Кто есть кто среди M.2 SSD

M.2 накопители — это компактные и высокопроизводительные устройства хранения данных, которые широко используются в современных компьютерах, ноутбуках и других устройствах. Чтобы разобраться в их работе, важно понимать ключевые аспекты, такие термины как NGFF, NVMe, SATA, PCIe и их характеристики. Давайте рассмотрим всё структурированно.

1. M.2 — форм-фактор

M.2 — это физический стандарт для компактных накопителей и других устройств (например, Wi-Fi модулей). Основные особенности:

  • Размеры: M.2 накопители имеют разные размеры, обозначаемые как «длина x ширина» (например, 2280 — 22 мм в ширину и 80 мм в длину).
  • Ключи: На M.2 накопителях есть вырезы (ключи), которые определяют совместимость с разными интерфейсами. Основные ключи:
    • Key B: Обычно используется для SATA или PCIe x2.
    • Key M: Используется для PCIe x4 (чаще всего для NVMe).
    • Key B+M: Универсальный ключ, поддерживающий и SATA, и PCIe.

2. NGFF — устаревший термин

  • NGFF (Next Generation Form Factor) — это старое название стандарта M.2. Сейчас термин NGFF практически не используется, его заменил M.2.

3. Интерфейсы M.2 накопителей

M.2 накопители могут работать через разные интерфейсы, которые определяют их производительность и совместимость.

a) SATA

  • Описание: SATA (Serial ATA) — это интерфейс, который используется для подключения накопителей (HDD, SSD) к материнской плате.
  • Скорость: Ограничена пропускной способностью SATA III — до 600 МБ/с.
  • Совместимость: M.2 SATA накопители используют ключ B или B+M.
  • Особенности: M.2 SATA накопители по скорости не отличаются от обычных 2.5″ SATA SSD, но более компактны.

b) PCIe

  • Описание: PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) — это высокоскоростной интерфейс, используемый для подключения различных устройств, включая SSD.
  • Скорость: Зависит от версии PCIe и количества линий (x4 — это кол-во линий интерфейса):
    • PCIe 3.0 x4: до 4 ГБ/с.
    • PCIe 4.0 x4: до 8 ГБ/с.
    • PCIe 5.0 x4: до 16 ГБ/с.
  • Совместимость: M.2 PCIe накопители используют ключ M или B+M.
  • Особенности: PCIe обеспечивает значительно более высокую скорость по сравнению с SATA.

c) NVMe

  • Описание: NVMe (Non-Volatile Memory Express) — это протокол (не интерфейс), разработанный специально для SSD, чтобы максимально использовать возможности PCIe.
  • Скорость: NVMe SSD могут достигать скорости:
    • PCIe 3.0 x4: до 3500 МБ/с.
    • PCIe 4.0 x4: до 7000 МБ/с.
    • PCIe 5.0 x4: до 14000 МБ/с.
  • Совместимость: NVMe использует интерфейс PCIe и ключ M.
  • Особенности: NVMe SSD значительно быстрее SATA SSD, но требуют поддержки со стороны материнской платы и операционной системы.

4. Кто кого содержит и поддерживает

  • M.2 — это форм-фактор, который может поддерживать разные интерфейсы: SATA, PCIe или NVMe.
  • NVMe — это протокол, который работает поверх интерфейса PCIe.
  • PCIe — это интерфейс, который может использоваться как для NVMe, так и для других устройств.
  • SATA — это отдельный интерфейс, который может быть реализован в M.2 форм-факторе, но не связан с PCIe или NVMe.

5. Сравнение скоростей

ИнтерфейсМаксимальная скоростьПример использования
SATA III600 МБ/сБюджетные M.2 SSD
PCIe 3.0 x44 ГБ/сNVMe SSD среднего уровня
PCIe 4.0 x48 ГБ/сВысокопроизводительные NVMe SSD
PCIe 5.0 x416 ГБ/сТоповые NVMe SSD

6. Что выбрать?

  • SATA M.2: Подходит для бюджетных сборок или апгрейда старых систем. Скорость ниже, но стоимость доступная.
  • NVMe PCIe: Лучший выбор для современных систем, где важна высокая скорость передачи данных (игры, работа с большими файлами, профессиональные задачи).

7. Важные моменты

  • Перед покупкой M.2 накопителя проверьте:
    • Поддерживаемые интерфейсы на материнской плате (SATA, PCIe 3.0, PCIe 4.0 и т.д.).
    • Ключ M.2 разъема (Key B, Key M или Key B+M).
    • Длину накопителя, которую поддерживает ваша материнская плата (например, 2280).

Операционные системы для NVMeSSD

Поддержка NVMe зависит от операционной системы (ОС), так как для работы с этим протоколом необходимы соответствующие драйверы и интеграция на уровне ядра ОС. Вот список операционных систем, которые поддерживают NVMe:

1. Windows

  • Windows 7 (с ограничениями):
    • Официально NVMe не поддерживается, но можно установить драйверы вручную (например, от производителя SSD или материнской платы).
    • Поддержка ограничена, и для установки ОС на NVMe SSD могут потребоваться дополнительные действия.
  • Windows 8 и 8.1:
    • Есть встроенная поддержка NVMe, но для оптимальной работы рекомендуется установить последние обновления.
  • Windows 10 и 11:
    • Полноценная поддержка NVMe «из коробки».
    • Windows 10 и 11 автоматически распознают NVMe SSD и устанавливают необходимые драйверы.
    • Поддержка всех современных функций, таких как TRIM *, высокая скорость чтения/записи и низкие задержки.

2. Linux

  • Ядро Linux 3.3 и новее:
    • Начиная с версии ядра 3.3 (2012 год), NVMe поддерживается на уровне ядра.
    • Современные дистрибутивы Linux (например, Ubuntu, Fedora, Debian, Arch Linux) имеют встроенную поддержку NVMe.
    • Поддержка TRIM, высокая производительность и низкие задержки.
  • Старые дистрибутивы:
    • Если используется ядро старше 3.3, потребуется обновление ядра или установка драйверов вручную.

3. macOS

  • macOS 10.10 (Yosemite) и новее:
    • Начиная с macOS Yosemite, Apple добавила поддержку NVMe.
    • MacBook Pro, iMac, Mac Pro и другие устройства Apple с NVMe SSD работают нативно.
    • Для установки сторонних NVMe SSD в Mac может потребоваться адаптер и дополнительные настройки (например, для поддержки TRIM).

4. FreeBSD

  • FreeBSD 10.0 и новее:
    • FreeBSD поддерживает NVMe начиная с версии 10.0.
    • Поддержка TRIM и других функций NVMe.

5. Chrome OS

  • Современные версии Chrome OS поддерживают NVMe, особенно на устройствах с SSD (например, Chromebooks премиум-класса).

6. Другие ОС

  • VMware ESXi:
    • Поддерживает NVMe для использования в виртуальных машинах.
  • UNIX-подобные системы:
    • Многие UNIX-системы (например, Solaris) также поддерживают NVMe, но могут требовать установки драйверов или обновления ядра.

7. Особенности поддержки

TRIM: Поддержка TRIM (команда для оптимизации работы SSD) должна быть включена в ОС для увеличения срока службы NVMe SSD.

Драйверы: Даже если ОС поддерживает NVMe, для максимальной производительности рекомендуется устанавливать драйверы от производителя SSD (например, Samsung, WD, Kingston).

UEFI и BIOS: Для загрузки ОС с NVMe SSD требуется поддержка UEFI (старые системы с BIOS могут не поддерживать загрузку с NVMe).

TRIM

TRIM — это команда, которая позволяет операционной системе сообщать SSD (включая NVMe и SATA SSD), какие блоки данных больше не используются и могут быть очищены. Эта функция критически важна для поддержания производительности и долговечности SSD. С английского «trim» — это глагол «подрезать».
Trim Reserves Inactive Memory (очистка неактивной памяти) — это неофициальная расшифровка, которая иногда используется для объяснения сути функции.

1. Зачем нужен TRIM?

SSD (твердотельные накопители) работают иначе, чем традиционные HDD (жесткие диски). Когда данные удаляются на HDD, они просто помечаются как «доступные для перезаписи», но физически остаются на диске до тех пор, пока не будут перезаписаны новыми данными. На SSD ситуация сложнее:

  • Особенности SSD: SSD не могут перезаписывать данные напрямую. Сначала ячейка памяти должна быть очищена, и только потом в неё можно записать новые данные.
  • Проблема без TRIM: Если операционная система не сообщает SSD, какие блоки данных больше не используются, SSD будет вынужден выполнять дополнительные операции очистки перед записью новых данных. Это приводит к:
    • Снижению производительности (так называемое «замедление SSD»).
    • Увеличению износа ячеек памяти.

2. Как работает TRIM?

  • Когда вы удаляете файл, операционная система отправляет команду TRIM на SSD.
  • Эта команда сообщает SSD, какие блоки данных больше не содержат полезной информации.
  • SSD помечает эти блоки как «свободные» и может очистить их заранее, чтобы подготовить для новой записи.
  • В результате:
    • Скорость записи новых данных увеличивается.
    • Снижается износ ячеек памяти, что продлевает срок службы SSD.

3. Преимущества TRIM

  • Поддержание производительности: SSD остаются быстрыми даже после длительного использования.
  • Увеличение срока службы: Меньше операций записи/очистки — меньше износ ячеек памяти.
  • Эффективное использование памяти: SSD может более эффективно управлять доступным пространством.

4. Как проверить, включен ли TRIM?

В Windows:

  1. Откройте командную строку (cmd) от имени администратора.
  2. Введите команду:
    • fsutil behavior query DisableDeleteNotify
  3. Если результат:
    • DisableDeleteNotify = 0 — TRIM включен.
    • DisableDeleteNotify = 1 — TRIM отключен.

В Linux:

  1. Откройте терминал.
  2. Введите команду:
    • sudo fstrim -v /
  3. Если TRIM поддерживается, вы увидите информацию об очищенных блоках.

В macOS:

  1. Откройте Терминал.
  2. Введите команду:
    • sudo trimforce enable
  3. (Только для сторонних SSD, так как SSD от Apple поддерживают TRIM по умолчанию.)

5. Когда TRIM не работает?

  • Старые SSD: Некоторые старые модели SSD могут не поддерживать TRIM.
  • RAID-массивы: В некоторых конфигурациях RAID TRIM может не поддерживаться.
  • Файловые системы: TRIM поддерживается не всеми файловыми системами. Например:
    • Поддерживаемые: NTFS (Windows), APFS (macOS), ext4 (Linux).
    • Не поддерживаемые: FAT32, exFAT.

6. Альтернативы TRIM

Некоторые производители SSD используют собственные технологии для управления неиспользуемыми блоками:

  • Garbage Collection (сборка мусора): Встроенный механизм SSD, который автоматически очищает неиспользуемые блоки.
  • Over-Provisioning (резервирование): Часть памяти SSD резервируется для улучшения производительности и долговечности.

Однако эти технологии не заменяют TRIM, а дополняют его.