Pcie ssd что это
Обновлено: 05.07.2024
Последние изменения, внесенные в существующие форм-факторы и интерфейсы дисков хранения, расширили возможности для пользователей компьютеров. Однако несколько изменений могут вызвать вопросы у некоторых пользователей. В данной статье более подробно рассматривается форм-фактор M.2 и принципы его взаимодействия с различными интерфейсами.
Форм-фактор M.2
M.2 — это спецификация форм-фактора, разработанная специально для замены стандарта mSATA. Данная спецификация определяет физический размер и форму карты. Сама карта подходит для разных областей применения, но в этой статье будет рассмотрено ее использование с твердотельным накопителем.
Форм-фактор M.2 был разработан для увеличения емкости печатной платы (PCB) при уменьшении места для модуля форм-фактора M.2. Модуль имеет прямоугольную форму различной ширины: 12, 16, 22 или 30 миллиметров. Как правило, ширина твердотельного накопителя составляет 22 миллиметра. Длина также может различаться; доступны следующие варианты: 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 или 110 миллиметров. Большинство материнских плат допускает использование модулей M.2 различной длины, при этом требования к ширине более строгие, поскольку разъем для подключения к материнской плате располагается на кромке короткой стороны карты M.2.
Интерфейсы PCIe и SATA
M.2 представляет собой форм-фактор SSD-накопителя определенного типа. Для подключения накопителя к компьютеру предусмотрен физический интерфейс. Существует целый ряд различных интерфейсов, но мы рассмотрим PCIe и SATA.
Интерфейс SATA
SATA или Serial ATA — это более старый интерфейс по сравнению с PCIe, но его разработка повлекла за собой значительные изменения в области компьютерных систем, например, реализацию таких функций, как «горячая» замена. Интерфейс SATA для дисков хранения разрабатывался для жестких дисков. Когда появились твердотельные накопители, они стали использовать тот же самый интерфейс, поэтому пользователи могли без проблем обновлять свои системы и устанавливать более современные накопители.
Интерфейс PCIe
PCIe, также известный как последовательный интерфейс периферии PCI Express, — это более новый интерфейс, который занимает меньше физического пространства. Однако настоящее преимущество интерфейса PCI заключается в возможности передачи данных при использовании до четырех линий одновременно. В сочетании с логическим интерфейсом NVMe® скорость чтения/записи у SSD-накопителя получается выше, чем при использовании интерфейса SATA и логического интерфейса AHCI. Узнайте подробнее о PCIe.
Какой интерфейс следует выбрать?
Наиболее важный аспект, который необходимо учитывать при выборе подходящего интерфейса, — это совместимость интерфейса с вашим компьютером. Внешний вид гнезда на материнской плате не всегда может помочь отличить соединение PCIe от SATA. Проверьте технические характеристики компьютера, чтобы узнать, какой интерфейс поддерживает ваш компьютер. Также можно воспользоваться инструментом Crucial® Advisor™ или системным сканером, чтобы подобрать компонент, совместимый с вашим компьютером.
При наличии нескольких гнезд на модуле M.2, одно из которых поддерживает интерфейс PCIe, выберите это гнездо для подключения SSD-накопителя. PCIe в сочетании с NVMe обеспечивает более высокую скорость чтения и записи.
Формат PCI Express SSD позиционирует себя как высокоскоростной интерфейс для устройств хранения. PCIe или PCI Express. Твердотельные накопители произвели революцию в компьютерном хранении, но с такими быстрыми изменениями было нелегко прогрессировать. Новые поколения накопителей появляются примерно каждый год, и такие термины, как PCIe SSD, M.2 и NVMe, все чаще обсуждаются в интернете. Итак, что все это значит, и как выбрать лучший диск для компьютера?
Преимущества PCIe SSD по сравнению с дисками SATA
Интерфейсы на материнской плате компьютера работают на разных скоростях. Точно так же, как вы ожидаете, что внутренние компоненты компьютера будут взаимодействовать быстрее, чем что-либо, подключенное через USB, также существуют различные ограничения пропускной способности для внутренних интерфейсов. SATA уже несколько лет считается основным интерфейсом, используемым для подключения жестких дисков к материнской плате.
Он работает хорошо, и с традиционными HDD не может максимально использовать свои возможности передачи, но технология SSD может. SATA использует внутренние провода, идущие от дисковода к портам на материнской плате. Это не все, что прямо, но оно выполняет свою работу и обеспечивает гибкость в размещении вашего диска.
PCIe имеет свою историю в другом месте. Это высокоскоростной интерфейс, используемый для таких компонентов, как видеокарты, которые требуют огромного количества пропускной способности данных при чрезвычайно высокой скорости. Устройства PCIe подключаются непосредственно к материнской плате и с большей скоростью передают данные напрямую в процессор. При использовании PCI Express твердотельные накопители более ограничены своей способностью читать и записывать, чем способностью передавать данные.
Какая скорость у PCI Express SSD?
PCIe явно быстрее, но насколько он быстрее? Есть несколько простых оценок, которые могут помочь разобраться в этом.
Текущая версия SATA - это SATA III. Он поддерживает теоретическую максимальную скорость 6 Гбит/с, что позволяет передавать данные примерно до 600 МБ/с. Это, безусловно, респектабельная скорость, но возможности PCIe несколько изменят вашу точку зрения.
PCIe немного сложнее сломать. Во-первых, есть разъемы PCIe 1.0, 2.0 и 3.0. 3.0 - новейшая версия, но вы все равно найдете слоты 2.0 на некоторых материнских платах. Предполагая, что используемая вами плата является платой PCIe 3.0, есть еще ряд возможностей для рассмотрения. PCIe-соединения разделены на дорожки. Имеется 4, 8 и 16 дорожек, и вы можете определить их по размеру на плате. Большие 16-полосные - то, где вы обычно подключаете видеокарту.
PCI Express 3.0 имеет теоретическую скорость 1 ГБ/с на линию, что означает, что разъем PCIe 3.0 x16 имеет теоретическую пропускную способность 16 ГБ/с. Это безумное количество скорости для жесткого диска. Теперь обычный PCIe SSD, скорее всего, будет использовать 4 или 8 линий, но потенциал по-прежнему намного выше, чем у SATA.
Эти цифры действительно теоретические, а не то, как будет выглядеть ваше практическое представление. Если вы посмотрите на настоящие твердотельные накопители, скорости, которые они рекламируют, более обоснованы, но выгода все же очевидна. Samsung 860 EVO заявляет, что максимальная скорость последовательного чтения составляет 550 МБ/с, а максимальная скорость последовательной записи - 520 МБ/с. Ближайший сопоставимый накопитель PCIe, Samsung 960 EVO, имеет максимальную скорость последовательного чтения 3,2 ГБ/с и максимальную скорость последовательной записи 1,7 ГБ/с; он использует только 4 линии PCIe. Нетрудно увидеть выгоду.
NVMe и M.2
Есть еще пара терминов, которые обсуждаются вместе с накопителями PCIe: NVMe и M.2. Они, к счастью, не сложны.
M.2 относится к форм-фактору PCIe, разработанному специально для твердотельных накопителей. M.2 более компактен, чем стандартный PCIe, и принимает только устройства форм-фактора M.2, которые являются исключительно исключительно жесткими дисками. M.2 был разработан для предоставления интерфейса, позволяющего твердотельным накопителям использовать интерфейс PCIe, не мешая более традиционным устройствам PCI Express, таким как видеокарты, или не занимая их. M.2 также очень распространен в ноутбуках, потому что он обычно расположен на материнской плате, занимая очень мало места.
NVMe расшифровывается как энергонезависимая память Express. Энергонезависимая память - это любой вид памяти. Энергозависимая память - это нечто вроде оперативной памяти, которая постоянно перезаписывается и не сохраняется после перезагрузок. NVMe - это протокол, разработанный специально для жестких дисков PCIe, чтобы они могли быстрее общаться. Цель NVMe - заставить SSD вести себя как RAM, потому что RAM использует очень похожую технологию и движется намного быстрее, чем SSD.
Надеюсь, что распутали текущее состояние твердотельных накопителей. Вещи продолжат развиваться, но ожидают, что использование жестких дисков PCIe, особенно в форме дисков M.2, будет продолжать расти в популярности. Если вы рассматриваете новый SSD для вашего компьютера, PCIe определенно стоит подумать.
На фоне классических 2.5-дюймовых твердотельных накопителей, новомодные M.2 выглядят настоящим чудом техники: миниатюрные, тонкие, легкие и не требуют дополнительных проводов. Тем не менее, не все М.2 SSD одинаково быстрые, и далеко не все совместимы с конкретно вашим настольным ПК или ноутбуком, даже при наличии соответствующего разъема на материнской плате. О различных тонкостях и премудростях выбора М.2-накопителя, мы расскажем в этой статье.
Большая путаница
На первый взгляд, все M.2 SSD внешне одинаковые. Но зачастую диск, без проблем поместившийся в соответствующий слот, не отображается ни в операционной системе, ни даже в меню BIOS. И уже при более тщательном внешнем осмотре заметны отличия: коннектор M.2-диска имеет один либо два выреза (пропущенных пина), которые называются B-key и M-key.
Так, накопители с двумя ключами B&M, хоть и выполнены в новом формате M.2, но работают по устаревшей шине SATA 3 (примерно 560 Мбайт/с). Проще говоря, это просто уменьшенные версии олдскульных 2.5-дюймовых SSD. Впрочем, многие ноутбуки, в частности с шестым и седьмым поколениями процессоров Intel Core (Skylake и Kaby Lake), совместимы лишь с дисками M.2 SATA.
 |
Ноутбуки же, начиная с восьмого поколения Intel Core (Kaby Lake Refresh, Whiskey Lake) и выше, уже поддерживают M.2-накопители с шиной PCI-E (другое название NVMe) и единственным ключом M. Материнские платы для настольных ПК начали оснащать слотом M.2 с поддержкой обеих шин (SATA и PCI-E), начиная с чипсета Intel Z97 (процессоры четвертого поколения Haswell Refresh).
К тому же, может существенно отличаться пропускная способность шины PCI-E. Например, вышеупомянутый чипсет Z97 выделяет под нужды M.2 SSD лишь две линии версии 2.0 (маркируется как PCI-E 2.0 x2, примерно 1000 Мбайт/с). Современный бюджетный чипсет Intel H310 — четыре линии версии 3.0 (PCI-E 2.0 x4, 2000 МБ/с). Более же функциональные современные чипсеты Intel (B360 и выше) и AMD (A320 и выше) — PCI-E 3.0 x4 (3600 МБ/с). А самые передовые чипсеты AMD X570, TRX40 и, вероятно, грядущий B550 — четыре линии новейшего стандарта PCI-E 4.0 (до 7000 МБ/с).
 |
А теперь перейдем от теории к практике и более подробно рассмотрим функциональные отличия SSD M.2 SATA и M.2 PCI-E на примере новейших моделей компании Western Digital — Red SA500 M.2 и Blue SN550 объемом 1 ТБ.
Твердотельный накопитель M.2 SATA
WD Red SA500 M.2 — твердотельный накопитель «красной серии» компании Western Digital, предназначенной де-юре для RAID-массивов, NAS-хранилищ, домашних и небольших офисных серверов. Но учитывая, что основной акцент WD Red делается на повышенную надежность и долговечность, имеет смысл применять этот SSD и в настольных ПК и ноутбуках для профессиональной работы. Объем может варьировать от 500 ГБ до 2 ТБ.
Как нетрудно догадаться по названию, накопитель выполнен в новомодном форм-факторе M.2. Коннектор имеет два ключа B&M, что явно говорит об использовании интерфейса SATA 3 (6 Гбит/с). Из этого вытекает потолок линейной скорости: 560 Мбайт/с для чтения и 530 Мбайт/с для записи. Больше вышеупомянутый интерфейс пропустить попросту не способен. Хотя отборные чипы флеш-памяти собственного производства WD/SanDisk (сейчас это одна компания) типа 3D TLC BICS 3 явно способны на больше.
Высокий потенциал чипов подтверждает солидная скорость последовательной записи очень больших объемов данных за раз после превышения виртуального SLC-массива — целых 400 МБ/с. Это вчетверо быстрее большинства других TLC SSD, и в восемь раз превосходит бюджетные QLC. Еще больше быстродействия прибавляет отдельный чип оперативной буферной памяти DDR3.
«Мозгом» же WD Red SA500 M.2 является двухъядерный, восьмиканальный контроллер Marvell 88SS1074, способный выдавать аж 95 и 85 тысяч IOPS (операций ввода-вывода в секунду) при случайном чтении и записи мельчайших файлов соответственно. Это опять-таки является потолком возможностей для SATA SSD. Точно такой же контроллер, как и чипы флеш и ОЗУ-памяти, установлен в 2.5-дюймовой модификации WD Red SA500 WDS100T1R0A 1 ТБ Цена от 9 260 до 11 931 р. . То есть диски отличаются лишь форм-фактором.
В целом же, WD Red SA500 M.2 — это, несомненно, один из самых быстрых М.2 SATA SSD на рынке. В нем удачно сочетаются многоканальный контроллер, отдельный чип ОЗУ-буфера и отборная флеш-память, гарантирующая высокую скорость записи даже очень крупных файлов. А ресурс перезаписи у терабайтной модели составляет более 600 ТБ, а гарантия — 5 лет. Есть у WD Red SA500 M.2 и более доступный брат-близнец WD Blue SSD 3D NAND M.2 WDS100T2B0B 1 ТБ Цена от 8 330 до 11 152 р. , но с меньшим ресурсом наработки и сокращенной гарантией (400 ТБ, 3 года). Главное, перед покупкой проверьте, есть ли в вашем ПК или ноутбуке слот М.2, и точно ли он поддерживает М.2 SATA диски.
Твердотельный накопитель M.2 PCI-E
WD Blue SN550 — яркий представитель новой волны умеренных по цене твердотельных накопителей M.2 NVMe (c ключом М). По сравнению с предшествующим WD Blue SN500 WDS500G1B0C 500 ГБ , работавшим по суженной шине x2, новичек SN550 оперирует уже полноценными четырьмя линиями PCI-E. Вариантов объема стало три: 250, 500 ГБ и 1 ТБ (у предшественника было лишь два младших объема). Ресурс перезаписи старшей терабайтной версии составляет 600 ТБ, а срок гарантии — 5 лет.
И даже после переполнения виртуального SLС-массива, скорость последовательной записи остается достаточно высокой — около 900 МБ/с, что более чем вдвое превосходит показатели даже топовых SATA SSD, уже не говоря о бюджетных. Полупроводниковые же заводы WD/Sandisk достигли настолько высокой плотности компоновки ячеек памяти (96 слоев), что даже в случае максимального объема SSD 1 ТБ флеш-память представлена одним единственным чипом.
В целях снижения себестоимости WD Blue SN550 лишен отдельного чипа ОЗУ-буфера (но небольшой буфер все же интегрирован прямо в контроллер) и металлического радиатора. Охлаждение, впрочем, ему и не требуется — он относительно прохладный даже под длительной нагрузкой. К тому же, радиатор пришлось бы демонтировать при желании установить диск в ноутбук, моноблок или неттоп. Проще говоря, каждая копейка вложена именно в скорость SSD, а не дополнительный необязательный обвес.
Мощный контроллер в паре с высокой плотностью компоновки ячеек памяти позволяют WD Blue SN550 обрабатывать мельчайшие файлики на скорости вплоть до 410 тысяч IOPS. Ранее подобными результатами могли похвастаться лишь значительно более дорогостоящие флагманские SSD. А ведь для многих задач и профессий, например программистов, работающих с системам управления базами данных (СУБД), показатель IOPS намного важнее линейной скорости в мегабайтах в секунду.
Конфигурация тестового стенда
Результаты тестирования
 |
Выводы
Сделать правильный выбор, какой из двух подвидов SSD формата M.2 нужен именно вам, не так уж и сложно. Уже по одному лишь внешнему виду накопителя, а именно наличию одного или двух ключей B&M, можно понять, по какой шине он работает: SATA или PCI-E. При этом стоит учитывать, что скорость SSD PCI-E может быть ограничена версией интерфейса (2.0, 3.0, 4.0) и количеством линий (x2, x4), что зависит от чипсета материнской платы. Диски M.2 SATA сейчас имеет смысл покупать, пожалуй, лишь в том случае, если у вас относительно старый ноутбук, который поддерживает только их. Но если ноут или десктоп оснащены слотом M.2 хотя бы версии PCI-E 2.0 x4, вы получете как минимум двойной прирост быстродействия над SATA. В случае же более современных чипсетов разница в скорости может достигать пяти, а то и десяти раз. Тем более, что относительно недавно в продаже появились бюджетные M.2 PCI-E SSD, которые стоят почти столько же, сколько SATA.
Без SSD-накопителей сложно представить современный компьютер. Они быстры и бесшумны, да и цена на них «не кусается» как несколько лет назад. На выбор представлена масса моделей, различающихся объемом, ресурсом и скоростью. Если с объемом и ресурсом ситуация однозначная — чем больше, тем лучше, то со скоростью устройства все далеко не так просто.
Принцип работы интерфейса
Накопители SATA M.2 и PCI-E NVME хоть и похожи внешне, но имеют важное различие в типе используемой шины. SATA M.2 использует для подключения шину SATA, которую также задействуют HDD-накопители.
PCI-E-накопители более разнообразны. Они могут различаться по количеству линий передачи данных и версии интерфейса. Под нужды накопителя используются напрямую линии PCI-E, что позволяет обойти ограничение пропускной способности шины SATA, которое составляет 600 МБ/с. Основная масса современных PCI-E-накопителей имеет ключ M разъема подключения, SATA в свою очередь универсальный B+M. Версий с единственным B ключом уже не встретить, беспокоиться о несовместимости не придется.
NVME (энергонезависимая память) в аббревиатуре устройства, обозначает наличие спецификации на протоколы доступа к SSD-накопителям, которые подключаются по шине PCI Express. Такие устройства оптимизированы для работы с современными многоядерными процессорами и обеспечивают более низкие задержки обработки запросов. Можно найти единичные экземпляры без этого стандарта, но они очень редко встречаются в продаже.
Характеристики записи/чтения в повседневных задачах
Максимальная пропускная способность шины SATA III составляет 600 МБ/с, что обеспечивает накопителям SATA M.2 показатели в среднем
560 МБ/с для чтения и
530 МБ/с для записи.
У NVME накопителей в свою очередь эти показатели могут достигать
3300 МБ/с при версии PCI-E 3.0x4.
В случае последней версии PCI-E 4.0х4 параметры чтения/записи могут достигать вовсе 5000 МБ/с и 4400 МБ/с. Ниже представлены результаты тестирования обоих типов накопителей.
Разница видна невооруженным глазом. Казалось бы, в соответствии с результатами тестов, приложения должны загружаться намного быстрее, но это не так. Основная масса выполняемых операций проходит с небольшими файлами, в том числе и загрузка ОС. И тут на первое место выходит не последовательная скорость чтения файлов, а скорость работы со случайными блоками, так как на них приходится большая часть дисковой активности накопителя. А с ней уже не наблюдается тотальное преимущество NVME перед SATA.
Вследствие этого скорость загрузки ОС и стандартных программ с NVME лишь немного выше, чем у SATA. В играх аналогичная ситуация — бывают отдельные проекты, где разница составляет более
5 секунд. Но общая масса проектов загружается с минимальной разницей в скорости. Так, где же можно увидеть эти заоблачные скорости от NVME-накопителя? Ответ — лишь в определенных сценариях. Например, при копировании крупного файла или при работе с видеоредакторами и прочими специализированными программами, использующими крупные массивы данных.
Нагрев и энергопотребление
Критический нагрев несвойственен накопителям типа SATA M.2. Для того чтобы перегреть такой SSD должны сложиться множество факторов: полное отсутствие обдува, продолжительные нагрузки, неудачное расположение и высокие температуры в помещении. Поэтому они не требуют дополнительных радиаторов для охлаждения.
В случае с NVME ситуация не такая позитивная. Компоненты обладают заметным тепловыделением. Особенно ярко это заметно при большой нагрузке на накопитель. Сочетание неудачного расположения разъема на плате в упор к горячей видеокарте, также может добавить поводов для беспокойства. Косвенно на этот нюанс намекают и сами производители. В продаже не встретить SATA-накопители с комплектным радиатором, в то время как NVME часто идут с этим девайсом.
Если же радиатора в комплекте нет, а температура высоковата, определенным выходом станет покупка отдельного радиатора на SSD-накопитель. Также в продаже можно встретить материнские платы с наличием радиатора в комплекте. Энергопотребление наряду с миниатюрным размером является одним из факторов, влияющих на нагрев накопителя. Потребление NVME-устройства может превышать SATA в несколько раз.
Одним из главных аргументов, при подборе комплектующих для домашнего компьютера, выступает цена. Тут нам не требуется каких-то заоблачных мощностей, а приоритет покупки сводится к соотношению цена/надежность. И в этом плане SATA-накопители являются идеальным вариантом. Они уже не так дороги, как несколько лет назад.
Да, говорить о полной замене HDD в качестве хранилища всего, пока рано. Но тенденция к этому есть, медленно и верно идет движение в эту сторону. За счет снижения стоимости памяти, используемой в производстве, мы можем приобрести по доступной цене емкий накопитель, что представить в недалеком прошлом было сложно. NVME-накопители превосходят SATA по производительности в несколько раз, и за эти скорости приходится платить, используем мы их или нет. Причем порой за цену NVME можно купить SATA-устройство с емкостью в два раза больше. Но и тут можно найти свои исключения из правил. Иногда попадаются устройства NVME дешевле SATA, при аналогичной емкости.
Это обусловлено используемым типом памяти и износоустойчивостью конкретных моделей.
Поддержка материнскими платами в 2020 году
В современных реалиях, даже у самых бюджетных плат имеется минимум один комбинированный разъем под оба интерфейса. Беспокоиться о том, что SATA-интерфейс не будет поддерживаться, нет оснований. Да, на рынке уже появляются устройства следующего поколения NVME, с поддержкой PCI-E 4.0. Но, как правило, в типичной компоновке PCI-E 4.0 занимает верхний слот, а нижний отдается под нужды SATA/PCI-E 3.0.
Рассмотрим несколько вариантов реализации слотов на примере новейших чипсетов AMD и Intel — B550 и Z490, соответственно. Asrock B550 Taichi имеет 2 разъема M.2, где верхний поддерживает PCI-E 4.0x4 или PCI-E 3.0x4, а нижний SATA или PCI-E 3.0x4.
В случае с Asus Tuf Z490-Plus Gaming мы видим и вовсе два слота поддерживающих SATA или PCI-E 3.0x4. В зависимости от модели могут возникать некоторые «подводные камни» при установке SSD, в виде отключения портов и т.п. Подробнее эти особенности будут рассмотрены в ближайших темах.
Говоря о дальнейшей перспективе, интерфейс PCI-E выглядит более выигрышным, нежели SATA. Пока будущая модернизация интерфейса SATA туманна, в то время как PCI-E все больше наращивает мощности в плане скорости. Но представить отказ производителей в поддержке SATA M.2, в ближайшие годы невозможно.
| Характеристика | SATA M.2 | PCI-E NVME |
| Скорость загрузки ОС, игр и программ (без специализированных задач) | Немного ниже (разница в пределах погрешности) | Чуть выше (разница в пределах погрешности) |
| Нагрев и энергопотребление | Ниже | Выше |
| Стоимость устройства с равноценным объемом (в общей массе) | Ниже | Выше |
| Поддержка материнскими платами в 2020 году | Хорошая | Отличная (более перспективный интерфейс в будущем) |
Подведем итоги. Несомненно, будущее за NVME накопителями — современный интерфейс и выдающиеся скорости, но эти плюсы нивелируются в текущих реалиях. Операционная система, стандартные программы и игры, банально пока не могут использовать весь потенциал такого типа накопителей.
Огромное преимущество PCI-E-устройства в синтетических тестах скорости над SATA, на практике, превращается в перевес в пару секунд, что можно списать на погрешность. И резонно возникает вопрос, стоит ли платить больше? Очевидно, что нет. Мы можем купить более дешевый и емкий накопитель SATA, который удовлетворит все наши потребности. Рассматривать же покупку NVME-накопителя в домашний ПК стоит в нескольких случаях: у вас уже занят слот с разъемом SATA, разница в цене аналогичных объемов минимальна, вы планируете в будущем использовать ПК для работы. Во всех остальных ситуациях присмотритесь к накопителям с SATA-интерфейсом нужного вам объема.
Читайте также: