указания маркировки размера написано — SATA III. Что это означает? Это означает что накопитель использует логический интерфейс SATA III. То есть, перед нами все тот же классический накопитель SATA, но выполненный под размеры и разъем M.2. Скоростные преимущества PCI Express здесь не использованы.

Все, описание продавца на этом исчерпаны. Чего нам еще не хватает? Нам не хватает явного указания типа ключа разъема, это пускай останется на совести продавца. Но мы визуально видим 2 прорези, это означает возможность использования данного накопителя в составе материнских плат с разъемом типа B и типа M. Это визуальная оценка, опять повторюсь — необходимо уточнить у производителя.

Попробуем еще:

SSD диск Samsung 960 EVO M.2 250 Гб M.2 PCI-E TLC MZ-V6E250BW

960 evo

Здесь мы видим SSD Samsung 960 EVO тоже на разъем M.2. Вообще без указания маркировки физических размеров и типа, предположительно тоже «2280» (всегда необходимо уточнять из других источников). Далее указаны PCI-E и TLC, что это означает? Это означает что устройство использует логический интерфейс PCI Express (какой 2.0 или 3.0 не ясно, и сколько линий 2x-4x — тоже не известно). TLC — тип устройства микросхем памяти. На этом интернет-магазин счел описание достаточным. Думаю гарантийка ему потом скажет об обратном…

Но визуально мы видим на этом изображении одну прорезь в разъеме M.2 (предположительно соответствующая ключу M). И тут необходимо быть осторожным, устройство может подойти физически в разъем B. И вернее всего, сожжет плату и устройство. Поэтому необходимо точно знать какого типа установлен разъем на плате и какого приобретается.

Реализации логического интерфейса и набора команд.

Для плат расширения M.2 доступно три варианта реализации логического интерфейса и набора команд, по аналогии со стандартом SATA Express:

«Legacy SATA«
Используется для SSD с SATA интерфейсом, драйвером AHCI и скоростями до 6.0 Гбит/с

«SATA Express» с использованием AHCI
Используется для SSD с интерфейсом PCI Express и драйвером AHCI (для совместимости с большим количеством операционных систем). Из-за использования AHCI производительность может быть несколько ниже оптимальной (получаемой с NVMe), так как AHCI был разработан для взаимодействия с более медленными накопителями с медленным последовательным доступом (например, НЖМД), а не для SSD с быстрым случайным доступом.

«SATA Express» с использованием NVMe
Используется для SSD с интерфейсом PCI Express и высокопроизводительным драйвером NVMe, созданным для работы с быстрыми флеш-накопителями. NVMe был разработан с учётом низких задержек и параллелизма SSD с интерфейсом PCI Express. NVMe лучше использует параллелизм в управляющем компьютере и программном обеспечении, требует меньше стадий при передаче данных, предоставляет более глубокую очередь команд и более эффективную обработку прерываний.

Что такое NVMe?

NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification). Логический интерфейс NVM Express был разработан с нуля, основные цели — получение низких задержек и эффективное использование высокого параллелизма твердотельных накопителей за счёт применения нового набора команд и механизма обработки очередей, оптимизированного для работы с современными многоядерными процессорами.

Протокол NVMe ускоряет операции I/O за счёт отказа от стека команд SAS (SCSI). NVMe SSD подключаются прямо в шину PCIe. Приложения получают резкий прирост производительности от смещения I/O-активности с SAS/SATA SSD и HDD на NVMe SSD. Запоминающие устройства нового типа хранения энергонезависимы (non-volatile) и задержка при доступе к ним существенно ниже – на уровне задержек оперативной (volatile) памяти.

Контроллер NVMe демонстрирует все преимущества SSD: очень низкие задержки доступа и огромная глубина очереди по операциям чтения и записи. Чрезвычайно низкая латентность устройств хранения существенно снижает вероятность блокировок таблиц данных при их обновлениях. Это критично для многопользовательских баз данных со сложными и взаимосвязанными таблицами.

Очень важно: в UEFI BIOS материнской платы должен содержаться NVMe-драйвер для загрузки ОС с соответствующего накопителя.

NGFF и NVME отличия?

Очень много в сети запросов на этот вопрос. Что такое NGFF и в чем отличие от NVME. Ответ прост, NGFF это второе название аппаратного интерфейса M2, непосредственно самого разъема на системной плате. NGFF = M2, это одно и тоже .

Тогда что такое NVME? А NVME это — NVM Express (NVMe, NVMHCI — от англ. Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification). Это !!!Логический!!! интерфейс NVM Express был разработан с нуля, основные цели — получение низких задержек и эффективное использование высокого параллелизма твердотельных накопителей за счёт применения нового набора команд и механизма обработки очередей, оптимизированного для работы с современными многоядерными процессорами.

Протокол NVMe ускоряет операции I/O за счёт отказа от стека команд SAS (SCSI). NVMe SSD подключаются прямо в шину PCIe. Приложения получают резкий прирост производительности от смещения I/O-активности с SAS/SATA SSD и HDD на NVMe SSD.

Что это означает? Это означает что NGFF (M2) это физический разъем на плате, а NVME это !!!Логический!!! режим работы накопителя напрямую с шиной PCI Express и процессором минуя ограничения SATA/ATA/SAS. Разумеется такой режим работы должны поддерживать и накопитель, и системная плата (это надо проверить перед покупкой). Иначе, такой накопитель работать не будет. Если накопитель имеет разъем NGFF (M2) но не поддерживает режим NVME, то скорее всего он работает в режиме SATA\ATA\SAS\USB устройства.

Наиболее часто встречаются накопители:
-NGFF(M2) с NVME — это наиболее быстрые и современные устройства;
-NGFF(M2) с SATA — это накопители которые работают как SATA устройства.

Заключение.

В заключении становятся очевидными преимущества принятые стандартом SATA 3.2. Появление новых спецификаций и разъемов расширит выбор совместимых карт расширения, как для ноутбуков, так и для стационарных компьютеров. Также увеличит общую производительность вычислительных систем от ноутбука — до сервера.

Сам по себе интерфейс таит в себе большое количество ловушек как для простого пользователя, так и для профессионала. Возможно это связано с его новизной, а может и некоторой «сыростью».

В любом случае, я постарался собрать максимум важной информации. Возникшие вопросы можно задать в комментариях к статье. Спасибо за уделенное моей статье внимание.

Распиновка типовых разъемов M.2.

M.2 с ключом B (1x SATA, 2x PCIe)

Pin
Number
Pin
Name
Description
1CONFIG_3  Defines module type
23.3 V Supply pin, 3.3 V
3GND  Ground
43.3 V  Supply pin, 3.3 V
5N/C 
6-8N/A 
9N/C 
10DAS/DSS  Device Activity Signal / Disable Staggered Spinup
11N/C 
12-19removed Mechanical notch B
20N/A 
21CONFIG_0  Defines module type
22-26N/A 
27GND  Ground
28N/A 
29PERn1  PCIe Lane 1 Rx
30N/A 
31 PERp1  PCIe Lane 1 Rx
32N/A 
33GND  Ground
34N/A 
35PETn1  PCIe Lane 1 Tx
36N/A 
37PETp1  PCIe Lane 1 Tx
38DEVSLP Device Sleep, input. If driven high the host is informing the
SSD to enter a low power state.
39GND  Ground
40N/A 
41SATA-B+/PERn0 Host receiver differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Rx
42N/A 
43SATA-B-/PERp0 Host receiver differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Rx
44N/A 
45GND  Ground
46N/A 
47SATA-A-/PETn0 Host transmitter differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Tx
48N/A 
49SATA-A+/PETp0  Host transmitter differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Tx
50PERST#  PCIe reset
51GND  Ground
52CLKREQ#  Reference clock request signal
53REFCLKN  PCIe Reference Clock signals (100 MHz)
54PEWAKE#  PCIe WAKE# Open Drain with pull up on platform. Active Low.
55REFCLKP  PCIe Reference Clock signals (100 MHz)
56MFG1 Manufacturing pin. Use determined by vendor.
57GND  Ground
58MFG2 Manufacturing pin. Use determined by vendor.
59-66removed  Mechanical notch M
67N/A 
68SUSCLK  32.768 kHz clock supply input provided by the Platform chipset
69CONFIG_1 Defines module type
703.3 V  Supply pin, 3.3 V
71GND Ground
723.3 V Supply pin, 3.3 V
73GND Ground
743.3 V Supply pin, 3.3 V
75CONFIG_2Defines module type

M.2 с ключом M (1x SATA, 1x, 2x, or 4x PCIe)

Pin
Number
Pin
Name
Description
1CONFIG_3  Defines module type
23.3 V Supply pin, 3.3 V
3GND  Ground
43.3 V  Supply pin, 3.3 V
5PERn3  PCIe Lane 3 Rx
6N/A 
7PERp3 PCIe Lane 3 Rx
8N/A 
9GND  Ground
10DAS/DSS  Device Activity Signal / Disable Staggered Spinup
11PETn3  PCIe Lane 3 Tx
123.3 V Supply pin, 3.3 V
13PETp3 PCIe Lane 3 Tx
143.3 V Supply pin, 3.3 V
15GND Ground
163.3V Supply pin, 3.3 V
17PERn2PCIe Lane 2 Rx
183.3 V Supply pin, 3.3 V
19PERp2PCIe Lane 2 Rx
20N/A 
21CONFIG_0  Defines module type
22N/A 
23PETn2 PCIe Lane 2 Tx
24N/A 
25PETp2 PCIe Lane 2 Tx
26N/A 
27GND  Ground
28N/A 
29PERn1  PCIe Lane 1 Rx
30N/A 
31PERp1  PCIe Lane 1 Rx
32N/A 
33GND  Ground
34N/A 
35PETn1  PCIe Lane 1 Tx
36N/A 
37PETp1  PCIe Lane 1 Tx
38DEVSLP Device Sleep, input. If driven high the host is informing the
SSD to enter a low power state.
39GND  Ground
40N/A 
41SATA-B+/PERn0 Host receiver differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Rx
42N/A 
43SATA-B-/PERp0 Host receiver differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Rx
44N/A 
45GND  Ground
46N/A 
47SATA-A-/PETn0 Host transmitter differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Tx
48N/A 
49SATA-A+/PETp0  Host transmitter differential signal pair. If in PCIe mode PCIe Lane 0 Tx
50PERST#  PCIe reset
51GND  Ground
52CLKREQ#  Reference clock request signal
53REFCLKN  PCIe Reference Clock signals (100 MHz)
54PEWAKE#  PCIe WAKE# Open Drain with pull up on platform. Active Low.
55REFCLKP  PCIe Reference Clock signals (100 MHz)
56MFG1 Manufacturing pin. Use determined by vendor.
57GND  Ground
58MFG2 Manufacturing pin. Use determined by vendor.
59-66removed  Mechanical notch M
67N/A 
68SUSCLK  32.768 kHz clock supply input provided by the Platform chipset
69CONFIG_1 Defines module type
703.3 V  Supply pin, 3.3 V
71GND Ground
723.3 VSupply pin, 3.3 V
73GND Ground
743.3 VSupply pin, 3.3 V
75CONFIG_2Defines module type

M.2 с ключом A (PCIe ×2, USB 2.0, I2C and DP ×4) и E (PCIe ×2, USB 2.0, I2C, SDIO, UART and PCM).

Pin id.

Pin name

Description

1

GND

Ground

2

+3.3V

3.3 V power supply

3

USB_D+

USB high-, full-, and low- speed data pair positive

4

+3.3V

3.3 V power supply

5

USB_D-

USB high-, full-, and low- speed data pair negative

6

LED1#

 

7

GND

Ground

8

Key

Substrate removed to act as physical key

9

Key

Substrate removed to act as physical key

10

Key

Substrate removed to act as physical key

11

Key

Substrate removed to act as physical key

12

Key

Substrate removed to act as physical key

13

Key

Substrate removed to act as physical key

14

Key

Substrate removed to act as physical key

15

Key

Substrate removed to act as physical key

16

LED2#

 

17

DNC

Do not connect

18

GND

Ground

19

DNC

Do not connect

20

DNC

Do not connect

21

DNC

Do not connect

22

DNC

Do not connect

23

Key

Substrate removed to act as physical key

24

Key

Substrate removed to act as physical key

25

Key

Substrate removed to act as physical key

26

Key

Substrate removed to act as physical key

27

Key

Substrate removed to act as physical key

28

Key

Substrate removed to act as physical key

29

Key

Substrate removed to act as physical key

30

Key

Substrate removed to act as physical key

31

Key

Substrate removed to act as physical key

32

DNC

Do not connect

33

GND

Ground

34

DNC

Do not connect

35

PETp0

PCI Express lane 0 module transmitter pair positive

36

DNC

Do not connect

37

PETn0

PCI Express lane 0 module transmitter pair negative

38

Vendor defined

 

39

GND

Ground

40

Vendor defined

 

41

PERp0

PCI Express lane 0 module receiver pair positive

42

Vendor defined

 

43

PERn0

PCI Express lane 0 module receiver pair negative

44

COEX3

Antenna coexistence signal 3

45

GND

Ground

46

COEX2

Antenna coexistence signal 2

47

PEFCLKP0

PCI Express reference clock pair positive

48

COEX1

Antenna coexistence signal 1

49

PEFCLKN0

PCI Express reference clock pair negative

50

SUSCLK

32.768 kHz clock module input

51

GND

Ground

52

PERST0#

PCI Express reset

53

CLKREQ0#

PCI Express clock request

54

W_DISABLE2#

Wireless disable 2

55

PEWake0#

PCI Express wake

56

W_DISABLE1#

Wireless disable 1

57

GND

Ground

58

SMB_DATA

SMBus data signal

59

Reserved

 

60

SMB_CLK

SMBus clock signal

61

Reserved

 

62

ALERT#

SMBus alert signal

63

GND

Ground

64

Reserved

 

65

Reserved

 

66

UIM_SWP

 

67

Reserved

 

68

UIM_POWER_SNK

 

69

GND

Ground

70

UIM_POWER_SRC

 

71

Reserved

 

72

+3.3V

3.3 V power supply

73

Reserved

 

74

+3.3V

3.3 V power supply

75

GND

Ground

Читайте также:

комментариев 9

  1. Валерия:

    Спасибо! Отличная статья, все четко и по делу

  2. Алексей:

    Спасибо!

  3. Стас:

    Очень зорошо написано

  4. zum_zum:

    Спасибо! Просто отлично написано! Можно прям студентам материал подавать для более легкого усвоения (прости, но я так и сделаю)) я старался сам, но что-то пошло не так) А вот у тебя просто супер получилось =)

  5. Валерий:

    благодарю!

  6. Миша:

    А я так ничего не понял, кроме того, что можно запросто спалить планочку за 20 тыс. рубликов.

  7. Артем:

    Привет! Все классно, но «M.2 с ключем A», а правильно по-русски писать «M.2 с ключОм A».
    Спасибо!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_bye.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_good.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_negative.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_scratch.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_wacko.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_yahoo.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_cool.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_heart.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_rose.gif 
https://novoselovvlad.ru/wp-content/plugins/wp-monalisa/icons/wpml_smile.gif 
больше...
 

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять