M.2SSDがPCをさらに高速化する方法

コンピュータが小さくなるにつれて、ストレージドライブなどのハードウェアコンポーネントも小さくなる必要があります。ソリッドステートドライブの導入により、Ultrabookのようなより薄い設計が可能になりましたが、これは業界標準のSATAインターフェイスと衝突しました。

mSATAインターフェイスは、SATAインターフェイスと相互作用できる薄型プロファイルカードを作成するように設計されています。 SATA 3.0規格がSSDのパフォーマンスを制限したときに、新しい問題が発生しました。これらの問題を修正するには、新しい形式のコンパクトカードインターフェイスを開発する必要がありました。

元々はNGFF（Next Generation Form Factor）と呼ばれていましたが、新しいインターフェイスはSATAバージョン3.2仕様でM.2ドライブインターフェイスに標準化されました。

より速い速度

サイズはインターフェイスを開発する際の要素ですが、ドライブの速度も同様に重要です。 SATA 3.0仕様では、ドライブインターフェイス上のSSDの実際の帯域幅が約600 MB / sに制限されており、多くのドライブがこれに到達しています。 SATA 3.2仕様では、SATA Expressの場合と同様に、M.2インターフェイスに新しい混合アプローチが導入されました。

基本的に、新しいM.2カードは既存のSATA 3.0仕様を使用でき、600 MB/sに制限されます。または、現在のPCI-Express3.0標準で1GB/sの帯域幅を提供するPCI-Expressを使用することもできます。その1GB/ sの速度は、単一のPCI-Expressレーンの場合ですが、複数のレーンを使用することも可能です。 M.2 SSD仕様では、最大4レーンを使用できます。 2つのレーンを使用すると、理論的には2.0 GB / sが提供され、4つのレーンを使用すると最大4.0 GB/sが提供されます。

PCI-Express 4.0の最終的なリリースにより、これらの速度は事実上2倍になります。 2017年のPCI-Express5.0のリリースでは、帯域幅が32 GT / sに増加し、16レーン構成では63 GB/sになりました。 PCI-Express 6.0（2019）では、帯域幅がさらに2倍の64 GT / sになり、各方向で126 GB/sが可能になりました。

すべてのシステムがこれらの速度を達成するわけではありません。 M.2ドライブとインターフェイスは同じモードで設定する必要があります。 M.2インターフェースは、レガシーSATAモードまたは新しいPCI-Expressモードのいずれかを使用します。ドライブはどちらを使用するかを選択します。

たとえば、SATAレガシーモードで設計されたM.2ドライブは600MB/秒に制限されています。 M.2ドライブは最大4レーン（x4）のPCI-Expressと互換性がありますが、コンピューターは2レーン（x2）のみを使用します。これにより、最大速度は2.0GB/秒になります。可能な限り最高の速度を得るには、ドライブとコンピューターまたはマザーボードがサポートしているものを確認してください。

小さいサイズと大きいサイズ

M.2ドライブ設計の目標の1つは、ストレージデバイスの全体的なサイズを縮小することでした。これは、いくつかの方法の1つで達成されました。まず、カードは以前のmSATAフォームファクタよりも狭くなりました。 M.2カードの幅は22mmですが、mSATAは30mmです。カードの長さも、50mmのmSATAと比較して30mmと短くなっています。違いは、M.2カードが最大110mmの長い長さをサポートすることです。つまり、これらのドライブを大きくすることができ、チップ用のスペースが増えるため、容量が大きくなります。

カードの長さと幅に加えて、片面または両面のM.2ボードのオプションがあります。片面ボードは薄型のプロファイルを提供し、超薄型ラップトップに役立ちます。両面ボードを使用すると、M.2ボードに2倍の数のチップを取り付けることができ、より大きなストレージ容量が可能になります。これは、スペースがそれほど重要ではないコンパクトなデスクトップアプリケーションに役立ちます。

問題は、カードの長さのためのスペースに加えて、コンピュータ上にあるM.2コネクタの種類を認識する必要があることです。ほとんどのラップトップは片面コネクタのみを使用します。つまり、ラップトップは両面M.2カードを使用できません。

コマンドモード

10年以上の間、SATAはストレージをプラグアンドプレイ操作にしてきました。これは、シンプルなインターフェイスとAHCI（Advanced Host Controller Interface）コマンド構造によるものです。

AHCIは、コンピューターがストレージデバイスと命令を通信する方法です。最新のすべてのオペレーティングシステムに組み込まれており、新しいドライブを追加するときに追加のドライバーをインストールする必要はありません。

AHCIは、ドライブヘッドとプラッターの物理的性質のために、ハードドライブが命令を処理する能力が限られていた時代に開発されました。 32個のコマンドを含む単一のコマンドキューで十分でした。問題は、今日のソリッドステートドライブははるかに多くのことを実行しますが、それでもAHCIドライバーによって制限されていることです。

NVMe（Non-Volatile Memory Express）コマンド構造とドライバーは、このボトルネックを解消し、パフォーマンスを向上させるために開発されました。単一のコマンドキューを使用するのではなく、最大65,536個のコマンドキューを提供し、キューごとに最大65,536個のコマンドを提供します。これにより、ストレージの読み取りおよび書き込み要求の並列処理が可能になり、AHCIコマンド構造よりもパフォーマンスが向上します。

これは素晴らしいことですが、少し問題があります。 AHCIはすべての最新のオペレーティングシステムに組み込まれていますが、NVMeは組み込まれていません。ドライブを最大限に活用するには、既存のオペレーティングシステムの上にドライバをインストールする必要があります。これは、多くの古いオペレーティングシステムにとって問題です。

M.2ドライブ仕様では、2つのモードのいずれかを使用できます。これにより、既存のコンピューターやテクノロジーでの新しいインターフェイスの採用が容易になります。 NVMeコマンド構造のサポートが向上するにつれて、同じドライブをこの新しいコマンドモードで使用できます。ただし、2つのモードを切り替えるには、ドライブを再フォーマットする必要があります。

消費電力の改善

モバイルコンピュータは、バッテリのサイズとコンポーネントによって消費される電力に基づいて、実行時間が制限されています。ソリッドステートドライブはストレージコンポーネントのエネルギー消費を削減しますが、改善の余地があります。

M.2SSDインターフェースはSATA3.2仕様の一部であるため、インターフェース以外の機能も含まれています。これには、DevSleepと呼ばれる新機能が含まれます。より多くのシステムが、完全に電源を切るのではなく、閉じたときまたは電源を切ったときにスリープモードになるように設計されているため、デバイスが起動したときに迅速に回復できるように、一部のデータをアクティブに保つためにバッテリーが常に消費されます。 DevSleepは、新しい低電力状態を作成することにより、デバイスが使用する電力量を削減します。これにより、スリープモードになっているコンピューターの実行時間が延長されます。

起動の問題

M.2インターフェースは、コンピューターのストレージとパフォーマンスの進歩です。最高のパフォーマンスを得るには、コンピューターはPCI-Expressバスを使用する必要があります。それ以外は、既存のSATA3.0ドライブと同じように動作します。これは大したことではないようですが、この機能を利用した最初のマザーボードの多くでは問題があります。

SSDドライブは、ルートドライブまたはブートドライブとして使用すると最高のエクスペリエンスを提供します。問題は、既存のWindowsソフトウェアに、SATAからではなくPCI-Expressバスから起動する多くのドライブに問題があることです。つまり、PCI-Expressを使用するM.2ドライブは、オペレーティングシステムまたはプログラムがインストールされているプラ​​イマリドライブにはなりません。その結果、高速のデータドライブが作成されますが、ブートドライブは作成されません。

すべてのコンピューターとオペレーティングシステムにこの問題があるわけではありません。たとえば、AppleはルートパーティションにPCI-Expressバスを使用するmacOS（またはOS X）を開発しました。これは、M.2仕様が完成する前に、Appleが2013MacBookAirでSSDドライブをPCI-Expressに切り替えたためです。 Microsoftは、新しいPCI-ExpressおよびNVMeドライブをサポートするようにWindows10を更新しました。ハードウェアがサポートされ、外部ドライバがインストールされている場合は、古いバージョンのWindowsも機能する可能性があります。

M.2を使用すると他の機能を削除する方法

特にデスクトップマザーボードに関するもう1つの懸念事項は、M.2インターフェイスがコンピュータシステムの残りの部分にどのように接続されているかに関するものです。プロセッサとコンピュータの残りの部分の間には、限られた数のPCI-Expressレーンがあります。 PCI-Express互換のM.2カードスロットを使用するには、マザーボードの製造元がそれらのPCI-Expressレーンをシステム上の他のコンポーネントから遠ざける必要があります。

これらのPCI-Expressレーンがボード上のデバイス間でどのように分割されているかが大きな懸念事項です。たとえば、一部のメーカーはPCI-ExpressレーンをSATAポートと共有しています。したがって、M.2ドライブスロットを使用すると、4つ以上のSATAスロットを消費する可能性があります。その他の場合、M.2はそれらのレーンを他のPCI-Express拡張スロットと共有する場合があります。

M.2が他のSATAハードドライブ、DVDドライブ、Blu-rayドライブ、または他の拡張カードの潜在的な使用に干渉しないことを確認するために、ボードがどのように設計されているかを確認してください。