À mesure que les ordinateurs deviennent plus petits, les composants matériels comme les disques de stockage doivent en faire de même. L'introduction des disques SSD a permis des conceptions plus fines comme les Ultrabooks, mais cela s'est heurté à l'interface SATA standard de l'industrie.
L'interface mSATA a été conçue pour créer une carte à profil fin pouvant interagir avec l'interface SATA. Un nouveau problème est apparu lorsque les normes SATA 3.0 ont limité les performances des SSD. Une nouvelle forme d'interface de carte compacte a dû être développée pour corriger ces problèmes.
Initialement appelée NGFF (Next Generation Form Factor), la nouvelle interface a été normalisée dans l'interface du lecteur M.2 sous les spécifications SATA version 3.2.
Vitesse plus rapide
Bien que la taille soit un facteur dans le développement d'une interface, la vitesse du lecteur est tout aussi critique. Les spécifications SATA 3.0 ont limité la bande passante réelle d'un SSD sur l'interface du disque à environ 600 Mo/s, ce que de nombreux disques ont atteint. Les spécifications SATA 3.2 ont introduit une nouvelle approche mixte pour l'interface M.2, comme ce fut le cas avec SATA Express.
Essentiellement, une nouvelle carte M.2 peut utiliser les spécifications SATA 3.0 existantes et être limitée à 600 Mo/s. Ou, il peut utiliser PCI-Express, qui fournit une bande passante de 1 Go/s selon les normes PCI-Express 3.0 actuelles. Cette vitesse de 1 Go/s est pour une seule voie PCI-Express, mais il est possible d'utiliser plusieurs voies. Selon la spécification SSD M.2, jusqu'à quatre voies peuvent être utilisées. L'utilisation de deux voies fournirait théoriquement 2,0 Go/s, tandis que quatre voies fourniraient jusqu'à 4,0 Go/s.
Avec la sortie éventuelle de PCI-Express 4.0, ces vitesses doubleraient effectivement. La sortie de PCI-Express 5.0 en 2017 a vu une augmentation de la bande passante à 32 GT/s, avec 63 Go/s dans une configuration à 16 voies. PCI-Express 6.0 (2019) a encore doublé la bande passante à 64 GT/s, permettant 126 Go/s dans chaque direction.
Tous les systèmes n'atteignent pas ces vitesses. Le lecteur M.2 et l'interface doivent être configurés dans le même mode. L'interface M.2 utilise soit le mode SATA hérité, soit les nouveaux modes PCI-Express. Le lecteur sélectionne lequel utiliser.
Par exemple, un disque M.2 conçu avec le mode hérité SATA est limité à 600 Mo/s. Alors que le lecteur M.2 est compatible avec PCI-Express jusqu'à quatre voies (x4), l'ordinateur n'utilise que deux voies (x2). Cela se traduit par des vitesses maximales de 2,0 Go/s. Pour obtenir la vitesse la plus rapide possible, vérifiez ce que le lecteur et l'ordinateur ou la carte mère prennent en charge.
Petites et grandes tailles
L'un des objectifs de la conception du lecteur M.2 était de réduire la taille globale du périphérique de stockage. Cela a été réalisé de plusieurs façons. Tout d'abord, les cartes ont été rendues plus étroites que dans le facteur de forme mSATA précédent. Les cartes M.2 ont une largeur de 22 mm, contre 30 mm pour mSATA. Les cartes sont également plus courtes à 30 mm de long, par rapport aux 50 mm de mSATA. La différence est que les cartes M.2 prennent en charge des longueurs plus longues allant jusqu'à 110 mm. Cela signifie que ces disques peuvent être plus grands, ce qui offre plus d'espace pour les puces et, par conséquent, des capacités plus élevées.
En plus de la longueur et de la largeur des cartes, il existe une option pour les cartes M.2 simple face ou double face. Les cartes simple face offrent un profil fin et sont utiles pour les ordinateurs portables ultra-fins. Une carte double face permet d'installer deux fois plus de puces sur une carte M.2, ce qui permet de plus grandes capacités de stockage. Ceci est utile pour les applications de bureau compactes où l'espace n'est pas aussi critique.
Le problème est que vous devez savoir quel type de connecteur M.2 se trouve sur l'ordinateur, en plus de l'espace pour la longueur de la carte. La plupart des ordinateurs portables n'utilisent qu'un connecteur simple face, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas utiliser de cartes M.2 double face.
Modes de commande
Depuis plus d'une décennie, SATA a fait du stockage une opération plug-and-play. Cela est dû à la simplicité de l'interface et à la structure de commande AHCI (Advanced Host Controller Interface).
L'AHCI est la façon dont les ordinateurs communiquent les instructions avec les périphériques de stockage. Il est intégré à tous les systèmes d'exploitation modernes et ne nécessite pas l'installation de pilotes supplémentaires lors de l'ajout de nouveaux disques.
L'AHCI a été développé à une époque où les disques durs avaient une capacité limitée à traiter les instructions en raison de la nature physique des têtes de lecteur et des plateaux. Une seule file d'attente de commandes avec 32 commandes était suffisante. Le problème est que les disques SSD d'aujourd'hui font beaucoup plus, mais sont toujours limités par les pilotes AHCI.
La structure de commande et les pilotes NVMe (Non-Volatile Memory Express) ont été développés pour éliminer ce goulot d'étranglement et améliorer les performances. Plutôt que d'utiliser une seule file d'attente de commandes, il fournit jusqu'à 65 536 files d'attente de commandes, avec jusqu'à 65 536 commandes par file d'attente. Cela permet un traitement plus parallèle des demandes de lecture et d'écriture de stockage, ce qui améliore les performances par rapport à la structure de commande AHCI.
Bien que ce soit génial, il y a un petit problème. AHCI est intégré à tous les systèmes d'exploitation modernes, mais NVMe ne l'est pas. Les pilotes doivent être installés sur les systèmes d'exploitation existants pour tirer le meilleur parti des disques. C'est un problème pour de nombreux systèmes d'exploitation plus anciens.
La spécification du lecteur M.2 autorise l'un ou l'autre des deux modes. Cela facilite l'adoption de la nouvelle interface avec les ordinateurs et les technologies existantes. À mesure que la prise en charge de la structure de commande NVMe s'améliore, les mêmes disques peuvent être utilisés avec ce nouveau mode de commande. Cependant, le basculement entre les deux modes nécessite le reformatage des disques.
Amélioration de la consommation d'énergie
Un ordinateur portable a une durée de fonctionnement limitée en fonction de la taille de ses batteries et de la puissance consommée par ses composants. Les disques SSD réduisent la consommation d'énergie du composant de stockage, mais il y a place à l'amélioration.
Étant donné que l'interface SSD M.2 fait partie de la spécification SATA 3.2, elle inclut d'autres fonctionnalités au-delà de l'interface. Cela inclut une nouvelle fonctionnalité appelée DevSleep. Comme de plus en plus de systèmes sont conçus pour passer en mode veille lorsqu'ils sont fermés ou éteints, plutôt que de s'éteindre complètement, la batterie est constamment sollicitée pour conserver certaines données actives pour une récupération rapide lorsque l'appareil est réveillé. DevSleep réduit la quantité d'énergie utilisée par les appareils en créant un nouvel état d'alimentation plus faible. Cela devrait prolonger le temps d'exécution des ordinateurs mis en mode veille.
Problèmes de démarrage
L'interface M.2 est une avancée en matière de stockage et de performances informatiques. Les ordinateurs doivent utiliser le bus PCI-Express pour obtenir les meilleures performances. Sinon, il fonctionne comme n'importe quel disque SATA 3.0 existant. Cela ne semble pas être un gros problème, mais c'est un problème avec la plupart des premières cartes mères à utiliser cette fonctionnalité.
Les disques SSD offrent la meilleure expérience lorsqu'ils sont utilisés comme disque racine ou de démarrage. Le problème est que le logiciel Windows existant a un problème avec de nombreux lecteurs démarrant à partir du bus PCI-Express plutôt qu'à partir de SATA. Cela signifie qu'avoir un lecteur M.2 utilisant PCI-Express ne sera pas le lecteur principal sur lequel le système d'exploitation ou les programmes sont installés. Le résultat est un lecteur de données rapide mais pas le lecteur de démarrage.
Tous les ordinateurs et systèmes d'exploitation n'ont pas ce problème. Par exemple, Apple a développé macOS (ou OS X) pour utiliser le bus PCI-Express pour les partitions racine. En effet, Apple a basculé ses disques SSD sur PCI-Express dans le MacBook Air 2013, avant que les spécifications M.2 ne soient finalisées. Microsoft a mis à jour Windows 10 pour prendre en charge les nouveaux lecteurs PCI-Express et NVMe. Les anciennes versions de Windows peuvent également fonctionner si le matériel est pris en charge et que des pilotes externes sont installés.
Comment l'utilisation de M.2 peut supprimer d'autres fonctionnalités
Un autre sujet de préoccupation, en particulier avec les cartes mères de bureau, concerne la façon dont l'interface M.2 est connectée au reste du système informatique. Il existe un nombre limité de voies PCI-Express entre le processeur et le reste de l'ordinateur. Pour utiliser un emplacement pour carte M.2 compatible PCI-Express, le fabricant de la carte mère doit retirer ces voies PCI-Express des autres composants du système.
La façon dont ces voies PCI-Express sont réparties entre les périphériques sur les cartes est une préoccupation majeure. Par exemple, certains fabricants partagent les voies PCI-Express avec les ports SATA. Ainsi, l'utilisation de l'emplacement de lecteur M.2 peut consommer jusqu'à quatre emplacements SATA. Dans d'autres cas, le M.2 peut partager ces voies avec d'autres emplacements d'extension PCI-Express.
Vérifiez comment la carte est conçue pour vous assurer que le M.2 n'interférera pas avec l'utilisation potentielle d'autres disques durs SATA, lecteurs de DVD, lecteurs Blu-ray ou autres cartes d'extension.
