M.2 - Universo de Tecnologia

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M.2


     O M.2 , anteriormente conhecido como NGFF ( Next Generation Form Factor ), é uma especificação para placas de expansão de computador montadas internamente e conectores associados.  Ele substitui o padrão mSATA , que usa o layout e os conectores do cartão físico PCI Express Mini Card .   Um aspecto importante, mas sutil e confuso, da especificação M.2 é que  ele pode executar um SSD sobre SATA (diferente de mSATA) ou PCIe.  A diferença entre M.2 SATA e M.2 PCIe pode ser discernida por seus entalhes chaves.   Os cartões SATA M.2 (que não devem ser confundidos com o mSATA, que  possui duas chaves de conexão) possuem três entalhes de conector,  enquanto os cartões PCIe M.2 têm apenas dois.   A especificação física mais flexível do M.2 permite diferentes larguras  e comprimentos de módulos e, juntamente com a disponibilidade de  recursos de interface mais avançados, torna o M.2 mais adequado que o mSATA para aplicações de armazenamento de estado sólido em geral e particularmente para uso em pequenas dispositivos como ultrabooks ou tablets .
     As interfaces de barramento de computador fornecidas pelo conector M.2 são PCI Express 3.0 (até quatro pistas ), Serial ATA 3.0 e USB 3.0 (uma porta lógica única para cada uma das duas últimas). Cabe ao fabricante do host ou dispositivo M.2 selecionar quais interfaces devem ser suportadas, dependendo do nível desejado de suporte ao host e tipo de dispositivo.  Os entalhes de digitação dos conectores dos dispositivos M.2 denotam várias finalidades e capacidades dos hosts e módulos M.2. Os entalhes chaves exclusivos de cartões e dispositivos padrão M.2 também impedem que eles sejam inseridos em conectores host incompatíveis.
     Além de suportar o avançado AHCI ( Advanced Host Controller Interface ) no nível de interface lógica, a especificação M.2 também suporta NVM Express (NVMe) como a interface de dispositivo lógico para SSDs M.2 PCI Express.  Enquanto o suporte para AHCI assegura compatibilidade retroativa em nível de software com dispositivos SATA legados e sistemas operacionais legados, o NVM Express é totalmente projetado para utilizar a capacidade de dispositivos de armazenamento PCI Express de alta velocidade para executar muitas operações de E / S em paralelo.
     Os barramentos expostos através do conector M.2 são PCI Express 3.0, Serial ATA (SATA) 3.0 e USB 3.0, que é compatível com USB 2.0.  Como resultado, os módulos M.2 podem integrar várias funções, incluindo as seguintes classes de dispositivos: Wi-Fi , Bluetooth , navegação por satélite , comunicação de campo próximo (NFC), rádio digital , WiGig , WAN sem fio (WWAN) e estado sólido. drives (SSDs). A especificação SATA versão 3.2 , em sua revisão de ouro a partir de agosto de 2013  , padroniza o M.2 como um novo formato para dispositivos de armazenamento e especifica seu layout de hardware.
     A especificação M.2 fornece até quatro pistas PCI Express e uma porta lógica SATA 3.0 (6 Gbit / s) e as expõe através do mesmo conector para que os dispositivos de armazenamento PCI Express e SATA possam existir na forma de módulos M.2. . As pistas PCI Express expostas fornecem uma conexão PCI Express pura entre o host e o dispositivo de armazenamento, sem camadas adicionais de abstração de barramento. A especificação PCI-SIG M.2, em sua revisão 1.0 em dezembro de 2013  , fornece especificações M.2 detalhadas.

Uma comparação de tamanho de duas unidades SSD SSD SATA: mSATA (esquerda) e M.2 SATA (direita), note que além de M.2 SATA ser menor que mSATA, ela também possui
 Uma visão geral de alto nível da arquitetura do software SATA Express , que também se aplica ao M.2. Ele suporta dispositivos de armazenamento SATA e PCI Express herdados, com AHCI e NVMe como interfaces de dispositivos lógicos.
Interfaces de armazenamento

     Três opções estão disponíveis para as interfaces de dispositivos lógicos e conjuntos de comandos usados ​​para a interface com dispositivos de armazenamento M.2, que podem ser usados ​​dependendo do tipo de dispositivo de armazenamento M.2 e suporte disponível ao sistema operacional.

SATA Legacy  

     Usado para SSDs SATA e interfaceado através do driver AHCI e da porta SATA 3.0 (6 Gbit / s) legada exposta pelo conector M.2.

 PCI Express usando o AHCI  

     Usado para SSDs PCI Express e interligado por meio do driver AHCI e forneceu pistas PCI Express, oferecendo compatibilidade retroativa com amplo suporte SATA em sistemas operacionais, ao custo de desempenho.  O AHCI foi desenvolvido quando a finalidade de um adaptador de barramento de host (HBA) em um sistema era conectar o subsistema de CPU / memória com um subsistema de armazenamento muito mais lento baseado em mídia magnética rotativa;  Como resultado, o AHCI tem algumas ineficiências inerentes quando aplicado a dispositivos SSD, que se comportam muito mais como DRAM do que como mídia de fiação.

 PCI Express usando o NVMe  

     Usado para SSDs PCI Express e interfaceado por meio do driver NVMe e fornecido como pistas PCI Express, como uma interface de controlador de host escalável e de alto desempenho projetada e otimizada especialmente para interface com SSDs PCI Express.  O NVMe foi projetado desde o início, aproveitando a baixa latência e o paralelismo dos SSDs PCI Express e complementando o paralelismo das CPUs, plataformas e aplicativos contemporâneos.  Em um alto nível, as principais vantagens do NVMe em relação ao AHCI estão relacionadas à capacidade da NVMe de explorar o paralelismo em hardware e software do host, com base em suas vantagens de design que incluem transferências de dados com menos estágios, maior profundidade de filas de comando e processamento de interrupção mais eficiente.
     O padrão M.2 foi concebido como uma revisão e melhoria do padrão mSATA , com a possibilidade de placas de circuito impresso (PCBs) maiores como um dos seus principais incentivos.  Enquanto o mSATA aproveitou o fator de forma e conector PCI Express Mini Card (Mini PCIe) existente, o M.2 foi projetado desde o início para maximizar o uso do espaço do PCB, minimizando a área ocupada pelo módulo. Como resultado do padrão M.2, que permite módulos mais longos e população de componentes em frente e verso, os dispositivos M.2 SSD podem fornecer maiores capacidades de armazenamento e também podem dobrar a capacidade de armazenamento dentro das pegadas de dispositivos mSATA.
     Os módulos M.2 são retangulares, com um conector de borda em um lado (75 posições com até 67 pinos, passo de 0,5 mm, pinos em lados opostos do PCB são deslocados um do outro) e um orifício de montagem semicircular no centro do a borda oposta.  Cada pino no conector é classificado para até 50 V e 0,5 A , enquanto o próprio conector é especificado para suportar até 60 ciclos de acoplamento. O padrão M.2 permite larguras de módulos de 12, 16, 22 e 30 mm e comprimentos de 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 e 110 mm. O alinhamento inicial dos cartões de expansão M.2 disponíveis comercialmente é de 22 mm de largura, com comprimentos variáveis ​​de 30, 42, 60, 80 e 110 mm. Códigos de módulo M.2 contêm a largura e o comprimento de um módulo específico; por exemplo, 2242 como um código de módulo significa que o módulo tem 22 mm de largura e 42 mm de comprimento, enquanto 2280 indica um módulo de 22 mm de largura e 80 mm de comprimento.
     Um módulo M.2 é instalado em um conector correspondente fornecido pela placa de circuito do host e um único parafuso de montagem fixa o módulo no lugar.  Os componentes podem ser montados em ambos os lados do módulo, com o tipo de módulo real limitando a espessura dos componentes;  a espessura máxima permitida dos componentes é de 1,5 mm por lado. Diferentes conectores do lado do host são usados ​​para módulos M.2 de um lado e dois lados, fornecendo diferentes quantidades de espaço entre o cartão de expansão M.2 e o PCB do host. As placas de circuito nos hosts são geralmente projetadas para aceitar múltiplos comprimentos de módulos M.2, o que significa que os soquetes capazes de aceitar módulos M.2 mais longos geralmente também aceitam módulos mais curtos, fornecendo posições diferentes para o parafuso de montagem.
Um soquete M.2 em uma placa-mãe de computador , visível na parte superior esquerda da imagem. O soquete é encaixado na posição M e fornece duas posições para o parafuso de montagem, aceitando 2260 e 2280 tamanhos de módulos M.2.
Chave de módulo M.2 e interfaces fornecidas
Chave Identidade
Entalhado Alfinetes
Interfaces Fornecidas
UMA8-15PCIe × 2, USB 2.0, I 2 C e DP × 4
B12-19PCIe × 2, SATA, USB 2.0 e 3.0, áudio, UIM , HSIC , SSIC , I 2 C e SMBus
C16-23Reservado para uso futuro
D20-27
E24-31PCIe × 2, USB 2.0, I 2 C, SDIO , UART e PCM
F28-35Interface de memória futura (FMI)
G39-46Reservado para uso personalizado (não utilizado na especificação M.2)
H43-50Reservado para uso futuro
J47-54
K51-58
eu55-62
M59-66PCIe × 4, SATA e SMBUS
Espessura máxima do componente nos módulos M.2
Tipo Identidade
Lado Superior
Lado Inferior
S11,20 mm0,00 mm
S21,35 mm0,00 mm
S31,50 mm0,00 mm
D11,20 mm1,35 mm
D21,35 mm1,35 mm
D31,50 mm1,35 mm
D41,50 mm0,70 mm
D51,50 mm1,50 mm
M.2 entalhes de chaveamento nas posições B e M;  o deslocamento dos pinos em lados diferentes de um módulo M.2 também é visível.
     O PCB de um módulo M.2 fornece um conector de borda de 75 posições;  dependendo do tipo de módulo, determinadas posições dos pinos são removidas para apresentar um ou mais entalhes de chaveamento. Os conectores M.2 do lado do host (soquetes) podem preencher uma ou mais posições de chave correspondentes, determinando o tipo de módulos aceitos pelo host;  a partir de abril de 2014  , os conectores do lado do host estão disponíveis com apenas uma posição da chave de acoplamento preenchida (B ou M). Além disso, os soquetes M.2 codificados para SATA ou duas pistas PCI Express (PCIe × 2) são referidos como "configuração do soquete 2" ou "soquete 2", enquanto os soquetes são chaveados para quatro PCI Pistas expressas (PCIe × 4) são referidas como "configuração do soquete 3" ou "soquete 3".
     Por exemplo, os módulos M.2 com dois entalhes nas posições B e M usam até duas pistas PCI Express e oferecem compatibilidade mais ampla ao mesmo tempo, enquanto os módulos M.2 com apenas um entalhe na posição M usam até quatro PCI Pistas Expressas;  ambos os exemplos também podem fornecer dispositivos de armazenamento SATA.  Chaves semelhantes aplicam-se aos módulos M.2 que utilizam a conectividade USB 3.0 fornecida.
     Vários tipos de dispositivos M.2 são indicados usando os esquemas de nomenclatura "WWLL-HH-KK" ou "WWLL-HH-K", nos quais "WW" e "LL" especificam a largura e o comprimento do módulo em milímetros, respectivamente. A parte "HH" especifica, em uma forma codificada, se um módulo é único ou frente e verso, ea espessura máxima permitida de componentes montados;  valores possíveis estão listados na tabela à direita acima. A codificação de módulo é especificada pela parte "KK", em um formato codificado, usando os IDs de chave da tabela à esquerda acima;  também pode ser especificado como "K" apenas se um módulo tiver apenas um entalhe de abertura.
 Além de módulos com soquetes, o padrão M.2 também inclui a opção de ter módulos de face única permanentemente soldados.

 NGSFF  

     O fator de forma pequeno de próxima geração (NGSFF), também conhecido como M.2 e oficialmente como NF1, é um fator de forma SSD maior desenvolvido pela Samsung.  Enquanto usa o conector M.2, não é diretamente compatível com M.2.  NF1 é um cartão maior, com dimensões 110    mm comprimento e 30,5    mm de largura, e usa 12V de energia em comparação com 3.3V para M.2.  Essas alterações permitem maior capacidade por cartão NF1 do que M.2.  A partir de 2018, isso permite até 16    TiB de armazenamento SSD NAND por módulo, em uma largura inferior a 1 unidade de rack, e permitindo que cerca de 36 desses módulos sejam montados em largura total do servidor em rack com hot swap e resfriamento a ar ainda permitidos.
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