Несмотря на то, что твердотельные диски, то есть SSD, появились достаточно давно, многие пользователи только начинают узнавать о них и использовать на своих компьютерах. Возможно, это связано с большой ценой и маленькой емкостью, хотя они имеют более высокое быстродействие по сравнению со стандартными накопителями и работают значительно быстрее.

Перед тем как углубиться в разновидности винчестеров, технологии их изготовления, типы памяти и контроллеры, необходимо сделать акцент на форм-факторе (размере). Каждое из устройств отличается по размерам, имеет свои разъемы подключения и используется совершенно по-разному. Если SSD в 2.5 дюйма не вызывает никаких вопросов, так как по размерам и расположению разъемов он схож с обычными жесткими дисками, то иные разновидности вызывают массу вопросов.

Сегодня мы поговорим о таких устройствах, как SSD M.2 накопители, что это такое, в чем их особенности и преимущества. Это относительно новый стандарт, который, по мнению многих специалистов, является революционным решением. Давайте более разберемся в этой теме и узнаем максимум информации.

Развитие SATA интерфейса

Интерфейс SATA стал хорошей заменой PATA, сменив широкий шлейф более компактным, тонким и удобным вариантом. Основной тенденцией его развития являлось стремление к компактности, и это вполне нормально. Даже для нового интерфейса потребовалась разновидность, позволяющая использовать его в мобильных устройствах и там, где предъявляются особенные требования к размерам комплектующих.

Таким образом, был создан mSATA – тот же интерфейс, только с более компактными размерами. Но он прожил недолго и ему на смену быстро пришел абсолютно новый — разъем M.2, который обладал еще большими возможностями. Не по ошибке в аббревиатуре нет слова SATA, так как новый вариант не относится к данному стандарту. Более подробно об этом мы поговорим дальше.

Единственное, что необходимо сказать — SSD диск M.2 подключается без кабелей питания и шлейфов, благодаря этому его использование становится максимально комфортным и позволяет быть компьютеру еще компактнее. Это является одним из его ключевых преимуществ.

Обзор интерфейса M.2

M.2 – это разъем на плате расширения, устанавливаемой в слот PCI-Express, или на самой материнской плате. Устанавливать в него можно не только SSD формата M.2, но прочие модули, в том числе Bluetooth и Wi-Fi. Сфера применения данного разъема достаточно широкая, что делает его невероятно удобным и полезным.

При апгрейде компьютера обязательно обратите на него внимание и установите системную плату с этим разъемом, даже если вы не планируете пока ставить твердотельный накопитель с таким интерфейсом.

Однако если у вас довольно старая системная плата, и вы не хотите ее менять, например «GA-P75-D3» с отсутствующим слотом M2, но при этом у нее имеется PCI-E 3.0, на который установлена видеокарта и разъем PCIe x4. В данном случае на PCIe x4 можно установить ССД через специальный переходник, но его скорость будет немного ниже.

Абсолютно все SSD накопители М.2 обладают утапливаемым креплением в разъемах М.2. Данный форм-фактор обеспечивает максимальную производительность при минимальном потреблении ресурсов и рассчитан на технологическое усовершенствование винчестеров в будущем.

Более того, как уже было сказано выше, для подключения не нужны кабели и шлейфы, которые обычно только занимают лишнее место. Для того чтобы начать работу с устройством, достаточно просто вставить его в разъем.

M-key и B-key

Существующие сегодня жесткие диски, в том числе твердотельные накопители, подключаются к шине SATA. Максимальная пропускная способность которой составляет 6 Гб/с, то есть примерно 550-600Мб/с. Для обычного накопителя такая скорость попросту недостижима, но SSD диски без каких-либо проблем могут развивать скорость гораздо большую. Только их установка абсолютно бессмысленна, если интерфейс не может «прокачать» данные с более высокой скоростью, чем та, на которую он сам рассчитан.

Ввиду этого появилась возможность использовать шину PCI-Express с большей пропускной способностью:

1. PCI-Express 2.0. Имеет две линии (PCI-E 2.0 x2), характеризуется пропускной способностью до 8Гб/с, или около 800Мб/с.
2. PCI-Express 3.0. Имеет четыре линии (PCI-E 3.0 x4), с пропускной способностью 32Гб/с, или примерно 3.2Гб/с.

Какой интерфейс применяется для подключения того или иного устройства определяет положение перемычки.

В настоящее время накопители ССД М.2 имеют такие варианты ключей:

1. B key «Socket2» (включает поддержку PCI-E ×2, SATA, Audio, USB и прочих модулей).
2. M key «Socket3» (включает поддержку PCI-E ×4 и SATA).

Например, берем материнскую плату с разъемом М.2 с М-ключом. То есть, применяется шина PCIe ×4. Можно ли установить в нее твердотельный накопитель с интерфейсом SATA? Это интересный вопрос, на который мы попытаемся найти ответ.

Необходимо открыть информацию о материнской плате и узнать, поддерживает она M.2 SATA или нет. Допустим, производитель говорит, что да. В этом случае покупается ССД диск, который изначально создан для PCIe ×4, и абсолютно никаких проблем при подключении возникнуть не должно.

Выбирая системную плату, в обязательном порядке обращайте свое внимание на то, поддерживается ли в М.2 шина SATA, чтобы можно было использовать любой винчестер.

Давайте резюмируем все выше сказанное и подведем итоги:

1. М.2 – это попросту другой форм-фактор (разъем и размер) твердотельных дисков. Все материнские платы, которые оснащены данным слотом, используют шину PCI-E x4.
2. Тип применяемой шины накопителем зависит от ключей. Обычно применяется шина PCI-Express (ключ M) или SATA (ключ M+B). Возможность подключения ССД с SATA интерфейсом должна быть обозначена в характеристиках материнской платы.

Спецификация размеров: 2260, 2280 и другие

Зачастую просматривая спецификацию материнской платы компьютера или ноутбука можно встретить такую строчку «1 x M.2 Socket 3, with M Key, type 2260/2280» — значит, что используется 1 слот M.2 c ключом типа M и размером 2260/2280. Первые две цифры «22» — означают ширину в «мм», вторые две цифры «60» — это длина. Поэтому если выбрать, скажем, Transcend TS128GMTS600, с длинной «60мм» и шириной «22мм», то с его установкой проблем не возникнет.

Но даже если взять Kingston SHPM2280P2/480G с типом «2280» и так как в характеристиках системной платы заявлена поддержка данного вида накопителей, то установить его не составит труда.

Материнская плата может поддерживать множество размеров устанавливаемых модулей и в таком случае на ней размещаются фиксирующие винты, которые рассчитаны под каждую длину планки.

Технология NVMe

Старое поколение обычных магнитных и SSD дисков используют протокол AHCI, который был создан сравнительно давно и до сих пор поддерживается многими операционными системами. Но с появлением более современных и быстрых ССД, он не справляется со своей задачей и не может использовать все их возможности на максимум.

В качестве решения этой проблемы был создан протокол NVMe. Он характеризуется наиболее высокой скоростью, меньшими задержками и задействует минимум ресурсов процессора при выполнении операций.

Чтобы носитель работал по данной технологии, он должен ее поддерживать, поэтому при выборе, обратите на это отдельно внимание, ровно также как и материнская плата (она должна быть с поддержкой стандарта UEFI).

Подведем итоги

После того как мы провели обзор SSD со стандартом M.2 можно сказать, что это самый компактный форм-фактор твердотельных устройств. И в случае его поддержки материнской платой, рекомендуется использовать именно его.

Давайте рассмотрим несколько , которые помогут вам сделать правильный выбор. Итак, в первую очередь при покупке следует обращать внимание на следующие моменты:

1. Имеет ли системная плата необходимый слот M.2, и какой размер модулей она позволяет использовать (2260, 2280 и т.д).
2. Тип ключа, который использует слот (M, B или B+M).
3. Поддерживает ли материнская плата интерфейс SATA или PCI-E, и какая версия используется (например, PCIe 3.0 4x).
4. Поддерживаются ли операционной системой, самим SSD диском и материнской платой протоколы AHCI или NVMe.

Ведь отвечая на вопрос, что лучше, SSD со стандартным разъемом или M.2, понятное дело, что следует выбрать второй вариант с поддержкой NVMe и установить его на PCIe 3.0×4.

Это позволит не только освободить больше места путем сокращения количества проводов, но и увеличит скорость передачи, быстродействие системы и ее производительность. Главное – он сделает работу за компьютером более комфортной, приятной и эффективной.

27. 05.2017

Блог Дмитрия Вассиярова.

Интерфейс SATA — особенности и характеристики данного порта

Доброго времени суток дорогие друзья.

Вы часто встречаете словосочетание «интерфейс SATA», о нем говорят ваши знакомые, а вы понятия не имеете, что это? Тогда вам стоит прочесть эту статью, из которой вы получите ответ не только на данный вопрос, но и научитесь разбираться в поколениях разъемов этого семейства.

Разбор полётов

Начнем с того, что собой представляет интерфейс. Это средство взаимодействия между двумя устройствами; в данном случае между материнкой и жестким диском. Оно состоит из контроллера, сигнальных линий и специального протокола - правил, по которым работает именно этот вид интерфейса. Чтобы вам было понятнее, физически он является разъемом в материнской плате, куда вставляется HDD.

SATA на английском языке расшифровывается как Serial Advanced Technology Attachment, что в переводе - «последовательное применение новейших технологий». Первое слово в данном случае играет ключевую роль, так как именно оно определяет вид данного интерфейса - он последовательный.

Это значит, что данные передаются бит за битом - по одному - за определенный промежуток времени. Я акцентирую внимание на этом не случайно, ведь предшественником SATA является PATA () - параллельный интерфейс, который передавал информацию по несколько бит сразу. В настоящее время он считается устаревшим, поэтому не используется.

Разработки сата стартовали в 2000 году передовыми компаниями компьютерного рынка того и нынешнего времени, среди которых Dell, Seagate, Maxtor, APT Technologies, Quantum и пр. Повсеместно интегрировать разъем в платы начали в 2003 году.

Преимущества

SATA считается лучше, чем тем, что быстрее передает информацию, имеет тоньше провод. Еще один плюс - сниженное рабочее напряжение из-за сокращенного числа контактов и микросхем, поэтому контроллеры выделяют меньше тепла, следовательно, не перегреваются и дольше служат.

Судите сами, SATA обладает 7 контактами, в то время как у PATA их было 40. Также усовершенствованная форма кабеля обеспечивает ему устойчивость к многократным подключениям.

Вдобавок устаревший интерфейс предполагал подсоединение 2х устройств к одному шлейфу, в то время как в современном выделены отдельные провода для каждого гаджета. Таким образом, все приборы могут работать одновременно, устранены задержки в передаче данных и возможные проблемы при сборке комплектующих.

Виды SATA

Для работы с любым интерфейсом SATA применяются 2 кабеля: на 7 контактов для обмена информацией и на 15 контактов для подключения питания. Вместо последнего может применяться разъём Molex с 4 контактами. Силовой кабель отдает напряжение 5 и 12 В. Ширина провода составляет 2,4 см.

Отличия между видами состоят в скорости передачи данных и частоте работы шины. Рассмотрим существующие поколения:

• SATA. Модель, вышедшая первой. Сейчас практически не используется. Ее шина функционировала на частоте 1,5 ГГц, из-за чего пропускная способность не превышала 150 Мб/с.
• SATA 2. Впервые интерфейс появился в 2004 году на чипсете nForce 4 бренда «NVIDIA». Внешне: то же, что и предыдущий вариант. Увеличена частота до 3 ГГц, благодаря чему повысилась скорость обмена информацией до 300 Мб/с.
• SATA 3. Релиз состоялся в 2008 году. По традиции, производительность стала больше в 2 раза (600 Мбайт/с). Сохранена совместимость между девайсами, предназначенными для предыдущих поколений.

После выхода данного интерфейса были выпущены еще 2 его модификации:

— 3.1 (2011 год). Из нововведений: Zero-power оптического дисковода (не потребляет энергию в спящем режиме), mSATA (разъем для портативных и твердотельных винчестеров, нетбуков и мобильных гаджетов), Queued TRIM Command (повышает продуктивность SSD-накопителей), Hardware Control Features (выполняет хост-идентификацию возможностей девайса). Данные передаются с той же скоростью, что и в 3 поколении.

— 3.2 - SATA Express (2013 год). Произошло слияние этого семейства и PCIe, то есть интерфейс по программному обеспечению совместим с SATA, но несущим разъемом считается PCIe.

Физически данная модель выполнена в качестве двух рядом расположенных портов SATA, поэтому можно одновременно подключать устройства, предназначенные для интерфейсов предыдущих поколений и - непосредственно для Express. Скорость передачи данных существенно повысилась: до 8 Гб/с, если задействован 1 разъем, и до 16 Гб/с - если оба.

eSATA

Этот вид интерфейса стоит выделить в отдельную группу. Потому что он предназначается для подключения устройств с внешней стороны. На это указывает первая буква в названии, которая несет в себе понятие «External» (внешний). Разъем появился в 2004 году.

В сравнении с первым поколением SATA:

• Более надежное исполнение;
• Провод удлинен с 1 м до 2 м;
• Используются различные уровни сигнала.

Минусом этой версии является необходимость в специальном кабеле для подсоединения гаджетов. Недостаток упразднен в следующей модификации - eSATAp - путем внедрения технологии USB 2.0, при этом информация передается по проводам с напряжением 5 и 12 В.

Определяем версию интерфейса.

Как узнать, какой разъем SATA предполагает ваша материнская плата и подключенные к ней устройства? Есть несколько способов сделать это:

• Почитать технические характеристики вашей модели в инструкции или на официальном сайте.
• Посмотреть надписи непосредственно на материнке.

• Воспользоваться утилитой CrystalDiskInfo. После установки откроется окно, где будет представлена полная информация о вашем железе.

Вот оф сайт этой програмки: http://crystalmark.info/software/CrystalDiskInfo/index-e.html

Если вы соберетесь покупать новый винт, но понравившаяся модель не будет соответствовать разъему на материнке, не спешите отказываться от своего выбора, так как продаются специальные переходники под интерфейс SATA.

Жду вас на страницах моего блога снова.

Когда ПК-геймер задается вопросом, какие опции для тюнинга являются самыми важными, помимо обязательной покупки мощной графической карты и процессора мы даем ему следующий совет: замените ваш классический жесткий диск на SSD-накопитель. Только покупайте не SATA-SSD, а флеш-накопитель, который передает данные через PCI-Express и использует для этого протокол NVMe.

Такие модели достигают в пять раз более высокой скорости передачи данных, и верхнего лимита эта технология практически не знает. В настоящее время рынок все больше и больше наполняется подобными турбо-накопителями (хотя еще достаточно дорогими), так что перед геймером встает вопрос, готов он инвестировать несколько больше денежных средств в существенный прирост скорости или отдаст предпочтение классическим, сравнительно медлительным SSD.

Новая эра турбо-SSD

Для замены HDD можно было ни о чем особо не задумываться - просто покупай накопитель нужного тебе объема. Со временем все стало несколько сложнее, поскольку интерфейс SATA изначально был спроектирован для работы с протоколом AHCI (Advanced Host Controller Protokol) и соответствующим драйвером для медлительных классических накопителей с вращающимися магнитными дисками.
Неприятный побочный эффект: интерфейс SATA-600 допускает максимальную скорость передачи данных в 600 Мбайт/с.

Если заглянуть в наш , то можно увидеть, что многие модели достигают средней скорости передачи данных (при чтении) уже выше 550 Мбайт/с, а при записи на их «спидометре» зачастую можно увидеть и 540 Мбайт/с. Таким образом, становится очевидно, что потенциала для роста показателей данная технология сегодня уже не имеет.

Говоря иначе, интерфейс SATA может стать так называемым «бутылочным горлышком» для флеш-накопителей, которые становятся все быстрее и быстрее. Хорошо, что новые SSD обходят данное ограничение скорости, если вместо красных SATA-кабелей использовать для подключения PCIe-разъемы - то есть задействовать тот тип соединения, который традиционно применялся для графических карт. Через одну линию PCIe 3.0 теоретически можно передавать до 1 Гбайт/с.

Такие крохотные NVMe-SSD, как новый Samsung PM971, подходят также для ультрабуков или планшетов - они насчитывают всего два сантиметра

В этом тесте для подключения SSD-на­копителей использовалось по четыре таких линии. Таким образом, это дает максимум в 4 Гбайт/с - по крайней мере, теоретически. На практике такой показатель не достигается: самую высокую на сегодня скорость передачи данных продемонстрировал новейший Samsung 960 Pro с результатом 2702 Мбайт/с при чтении.

Это значительно быстрее, чем любой из SATA-SSD, и интерфейс при этом еще не исчерпывает свой потенциал: в настоящее время ограничения на скорость передачи данных накладываются используемым типом флеш-памяти и контроллерами носителей данных.

Это может быть интересно:

Два различных типа разъемов

В отличие от SATA-дисков, при покупке турбо-SSD следует обратить внимание на правильный выбор его форм-фактора. Быстрые накопители данных могут выпускаться как в форме карт расширения, вставляемых в PCIe-разъем, так и в виде планок памяти, которые устанавливаются в так называемые M.2-слоты.

Таким образом, перед приобретением понравившейся вам модели рекомендуем взглянуть на материнскую плату и проверить, представлен ли там интерфейс соответствующего типа.

Многие производители SSD разрабатывают программное обеспечение, которое анализирует состояние NVMe-SSD. У Intel оно называется Solid-State Drive Toolbox

Этот совет особенно актуален для более старых материнских плат, поскольку на их слот M.2 для передачи данных может лишь выводиться шина SATA. Тот, кто собирает для себя новый компьютер, может особо этим вопросом не утруждаться: материнские платы для новых процессоров имеют разъемы M.2 с PCIe-соединением и поддерживают новый протокол обмена данными Non-Volatile Memory Express (NVMe) – это провоцирует второй турбо-скачок.

В отличие от моделей для M.2, SSD в виде карты под разъем PCIe могут быть интересны и для модернизации более старых систем. Однако при этом следует обязательно обратить внимание, чтобы на материнской плате был еще один свободный PCIe-слот помимо занятого графической картой.

И еще одна маленькая деталь может оказаться очень важной: из шести взятых на этот тест SSD-накопи­телей четыре имеют форм-фактор карты расширения, но только три из них поддерживают стандарт PCIe 3.0. Kingston HyperX Predator же ограничивается лишь PCIe 2.0, который способен пропускать через линию только 500 Мбайт/с.

И хотя ваши скорости передачи данных при чтении и записи с 1400 и 1010 Мбайт/с соответственно здесь будут значительно лучше, чем у SATA-конкурентов, с показателями самых быстрых SSD сравниться они не смогут. При этом носители, поддерживающие PCIe 3.0, будут работать и в слоте PCIe 2.0, но скорость у них будет значительно снижена.

Перегретые SSD-накопители становятся медлительнее

Адаптер под PCIe-карту Angelbird Wings PX1 со своим радиатором охлаждения предотвращает перегрев Samsung 950 Pro

В настоящее время от SSD-накопителей с интерфейсом PCIe мы вполне можем ожидать скоростей передачи данных свыше 2,5 Гбайт/с. Произведенные компанией OCZ SSD-накопители с интерфейсом M.2 привычно поставляются с PCIe-адап­тером. По итогам наших результатов измерений нам видится более чем рациональным оставлять устройство именно в нем. Мы провели замеры характеристик этих устройств для M.2 и без адаптера, зарегистрировав слегка худшие значения: так, при чтении была достигнута скорость всего 2382 Мбайт/с, что примерно на 130 Мбайт/с меньше, чем с адаптером.

Очень короткое время реакции

Высокая скорость передачи данных - это хорошо для ускорения загрузки, но причины того, что Windows и игры с SSD-накопителем в компьютере работают заметно быстрее, скрываются прежде всего в незначительности латентности. Ее во время тестирования мы изучаем при I/O-измерениях (Input/Output), то есть подсчете количества операций чтения или записи, произведенных в секунду при обработке последовательно расположенных блоков памяти. Этот параметр, так называемый IOPS (Input/Output Operations Per Second), является недостающим «ингредиентом» для быстрого ПК, который часто бывает сильно нагруженным.

В данной зачетной дисциплине преимущество имеет накопитель OCZ RD400 с 43 974 IOPS при записи. При чтении, напротив, результат 18 428 IOPS не составляет и половины от предыдущего. Вот и у нашего лидера рейтинга, Samsung 960, можно наблюдать такую же неоднородность характеристик: при записи он достигает отметки в 42 175 IOPS, а при чтении - всего 29 233.

Завидную схожесть результатов демонстрирует Zotac с его приблизительно 35 000 IOPS (как при чтении, так и при записи). Впрочем, данный параметр при сравнении продуктов довольно часто приходится комбинировать с другими. При этом в скором времени турбо-SSD должны «пробить» психологически важную отметку в 100 000 IOPS.

Хуже всего проявил себя Kingston HyperX Predator: около 23 000 IOPS при чтении и 17 800 при записи означают последнее место, причем с большим отрывом. Основной причиной этого является устаревшая технология, так как данный SSD-накопитель передает данные все еще по протоколу AHCI. Новый же протокол доступа NVMe, напротив, оптимизирован для работы с SSD.

Преимущества NVMe проявляют себя прежде всего при распараллеливании процессов: протокол передачи данных позволяет работать с очередями запросов ввода/вывода (I/O queues) размером до 65 536 команд. Протокол AHCI имеет ограничение всего одной очередью размером в 32 команды - а это при большой нагрузке может вызвать скопление данных.

10 лучших SSD NVMe накопителей по соотношению цена / качество

Даже на новые сверхскоростные накопители цены постепенно снижаются, причем, самый недорогой SSD с поддержкой NVMe уже можно найти по цене накопителей SATA, И это не может не радовать. Мы подобрали для вас 10 лучших SSD флеш-накопителей с поддержкой NVMe по соотношению цена / качество.

Современные тенденции развития таковы, что шина PCI Express должна вскоре прийти на смену интерфейсу SATA 6 Гбит/с повсеместно - это уже заложено в версии спецификации SATA 3.2. Дальнейшее развитие SATA предполагает, что SSD для настольных систем сохранят своё привычное исполнение, но будут подключаться по специальному интерфейсу SATA Express, который введёт в обращение новый тип разъёмов и кабелей. При этом SATA Express объединяет два интерфейса SATA 6 Гбит/с (они нужны для обратной совместимости со старыми накопителями) и несколько линий PCI Express. Порты SATA Express первого поколения, которые могут присутствовать в настоящее время на материнских платахна базе набора логики Intel Z97 (рис. 1), предполагают использование двух линий PCI Express второго поколения, что означает рост пиковой пропускной способности современной реализации SATA Express до 1 Гбайт/с.

Второй, предусмотренный спецификацией вариант подключения накопителей по шине PCI Express - это специализированные слоты M.2 (также известные как NGFF), ориентированные в первую очередь на мобильные применения. Такие слоты, имеющие сравнительно небольшой размер, и потому идеально подходящие для тонких и ультратонких ноутбуков, объединяют один интерфейс SATA 6 Гбит/с и несколько линий PCI Express. В первом варианте, который находит сейчас массовое распространение на материнках, основанных на интеловских наборах логики девятого поколения, опять-таки, используется две линии PCI Express 2.0. Иными словами, слоты M.2 можно рассматривать как простое мобильное переложение интерфейса SATA Express.

Рис. 1. Oбновленная система Intel Rapid Storage Technology, позволяет работать с PCIe-накопителями, подключаемыми через интерфейсы M.2 и SATA Express (активирует функции технологии хранения Intel® Rapid с помощью твердотельных накопителей на основе интерфейса PCI Express*).

По сути SATA Express и M.2 предназначены для решения одной задачи — подключения через интерфейс PCI Express скоростных накопителей, для которых производительность SATA уже недостаточна. Однако архитектура этих интерфейсов заметно различается.

SATA Express конструктивно представляет собой два стандартных порта SATA 3.0 и дополнительный четырехконтактный коннектор — все это объединено в один разъем. Он предназначен для накопителей, применяемых в обычных ПК, к нему могут быть подключены соответственно либо два SATA-накопителя, либо один скоростной SSD с интерфейсом PCI Express x2. Стоит напомнить, что порт SATA имеет 7 контактов, а для работы одного канала PCI Express требуется 9 контактов. Отсюда необходимость в дополнительном четырехконтактном коннекторе — двум линиям PCI Express нужно 18 контактов, и именно столько обеспечивает разъем SATA Express: 7+7+4. Очевидно, что для использования PCI Express x2 требуется специальный кабель. А вот линий питания в интерфейсе PCI Express не предусмотрено. Пропускная способность PCI Express x2 составляет 16 Гбит/с — это больше суммарной производительности двух каналов SATA 3.0 (12 Гбит/с) и с лихвой хватит даже самым современным и быстрым SSD. К слову, в данный момент накопители с интерфейсом PCI Express пока еще остаются экзотикой и массовому пользователю недоступны.

Другое дело M.2 — серийных устройств с этим интерфейсом выпущено уже достаточно. Но если SATA Express ориентирован на настольные ПК и позволяет подключать традиционные SSD и жесткие диски, то M.2 предназначен для применения в мобильных устройствах, таких как ноутбуки и планшеты, вместе с накопителями, выполненными в виде платы расширения и вставляемыми непосредственно в разъем. Так же как и SATA Express, интерфейс М.2 обеспечивает обратную совместимость с SATA, но так как больше одного устройства одновременно к нему подключить нельзя физически, предусмотрен только один канал SATA 3.0. Зато это дало возможность реализовать большее количество линий PCI Express — в распоряжении М.2-устройств четыре таких канала с суммарной пропускной способностью 32 Гбит/с. Интерфейс обеспечивает и питание подключаемой платы расширения, которая, кстати, совсем не обязательно должна быть накопителем — М.2 позволяет подключать Wi-Fi- и Bluetooth-контроллеры, GPS-модули, NFC и другие типы устройств. Стоит отметить также, что, помимо SATA 3.0 и PCI Express x4, интерфейс M.2 обеспечивает работу и USB 3.0, так что реализовать перечисленные выше устройства в формате платы расширения M.2 совсем несложно.

Новый чипсет Z97 позволяет использовать физические контактные линии в различных конфигурациях и, в зависимости от типа подключенного устройства, коммутировать их на порты SATA, PCI Express или USB. Обновленная версия Intel Rapid Storage Technology отвечает за работу SSD, включая высокоскоростные, гарантирует работу штатных и специализированных функций, в том числе в составе RAID-массивов. Кроме того, чипсет Z97 обеспечивает совместимость с процессорами следующего поколения (Haswell Refresh) без обновления BIOS материнской платы.

Рис. 2. Высокоскоростные интерфейсы M.2 и SATA Express для подсистемы хранения данных. Схема подключения всех контроллеров слотов и разъемов к чипсету Intel Z97.

Обзор ASRock Z97 Extreme6 и Samsung XP941 | Высокопроизводительный накопитель на материнской плате

Когда десять лет назад интерфейс AHCI был введён в эксплуатацию, он предназначался для механических дисков и, по правде говоря, отлично заменил предыдущий способ подключения – IDE. И даже когда появились SSD-накопители, данный программный интерфейс для SATA был всё ещё достаточно хорош. По крайней мере, в самом начале.

Сейчас он ограничивает возможности SSD-накопителей. Им не требуется соответствовать механическим дискам по форм-фактору или тому же типу программного интерфейса. В материале "Обзор пяти материнских плат на чипсете Intel Z97 Express по цене от $120 до $160" был показан пример того, как контроллер-концентратор (Platform Controller Hub) предлагает новейшие возможности подключения SSD-накопителей разных типов и форм-факторов. Таким образом, мы отказываемся от исчезающего как вид SATA/AHCI в пользу PCIe и SATA Express, которые ещё более чётко подчёркивают разницу между механическими и твердотельными накопителями.

Всё большее количество материнских плат поддерживает интерфейсы нового поколения - M.2 PCIe- и SATA Express. Изначально ни один из этих разъёмов не принесёт вам массу преимуществ, но зато они помогут проложить путь к новому поколению накопителей для настольных ПК и мобильных устройств. Для устаревших жёстких дисков предназначен разъём SATA, а новые интерфейсы уже используются для новых SSD-накопителей. В будущем в определённый момент мы сможем отказаться и от AHCI, и вместо этого воспользоваться преимуществами твердотельных накопителей, используя интерфейс NVMe, который придёт ему на смену.

Знакомимся с ASRock Z97 Extreme6

Мы не были особенно поражены изменениями в новой платформе, но не могли не задаться вопросом: сможет ли этот чипсет выявить все достоинства накопителей? Между тем, отличий между Z97 и Z87 не так уж много.

На плате имеются десять портов SATA 6 Гбит/с, шесть из которых принадлежат Intel Z97 Express PCH, а ещё четыре относятся к паре контроллеров ASMedia ASM1061. Один разъём соединён с интерфейсом eSATA на задней панели.

Коннектор SATA Express совмещён с двумя SATA-портами и разъёмом M.2. Как видите, стремление Intel реализовывать новые разработки в сфере хранения данных на базе логики ядра обуславливает некоторые ограничения, о которых мы привыкли говорить, ведя речь о графике (о совместном использовании линий PCI-Express и тому подобном).

Удивительно, что хоть SATA Express и является абсолютно новым интерфейсом, его присутствие – это не самая большая особенность платы. Скорее, к таковой можно отнести разъём Ultra M.2 x4. Он не подсоединён к PCH (как, например, M.2 на портах 13 и 14 наряду с SATA Express), поэтому не испытывает тех же ограничений, а вместо этого использует четыре полосы PCI Express 3.0, забирая их у процессора и выдавая пропускную способность 32 Гбит/с. Хотя производительность выше 4 Гбит/с получить не удастся, правильный SSD-накопитель может показать очень интересные результаты при тестировании.

Угадайте, что мы приготовили для нашего испытания? Samsung XP941 , который входит в число накопителей, ориентированных на OEM-сборщиков. Он задействует четыре линии PCI Express, и для него есть соответствующее железо. Это позволит нам определить, смогут ли Intel Z97 Express и ASRock Z97 Extreme6 совместными усилиями осуществить наши мечты относительно скорости передачи данных.

Обзор ASRock Z97 Extreme6 и Samsung XP941 | Обсуждаем интерфейсы M.2 и SATA Express

M.2 PCIe

Intel обеспечивает гибкость и практичность Z97 незамысловатым, но действенным способом. Это достигается при помощи портов 13 и 14 на чипсете, которые стали более гибкими, чем были в прошлом, когда они обеспечивали работу двух из шести SATA-интерфейсов. Сейчас большая гибкость позволяет им взаимодействовать с двумя высококлассными интерфейсами подключения – SATA Express и M.2 PCIe.

Интерфейс M.2 PCIe нельзя назвать новинкой. Ранее мы опубликовали материал "SSD SanDisk A110 c интерфейсом PCIe: новый коннектор M.2" , а не так давно – "Обзор SSD Plextor M6e 256 Гбайт с интерфейсом PCI Express: форм-фактор M.2 в настольном ПК" , протестировав SSD-накопитель с интерфейсом M.2 PCIe на плате малого форм-фактора, имеющей половинные значения от стандартной длины и высоты. Нам сообщили, что Plextor также планировала разработать версию накопителя без адаптера, что предполагало выпуск материнских плат с соответствующими двухполосными разъёмами. Вот и настал этот день, хотя даже с началом продаж плат с двумя M.2 PCIe портами, SSD-накопители данного форм-фактора для них всё ещё являются немногочисленными и встречаются довольно редко.

На самом деле, легко спутать M.2 для PCIe и SATA, и здесь та же история, что и с путаницей вокруг mSATA для mini-PCIe-разъёмов. До сегодняшнего дня было всё труднее различать накопители M.2 с SATA-контроллерами и совместимые с PCIe. Так что давайте просто забудем о SATA-решениях и сосредоточимся на накопителях, которые предназначены для шины PCI Express и имеют форм-фактор М.2.

Гибкость такого форм-фактора заключается в возможности установки на множество односторонних и двухсторонних печатных плат. Устройство М.2 шириной 22 мм легко размещается вместе с процессором и модулями памяти NAND, а на более длинной печатной плате, таким образом, будет больше места для памяти. Учитывая, что Samsung может разместить свой накопитель Samsung 840 EVO mSATA ёмкостью 1 Тбайт примерно на такой же площади, какую занимает форм-фактор M.2 2260 (60 мм в длину), большие перспективы открываются при работе с M.2 22110 (длиной 110 мм). По мере развития производственного процесса и повышения плотности записи, сложно себе представить, когда M.2 достигнет своего потолка в вопросе ёмкости.

Большинство SSD-накопителей M.2 PCIe будет использовать две линии PCI Express (в случае с Z97 Express это означает скорость передачи данных, свойственную устройствам второго поколения). В свою очередь, Samsung XP941 уникален тем, что задействует больше четырёх линий, так что именно он и является идеальным накопителем для тестирования материнской платы ASRock Z97 Extreme6 и её четырёхполосного разъёма PCI Express 30 Ultra M.2.

SATA Express

На замену SATA 6 Гбит/с пришёл SATA Express. Независимая организация Serial ATA International Organization, которая занимается развитием и стандартизацией технологии SATA, осознала непрактичность подхода, который был призван удвоить скорость интерфейса SATA. Директор по маркетингу компании Marvell Пол Вассенберг (Paul Wassenberg) ещё в прошлом году на выставке Flash Memory Summit 2013 сказал нам, что разработка SATA Express является гораздо более осмысленным занятием.

Пока рабочая группа, тестировавшая новый способ подключения, увеличивала количество линий PCIe от одной до восьми, уровень энергопотребления, по мере подключения дополнительных линий, буквально взлетел. Но с использованием всего двух линий, имеющих пропускную способность третьего поколения, энергопотребление практически не повысилось по сравнению с устройством SATA 6 Гбит/с, тогда как относительно уровня производительности было отмечено значительное превосходство. Учитывая проблемы интерфейса SAS со скоростью 12 Гбит/c, стало ясно, что достижение экономической эффективности в случае с SATA весьма проблематично, в отличие от SATA Express, учитывая его связь с PCI Express.

В отличие от M.2 PCIe, использующего до четырёх линий, SATA Express задействует лишь две, но если устройство M.2 PCIe крепится прямо к плате, то SATA Express позволяет использовать удалённое подключение при помощи кабелей, как и в случае с SATA. Но есть и проблемы. Внешнему SSD-накопителю на PCIe нужно получать сигнал от генератора тактовой частоты, и его придётся передавать при помощи экранированного и более дорогого кабеля. Так что без затрат здесь можно обойтись в том случае, если связь будет обеспечивать сам твердотельный накопитель.

Используем один порт, теряем другой

С реализацией интерфейса SATA Express на Z97 при использовании новой технологии вы теряете доступ к двум контроллерам SATA 6 Гбит/с и интерфейсу M.2, и наоборот, если задействуете M.2 (всё-таки этих устройств гораздо больше), то использовать SATA Express уже не удастся.

Для большей ясности выше мы изобразили схему, куда включили M.2 PCIe и SATA Express, наряду с протоколами AHCI и NVMe.

Таким образом, интерфейсы M.2 и SATA Express в Z97 являются взаимоисключающими, и использовать их одновременно не получится. В некоторые платы Asus добавляет сторонние контроллеры SATA Express и, очевидно, они способны работать независимо друг от друга. А в случае с ASRock для разъёма Ultra M.2 задействуются четыре линии контроллера PCI Express. Давайте изучим эту систему более подробно.

Обзор ASRock Z97 Extreme6 и Samsung XP941 | Z97 Express: те же самые ограничения пропускной способности

Для нас не стал сюрпризом тот факт, что пропускная способность контроллера-концентратора платформы Z97 при подключении к хост-процессору ограничена интерфейсом Intel DMI, который базируется на PCI Express 2.0, и обеспечить скорость третьего поколения не удастся из-за микроархитектуры Skylake, отстающей на два поколения. Но чипсету Intel не требуется задействовать все преимущества пропускной способности PCIe 3.0, поскольку он может в большей мере получить реальную отдачу от восьми линий PCIe, которые используются на данный момент.

Мы знаем это, потому что уже видели, с какими ограничениями сталкиваются массивы SSD-накопителей на портах Intel 6 Гбит/с. В прошлом году мы тестировали ряд накопителей SSD DC 3500 на материнской плате ASRock C226 WS (англ.), и предел был достаточно очевиден. На ASRock Z87 Express располагалось шесть портов 6 Гбит/с, однако трёх обычных SSD-накопителей было достаточно для того, чтобы насытить ограниченную пропускную способность DMI. Предельной стала скорость 1600 Мбайт/с.

Ну а в четырёхполосном Ultra-разъёме Samsung XP941 взлетает выше планки в 1000 Мбайт/с. В принципе, такого же результата могут достичь самые быстрые устройства с интерфейсом SATA 6 Гбит/c в массиве RAID 0.

Скорость произвольных операций

Измерение производительности произвольных операций является ещё одним важным показателем. Мы уже знаем, что ограничения пропускной способности не являются большой проблемой при перемещении небольших блоков данных. Обычно интерфейса SATA 6 Гбит/c достаточно для тяжёлых последовательных нагрузок.

Скорость произвольных операций чтения блоками по 4 Кбайт

Учитывая то, что мы видели выше, легко предположить, что Samsung XP941 способен показать высочайшую производительность при передаче малого количества блоков.

120000 IOPS – это впечатляющий результат, но он не отражает аппаратный потенциал Samsung, в отличие от произвольных операций. И четырёхполосный слот Ultra M.2 даёт более высокие результаты. На графике недостаёт масштаба, чтобы показать, насколько понизилась производительность при использовании двухполосного интерфейса.

Результаты использования всех трёх интерфейсов примерно равны до достижения глубины очереди 16 команд. Рабочим нагрузкам, характерным для настольных компьютеров, не настолько свойственен параллелизм, поэтому Samsung XP941 не обладает очевидным преимуществом.

Скорость произвольных операций записи блоками по 4 Кбайт

Случилось в основном то же, что мы ожидали, основываясь на прошлой работе SSD-накопителя с интерфейсом PCIe и протоколом AHCI. Побеждает Samsung 840 Pro , хоть это и не самый быстрый накопитель в мире. Samsung XP941 с двухполосным разъёмом M.2 не производит совершенно никакого впечатления. Немного лучше дела обстоят при подключении к четырёхполосному интерфейсу, но недостаточно для того, чтобы выбрать его вместо SATA.

Вывод: скорость произвольных операций у SSD-накопителя с разъёмом PCIe является совсем уж пешеходной по сравнению с впечатляющей производительностью в последовательных операциях, во многом благодаря AHCI. Впрочем, если вы не наблюдали за работой другого бенчмарка, то могли подумать, что Samsung XP941 является лучшим в истории SSD-накопителем для настольных систем. Однако наше тестирование при помощи Iometer необязательно отражает производительность устройства в реальных условиях. Так что нам необходимо более подробное исследование.

Tom"s Hardware Storage Bench v.1.0

Большинство материнских плат Z97 Express будет оснащено шестью портами SATA 6 Гбит/с, а некоторые из них получат двухполосный интерфейс M.2, который мы тестируем сейчас. Другие будут оборудованы SATA Express. Наиболее значительным отличием в ASRock Z97 Extreme6 является слот M.2 x4, связанный с Intel LGA 1150.

Мы пока ещё не занимались тестированием SATA Express, ведь большинство первых устройств подобного рода будет базироваться на AHCI, а значит, они не будут слишком отличаться от таких накопителей, как SanDisk A110 , которые мы уже тестировали. Взгляните на результаты Samsung XP941 при подключении к двухполосному интерфейсу M.2 и рассмотрите данный интерфейс в качестве замены SATA Express. С поддержкой NVMe будет ещё интереснее.

Наш собственный тест, Storage Bench v1.0, использует информацию об операциях ввода-вывода из трассировки, записанной в течение двух недель. Повторно воспроизводя данный шаблон с целью проверить производительность накопителя, мы получаем результаты, которые, на первый взгляд, трудно истолковать. В результатах практически не учтены периоды простоя, то есть мы можем принимать во внимание только время, в течение которого накопитель был в активном состоянии и исполнял команды хоста. Таким образом, вычислив соотношение времени работы накопителя к объёму данных, обработанных в ходе трассировки, мы получаем показатель средней скорости передачи данных (в Мбайт/с), по которому можем сравнивать участников теста.

Эта система измерений не идеальна. Изначальная трассировка регистрирует команды TRIM в процессе транзита, но так как трассировка организована на накопителе без файловой системы, TRIM не будет работать, даже если её направили во время повторного воспроизведения трассировки (что, к сожалению, не так). Но всё же тестирование при помощи трассировки – отличный способ зафиксировать периоды времени, когда накопитель действительно работает, что имеет преимущества в сравнении с синтетическими тестами типа Iometer.

Средняя скорость передачи данных

Трассировка в Storage Bench генерирует более 140 Гбайт операций записи в ходе тестирования. Очевидно, это ставит в заведомо невыгодное положение SSD ёмкостью ниже 180 Гбайт и благоприятствует тем участникам теста, ёмкость которых превышает 256 Гбайт.

В этом сокращённом анализе производительности мы не показываем результаты множества накопителей на SATA 6 Гбит/с, которые встречались в наших графиках. Результаты генерируются в ОС Windows 8.1, в то время как наша библиотека данных базируется на Windows 7. Впрочем, мы столкнулись с некоторыми проблемами при работе с разъёмом Ultra M.2 под более старой операционной системой – если в Windows 7 за накопители c интерфейсом PCIe отвечал драйвер MSAHCI.SYS, то в Windows 8 - STORAHCI.SYS. Мы нашли более новый драйвер для менее последовательной задержки и времени до возобновления обслуживания, что резко повлияло на производительность. Между тем, Samsung 840 Pro управляется драйвером Intel RST, так что для него это не имеет значения. Тогда мы исследовали последствия работы обоих драйверов в обзоре SSD-накопителя Plextor M6e 256 Гбайт с интерфейсом PCI Express: форм-фактор M.2 в настольном ПК.

Наиболее высокий показатель средней скорости передачи данных достигается накопителем Samsung XP941 в разъёме Ultra M.2. Он же занимает и второе место – уже в разъёме M.2. Следом за ним располагается Samsung 840 Pro с интерфейсом SATA 6 Гбит/c, который оставляет позади себя подключающийся к шине PCI Express SanDisk A110 , а также замыкающий эту таблицу накопитель Plextor M6e .

Однако в таком тесте наиболее важным показателем является время до возобновления обслуживания.

Время до возобновления обслуживания

Ниже представлен график показателей времени до возобновления обслуживания чтения и записи (оси х и у соответственно). Эти значения гораздо более важны, по сравнению со средней скоростью передачи данных. Используя обе метрики, мы можем получить наиболее точные результаты производительности устройства с реальными нагрузками.

Как обычно, предпочтительнее видеть эти значения снизу в левой части графика. Лучшую производительность можно заметить в том месте, где значения располагаются ближе к началу.

Не стоит сравнивать эти результаты с другими из наших предыдущих обзоров. Они были получены под ОС Windows 8.1, которая меньше адаптирована к SSD-накопителям с интерфейсом PCIe из-за использования драйвера STORAHCI. Мы рассчитываем, что ситуация немного изменится с внедрением NVMe, но сейчас Windows 8 позволяет нам в равной степени запускать AHCI-диски.

Пропускная способность

Трассировка Adobe Photoshop с применением высоких нагрузок является наиболее интенсивной, именно поэтому мы используем все его 18 индивидуальных этапов для определения уровня задержки и пропускной способности.

Попробуйте догадаться, какая из линий на графике соответствует производительности Samsung XP941 .

Если вы ещё не догадались, мы подскажем: у данного накопителя на графике самый высокий результат, причём с большим преимуществом. В каждом из этапов его скорость достигает 700 Мбайт/с, и при наибольшем истощении ёмкости накопителя она падает до 500 Мбайт/с – это невероятный результат. Даже при подключении к двухполосному слоту M.2 он по-прежнему работает очень быстро, просто поддержка со стороны интерфейса недостаточна для обеспечения такого уровня производительности.

Наш первый четырёхполосный SSD-накопитель с интерфейсом M.2

Настоящая революция в сфере накопителей должна произойти позже, когда будет заметен эффект NVMe и появятся накопители для подключения через SATA Express. Ближе к внедрению Intel Skylake больше внимания будет уделяться повышению производительности SSD-накопителей с поддержкой PCIe 3.0 контроллеров-концентраторов.

В ходе тестирования ASRock Z97 Extreme6 мы использовали несколько SSD-накопителей с интерфейсом М.2. ASRock умно подошла к вопросу расположения разъёмов для накопителей, которые находятся между слотами PCIe, – в этом случае диски физически не могут конфликтовать с графическими процессорами и RAID-картами. Разъём Ultra M.2 может быть полезен только в том случае, если производители смогут создать накопители для подключения к нему. Безусловно, к накопителям с высочайшей скоростью есть интерес, и присутствие такого разъёма на одной плате от одного производителя может стать чем-то вроде культового хита. Помните, что скоро ожидается выход X99, и процессоры с архитектурой Haswell-E будут иметь линии PCIe. Увидим ли мы снова разъём Ultra M.2 на плате ASRock?

Хотелось бы верить. SSD-накопители с интерфейсом PCIe существовали в течение нескольких лет, и они первыми показали, насколько безвкусно выглядит подключение SATA-устройств к адаптерам HBA, а теперь мы видим, что существуют компактные решения для подключения по шине PCI Express. Неприличная стоимость накопителей с интерфейсом PCIe, из-за которой их было не найти в настольных системах энтузиастов, уже осталась в прошлом. А производительности Samsung XP941 соответствуют гораздо более дорогие накопители корпоративного уровня.

Вот почему стоит задуматься о SSD-накопителях с интерфейсом M.2 PCIe, если вы планируете произвести апгрейд. ASRock достойна похвалы за применение инноваций в ASRock Z97 Extreme6 , где на одной плате можно осуществить четырёхполосное подключение и использовать четыре линии на процессоре для того, чтобы обеспечить фантастическую пропускную способность безо всяких ограничений DMI. Очень жаль, что экосистема и рынок сейчас настолько далеки от такой идеи. Гораздо проще будет в этом убедиться в начале 2015 года, когда все оценят NVMe (как интерфейс), а также SATA Express и M.2 (как форм-факторы). Надеемся, что к тому времени всё больше материнских плат смогут раскрыть весь потенциал суперскоростных SSD-накопителей.