M 2 интерфейс что это


скорость передачи данных и прочие особенности

Рад новой встрече с вами, мои уважаемые читатели. Предмет нашей беседы новый разъем M2, не так давно появившийся на материнских платах и соответственно, о устанавливаемых в нее устройствах.

И если раньше данная тема представляла интерес для узкого круга продвинутых пользователей, то сейчас каждый уважающий себя покупатель нового компа или железа к нему обязан владеть этой информацией и учитывать современные компьютерные тенденции.

 

Теперь разъем – не самое слабое звено

Появление нового разъема для производителей материнских плат это серьезное и рискованное решение. Ведь он должен поддерживаться и компаниями, изготавливающими комплектующими.  Кроме того должна быть реальная потребность в таком техническом решении. Поэтому  рассказ о M2 стоит начать с описания причин, подтолкнувших к его разработке.

 

И здесь друзья, все банально и просто. Многие из вас знают, что SSD накопители позволяют существенно ускорить работу ПК, обеспечивая практически моментальный обмен информацией.

Однако на практике их возможности ограничены разъемом SATA, пропускная способность которого 600 Мб/сек. Раньше этого было предостаточно, но современные твердотельные накопители по скорости считывания уже подобрались к 2 Гб/сек. Поэтому возникла острая необходимость ликвидации этого узкого места.

 

M2 – универсальное скоростное соединение для разных модулей

Такое решение было найдено в качестве нового разъема, изначально называвшемся Next Generation Form Factor. В 2013 имя изменили на более простое обозначение M.2. Впервые данный коннектор появился на материнках от Intel с чипсетами H97 и Z97, рассчитанных на процессоры Haswell Refresh. Фактически мир увидел физически и логически совершенно новый разъем, обладающий всеми нужными качествами:

  • Быстрота. У M.2 скорость передачи данных 3,9 Гб/сек. И это не плохой запас, учитывая параметры самых лучших современных накопителей;
  • Универсальность. Кроме SSD, через него можно подключать модули Wi-Fi, Bluetooth, GPS навигации, цифрового радио, устройства для высокоскоростной радиосвязи (NFC, WiGig). Так же посредством M2 отдельные ПК объединяются в глобальную вычислительную сеть Wireless WAN.
  • Компактность. Длина разъема всего 22 мм. Соответственно и модули, подключаемые к нему небольшие по размерам.

Кроме того использование разъема M2 позволяет отказаться от дополнительного подключения к блоку питания. В общем, разработка оказалась универсальной, перспективной и вполне удобной для использования.

 

Будьте внимательны, M2 разъемы бывают разными

Теперь давайте рассмотрим ее детально.

Сначала разберем форм фактор. M2 это 67 контактов расположенных через пол миллиметра. Достаточно ювелирная работа, но зато все компактно и функционально. Каждый из контактов способен выдерживать ток в  0,5 А и нагрузку в 50 В.

Для того, чтобы при подключении ничего не напутать в разъеме предусмотрен ключ – заглушка, отсекающая часть контактов. В M2 возможно две комбинации:

  • В-ключ. Отделено 6 контактов.
  • М-ключ. То же, но с пятью.

На подключаемых устройствах имеется ножевой контакт с выемкой в соответствующем месте. Однако, здесь предусмотрено три варианта: В, М и В+М, где группа контактов имеет два разделителя: с одного края отделены 6 контактов, а с другого 5. Соответственно, выбирая SSD или другое устройство для подключения, следует учитывать тип ключа.

У разъема M2 имеется еще один секрет, касающийся поддерживаемых протоколов. Естественно при его проектировании использовались существующие технологии передачи данных. Поэтому он поддерживает вывод шин USB 3.0, Display Port, I2C, Serial ATA 3.0,  PCI Express 3.0 и других.

Да, все они могут быть реализованы в M2. Но вот что именно поддерживает материнская плата – это всегда нужно уточнять. Вот имеется у вас комп с M2, купили вы SSD с таким разъемом, а он не обнаруживается. Такое может случиться, если диск рассчитан на SATA разъем, а материнка поддерживает накопители через PCI Express 4x.

На этом сюрпризы могут не закончиться. Платы, вставляемые в М.2 разъем, помимо вышеописанных нюансов имеют разные размеры. Как правило, такие модули имеют обозначения 2242, 2260, 2280, где 22 – это их ширина (соответствующая разъему) а вот остальные цифры – длина в мм. Поэтому пренебрежение данной величиной может обернуться тем, что ваш накопитель не поместится в компактный корпус или будет задевать другие компоненты ПК.

 

Итоги

Подводя итог, можно смело заявить о том, что в лице разъема M2 и разработчики создали мощный инструмент реализации всевозможных технических решений, основанных на высокоскоростном обмене информацией.

Пользователям же достанутся более компактные и быстродействующие компьютеры. Не исключаю, что со временем и этот разъем будет видоизменен и усовершенствован (ведь в его работе есть ограничивающие нюансы) но, как бы  там ни было, на сегодня именно его наличие на материнской плате определяет потенциал вашего ПК.

Но как быть если диск на M2 есть а покупка новой материнки не вписывается в ваши бюджетные планы? Выход в этой ситуации есть, и это – простой и дешёвый переходник на USB 3.0.

 

Вот например неплохой вариант: https://ru.aliexpress.com/item/NI5LUSB-3-0-to-M-2-SSD

Или вот: https://ru.aliexpress.com/item/m2-hdd-box

 

На этом я завершаю нашу беседу про разъем M2.

Уверен, что ее «герой» заинтересовал вас и вы сможете насладиться достоинствами его использования.

Желаю всем удачи, прогресса и процветания.

До новых встреч.

 

profi-user.ru

Интерфейс NVMe и разъемы M.2 и U.2

NVM Express  — спецификация на протоколы доступа к твердотельным накопителям (SSD), подключённым по шине PCI Express. «NVM» в названии спецификации обозначает энергонезависимую память, в качестве которой в SSD повсеместно используется флеш-память типа NAND.

 

Интерфейс NVMe – это именно интерфейс. В виде разъемов он может существовать как:

  • PCI-e как диск SSD
  • PCI-e как переходник для разъемов M.2 (как на фото выше)
  • собственно разъем M.2 на материнской плате
  • разъем U.2 на материнской плате

 

NVMe (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification) — логический интерфейс, намного более быстрый чем SATA (фактически замена SATA) и специально разработанный для доступа к твердотельным накопителям через разъемы M.2 (для бытовых ПК) и U.2 (в основном для серверов)

ВАЖНО. NVMe изначально не работает в Windows 7!

Интегрированный NVMe драйвер появился только с версии Windows 8.1 Необходимы апдейты KB2990941, KB3087873, KB2550978  или фирменные драйверы определенных производителей. И да, этих обновлений теперь нет на сайте Microsoft – стимуляция переходить на Windows 10.

Вот тут есть решение https://forums.tomshardware.com/threads/ssd-not-being-detected-in-win-7.3382115/

Установка Windows 7 на NVMe накопитель – нужен админский бубен. Самый простой вариант – устанавливаем на SATA диск, добавляем аптейты (или драйвера от производителя SSD) и клонируем на NVMe диск.

M.2 – ранее известный как Next Generation Form Factor – является более компактной реализацией SATA Express (предоставляет поддержку шин PCI Express 3.0 и SATA 3.0 – т.е. М.2 это название разъема, а не интерфейса), используется для SSD с высокопроизводительным драйвером NVMe, созданным для работы с быстрыми флеш-накопителями.

SSD представляет собой просто плату с микросхемами, которая втыкается в разъем на материнской плате и прижимается винтиком с другой стороны.

ВАЖНО: M.2 – это разъем, а не протокол обмена. Там, внутри может быть как SATA3, так и NVME

U.2 – разъем, он же MINI-SAS – почти. Разъем подозрительно похожий, пусть и с другими цифрами — SFF-8639 вместо SFF-8482. Разъём SFF-8639 обратно совместим с SFF-8482, бэкплейн с разъёмом SFF-8639 при подключении к нему соответствующего контроллера поддерживает подключение накопителей с интерфейсами SATA и SAS.

Каждый разъем U.2 может использовать четыре линии PCI-E 3.0, то есть максимальная скорость передачи может достигать 4 ГБ/с.

Сила линий PCI-E не давала покоя производителям накопителей, однако количество PCI-E слотов на материнских платах (серверных и десктопных) конечно, и занимать все слоты, что есть в 1U корпусе только накопителями просто преступно. Форм-фактор U.2 не занимает слоты расширения, а устанавливается на место обычных накопителей.
Все накопители U.2 поддерживают горячую замену, что также крайне сложно осуществить с PCI-E диском.

Вот такой кабель, для которого есть разъем и на плате и на SSD (в формате “кирпичика”, как и для SATA – не перепутайте)

Конечно, существуют варианты переходников с разъемов PCI-E

Разъемы M.2, U.2 и интерфейс NVMe

И какая разница — M.2 или U.2?

Напомню, что SATA (самый обычный и привычный) имеет максимальную пропускную способность — 6  ГБ/с. С учетом всяких погрешностей и передачи служебных данных — остается около 550-560 МБ/с, а это и есть предел по скорости для современных потребительских накопителей. Поскольку SATA не использует линии PCI-E скорость работы существенно ниже, чем у NVMe.

Вот тут подробнее – читать.

Сравнение скоростей интерфейса NVMe (в зависимости от версии PCI-E) и SATA3

Т.е. если мы хотим быстрый SSD на старых платформах – нужно искать материнскую плату с двумя разъемами PCI-E x16:

  • в один слот видеокарта х16
  • во второй слот переходник PCI-E-M.2 на х8 (и сам диск и переходник)

 

Да, старые БИОС не умеют загружаться с PCI-E, но это можно обойти. Есть такая полезная вещь, как эмулятор EFI, устанавливается на флешку.

И бинго – сначала стартует BIOS, потом загрузка переключается на флешку, флешка эмулирует UEFI, а уже UEFI перебрасывает загрузку на диск PCI-E.

Вот тут можно почитать www.habr.com/ru/company/kaspersky/blog/440252/

 

Еще почитать:

Диски

Дисковые системы внутри ПК. Самые разные: HDD, SSD и  даже RAM-диск. А вот и сам герой - IBM 3340 от 1973 года Да, он помещался в двух шкафчиках высотой около 1 м. Кстати, он был еще и на колёсиках - его можно было перемещать по машинному залу (моби...


AHCI - как включить?

AHCI, как его запустить и настроить Advanced Host Controller Interface (AHCI)  — механизм, используемый для подключения накопителей информации по протоколу Serial ATA, позволяющий пользоваться расширенными функциями, такими, как встроенная очерёднос...

RAM диск

Самое "узкое" место в современном ПК - это диск. Значит, надо подумать, что с диска перенести в область, где это будет работать быстрее. Выход есть - RAM-диск (как его создать ). Быстродействие оперативной памяти примерно на порядок больше, чем S...

Интерфейсы PATA, IDE и SCSI

PATA  - Parallel Advanced Technology Attachment — параллельный интерфейс подключения накопителей, фактически другое название для IDE   ATA  - Advanced Technology Attachment — интерфейс подключения накопителей ATAPI  - Advanced Technology...

Интерфейсы SAS и SATA

SATA и SAS - продолжение развития линеек IDE (desktop) и SCSI (server) формате последовательного протокола, т.е. serial вместо PATA. Хорошо видно похожесть разъемов. И да - диск SATA можно подключить к разъему SAS. Несмотря на разные протоколы...

Массивы RAID

Что такое RAID?             Еще почитать:

Программы для работы с разделами диска

Непростой выбор программы для работы с разделами диска И в чем тут проблема? Полно программ, есть бесплатные версии - выбирай. Ага - как показал опыт, не все программы делают то, что просит от них пользователь... Однако. Что мы хотим от пр...

Разметка диска MBR или GPT

Сначала про разделы на диске MBR и GPT - это не разделы. Это способ образования разделов на диске, тип MBR/GPT относится в целом к диску. Вот хорошая статья на Хабре Изучаем структуры MBR и GPT MBR  (MASTER BOOT RECORD) главная за...

Системный номер раздела диска UUID / GUID / serial number

На чистом диске нет никаких разделов и соответственно нет никаких номеров раздела. В чем отличие UUID от GUID UUID (Universally unique identifier «универсальный уникальный идентификатор») - UUID представляет собой 16-байтный (128-битный) номер. В каноническ...

Функция TRIM

TRIM  (англ. to trim — подрезать) — команда интерфейса ATA, позволяющая операционной системе уведомить твердотельный накопитель о том, какие блоки данных уже не содержатся в файловой системе и могут быть использованы накопителем для физического удаления. ...

comphome.ru

Чем отличаются SSD M.2 NVMe x2 и x4?

В последнее время SSD настолько подешевели, что позволить себе SATA-модель хотя бы на 250 – 500 ГБ может практически каждый. Но если вы покупаете, скажем, терабайтный твердотельный накопитель, чтобы объема хватило с запасом на годы вперед, то имеет смысл немного доплатить за модель с быстрым интерфейсом PCI-Express, более известным под названием M.2 NVMe. Некую путаницу могут вызвать лишь загадочные символы x2 и x4 в названии модели. Что они значат и насколько важны, мы попытаемся объяснить понятным языком.

Линии PCI-Express

Современные твердотельные накопители форм-фактора M.2 по интерфейсу подключения делятся на три вида: SATA, PCI-E x2 и PCI-E x4. Отличаются они не только скоростью передачи данных, но совместимостью (либо наоборот не совместимостью) с различными моделями ноутбуков и материнских плат для настольных ПК. Также SSD M.2 могут отличаться размером, а точнее длиной (4, 6 и 8 см). Рассмотрим же каждый из трех интерфейсов подключения поподробнее.

SATA3 — это обычные медленные SSD (до 560 МБ/с), только выполненные в современном компактном форм-факторе M.2 вместо олдскульного 2.5-дюймового. Совместимы с абсолютно всеми материнскими платами и ноутбуками с разъемом М.2.

NVMe 3.0 x2 — бюджетные высокоскоростные SSD, работающие по шине PCI-E 3.0. Одна линия PCI-E 3.0 имеет теоретическую пропускную способность 8 ГТ/с (гигатранзакций в секунду), что равняется 985 МБ/с. Маркировка x2 подразумевает две линии, то есть скорость до 1970 МБ/с. На практике же скорость как правило немного ниже. Материнские платы прошлых поколений, а также многие современные игровые ноутбуки и ультрабуки имеют именно слот M.2 NVMe x2.

NVMe 3.0 x4 — самые быстрые на данный момент M.2 SSD, задействующие четыре линии PCI-E 3.0 (до 32 ГТ/с или 3940 МБ/с). Использование столь быстрых твердотельных накопитель, порой, накладывает ограничения на другие разъемы материнской платы. Например, может деактивироваться часть слотов PCI-E x1/x4 или SATA.

NVMe 2.0 x4 — работающих по старому протоколу PCI-E 2.0 твердотельных накопителей в продаже уже нет. Зато есть материнские платы Intel LGA1151-v2 на чипсете h410, которые оснащены слотом M.2 PCI-E 2.0 x4 (500 МБ/с на линию). Установленный в такой разъем SSD NVMe 3.0 x2 будет ограничен скоростью 1000 МБ/с, а x4 — 2000 МБ/с.

NVMe 4.0 — уже в ближайшее время в продажу должны поступить первые материнские платы на чипсете AMD X570 с поддержкой четвертого поколения шины PCI-E. По сравнению с предшественницей, ее пропускная способность выросла вдвое — до 16 ГТ/с. Производителям SSD, которые уперлись в потолок скорости PCI-E 3.0, это снова развяжет руки. Анонса твердотелов со скоростью свыше 4000 МБ/с, думается, не придется долго ждать.

Пора переходить от теории к практике: проводить тесты будем на примере одного из самых быстрых на данный момент SSD M.2 — WD Black SN750 (NVMe x4).

 

Очень высокая скорость чтения и записи даже после превышения SLC-массива, трехъядерный контроллер, большой ОЗУ-кеш, 5 лет гарантии, опциональный радиатор.

 

 

Существенных недостатков нет.

 

WD Black SN750 — флагманский твердотельный накопитель формата M.2 NVMe американского бренда. Напомним, что Western Digital, широко известная прежде всего своими HDD, несколько лет назад поглотила компанию SanDisk и начала активно разрабатывать собственные твердотелы. Модель SN750 — это уже вторая итерация Black SSD, которая стала не только быстрее, но еще и дешевле. На выбор предлагается четыре объема: 250 ГБ, 500 ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ.

Построен Black SN750 на фирменном трехъядерном контроллере WD/SanDisk и 64-слойной флеш-памяти SanDisk 3D TLC BICS3 (количество и плотность чипов зависит от объема SSD). Дополнительно предусмотрен чип буферной памяти DDR4, объем которого равняется 256 МБ на каждые 250 ГБ объема SSD (например, 1 ГБ у 1-ТБ модели SSD). Кроме того, доступны две комплектации — безрадиаторная и с пассивным охладителем, спроектированным EKWB, именитым производителем СЖО.

Для терабайтной версии заявлена наивысшая скорость последовательного чтения и записи: 3450 и 3000 МБ/с соответственно. Это автоматически делает WD Black SN750 одним из самых быстрых SSD на рынке. Версии объемом 500 ГБ и 2 ТБ лишь немного уступают по линейным скоростям терабайтной, а вот 250-гиговая уже ощутимо отстает (3100/1600 МБ/с). Впрочем, она все равно опережает большинство конкурентов аналогичного объема.

Как и другие SSD на основе TLC-памяти, Black SN750 при последовательной записи очень крупных файлов (больше 12 ГБ) сбрасывает скорость, но лишь вдвое (до 1500 МБ/с), тогда как многие конкуренты проседают в три – пять раз. Затем диску нужно небольшое время на отдых, чтобы восстановить изначальную скорость. В целом же, WD Black SN750 — один из самых интересных на данный момент твердотельных накопителей M.2 NVMe x4. Приятными бонусами являются 5 лет гарантии, высокий заявленный ресурс перезаписи (600 ТБ для модели на 1 ТБ) и функциональная фирменная утилита WD SSD Dashboard.

Конфигурация тестового стенда

Результаты тестирования

У нашей подопытной материнской платы ASRock B450 Steel Legend имеется сразу два разъема M.2 с поддержкой NVMe 3.0. Правда, только один из них (верхний, его мы и будем использовать) полноскоростной х4 и с металлическим радиатором, тогда как второй — половинной пропускной способности х2 и без охлаждения.

Для тестирования твердотельного накопителя WD Black SN750 использовались следующие бенчмарки: Crystal Disk Mark для замера скорости последовательного чтения и записи, AS SSD Benchmark для измерения времени доступа, Anvil's Storage Utilities для отображения результатов IOPS и AIDA64 Disk Benchmark для проверки виртуального SLC-кеширования.

Так, в Crystal Disk Mark скорость линейного чтения оказалась даже выше заявленной (без малого 3500 МБ/с), а скорость линейного чтения почти точно соотвествует заявленной 3000 МБ/c (недостающие до круглого числа несколько мегабайт в секунду можно смело списать на статистическую погрешность). Дополнительный перетест скорости последовательной записи был проведен в AIDA64 Disk Benchmark и показал снижение скорости записи с 3000 до 1500 МБ/с после превышения объема виртуального SLC-массива.

В свою очередь приложения AS SSD Benchmark и Anvil's Storage Utilities традиционно занижают показатели линейных скоростей по сравнению с CDM. Зато первое показало сверхбыстрое время доступа к файлам на SSD — всего 0,02 мс, а второе — скорость обработки мельчайших файлов аж 168 тысяч IOPS (Input/Output Operations Per Second или количество операций ввода/вывода). Проще говоря, мелкие файлики этот SSD крутит-вертит так же молниеносно быстро, как опытный игрок в наперстки.

Выводы

Финальные сравнительные диаграммы позволяет наглядно оценить скоростные показатели WD Black SN750 с шиной NVMe x4 на фоне твердотельных накопителей других форматов — M.2 SATA и NVMe x2. Преимущество четырех линий PCI-E над двумя и, тем более, над шиной SATA3 является существенным и неоспоримым. Покупать медленный SSD M.2 в 2019 году хоть сколько-нибудь оправдано только по причине устаревшей материнской платы или ноутбука. Если же ваш ПК оснащен слотом NVMe 3.0 x4, то разумнее сделать выбор именно в пользу такого высокоростного накопителя, благо постепенное снижение цен тому способствует. Точно будете довольны!

Популярные SSD накопители от WD

Читайте также:

Одноранговая или двухранговая оперативная память?
Выбираем оптимальную оперативную память для компьютера. ТОП-5 бескомпромиссных игровых ноутбуков с 17-дюймовым дисплеем
Игровые ноутбуки с большим экраном и железом не слабее, чем у настольных компьютеров. Сила X470: ТОП-5 игровых материнских плат для процессоров AMD
Платы, которые лучше всего раскроют способности процессоров Ryzen. Собираемся в поход: перечень необходимого снаряжения
Список из 20 вещей для пешего туриста, как залог хорошего времяпрепровождения на природе. ТОП-5 бюджетных материнских плат на чипсетах AMD
Выбираем основу для крепкой рабочей машины или недорого игрового ПК c чипом Ryzen.

ek.ua

Форм-фактор U.2 — неизбежное будущее / Kingston Technology corporate blog / Habr

Привет, Гиктаймс! Логический интерфейс и форм-фактор. Два понятия столько тесно переплетенных, что путаница возникает с пугающей регулярностью. Подброшу дров в костер инквизиции и расскажу о «условно-новом» форм-факторе U.2 — почти все, что вы хотели знать, но боялись спросить.



Во-первых, U.2 — это физический форм-фактор, и непосредственно на скорость передачи данных он не влияет. Во-вторых, внимательный и опытный айтишник наверняка отметит сходство с SAS дисками — те же 2.5 дюйма, та же толщина — 15 мм. Да и разъем подозрительно похожий, пусть и с другими цифрами — SFF-8639 вместо SFF-8482.

Каждый разъем U.2 может использовать четыре линии PCI-E 3.0, то есть максимальная скорость передачи может достигать 4 ГБ/с.

Внимание, вопрос. А зачем придумывать что-то новое, когда все это уже существует и называется SAS? Тут в силу вступают иные буквы — NVMe (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification) — логический интерфейс, намного более быстрый чем SATA и специально разработанный для доступа к твердотельным накопителям.

Сила линий PCI-E не давала покоя производителям накопителей, однако количество PCI-E слотов на материнских платах (серверных и десктопных) конечно, и занимать все слоты, что есть в 1U корпусе только накопителями просто преступно. Форм-фактор U.2 не занимает слоты расширения, а устанавливается на место обычных накопителей.
Все накопители U.2 поддерживают горячую замену, что также крайне сложно осуществить с PCI-E диском.

Возможности построения СХД просто заоблачной скорости восхищают — представьте себе — компания SuperMicro изготовила шасси 2U для 48 NVMe дисков форм-фактора U.2.

А зачем же все это обычным людям? И какая разница — M.2 или U.2?

Напомню, что SATA (самый обычный и привычный) имеет максимальную пропускную способность — 600 МБ/с. С учетом всяких погрешностей и передачи служебных данных — остается около 550-560 МБ/с, а это и есть предел по скорости для современных потребительских накопителей. Поскольку SATA не использует линии PCI-E скорость работы существенно ниже, чем у NVMe.

Зажиточные энтузиасты скажут, а линии-то нерезиновые, у нас Титаны все скушали! И будут правы, но отчасти. Линии для графических карт и линии для устройств хранения разделены и поэтому даже самая многоядерная графическая конфигурация не пострадает от подключения U.2 SSD диска.

Многие производители материнских плат даже в комплект к топовым продуктам стали складывать переходники с M.2 на U.2 — чтобы можно было подключить супербыстрые новые диски даже, если на плате нет разъема.

Кстати, помните SATA-Express? C ним скорее всего придется расстаться. Вдвое меньшая пропускная способность, полное отсутствие накопителей с таким интерфейсом на рынке. Выбор производителей сделан в пользу M.2 и U.2, именно за таким форм-факторами будущее твердотельных накопителей.

Спасибо за внимание и оставайтесь с Kingston на Гиктаймс!
Отправляем лучи добра и всяческий респект читателям и вновь подкрепляем его раздачей зверски крутого железа Kingston! В конце октября мы вручим подписчикам нашего блога 3 крутых комплекта оперативной памяти:

— DDR4 Fury — HX426C15FBK2/16
— DDR4 Savage — HX428C14SBK2/16
— Новоиспеченный DDR4 Predator — HX433C16PB3K2/16

Подписывайтесь, возможно, именно вам улыбнется удача ;)

А чтобы никто не ушёл обиженным, мы дарим скидку в размере 12% на все доступные модели DDR4 Predator в сети Юлмарт. Вооружайтесь промо кодом GEEKPR16 и успейте купить высокоскоростную память до 31 декабря 2016 года.

Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.

habr.com

NVMe-накопители в разных режимах работы интерфейса PCI Express:

Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 — просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель — хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).

Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы — или все-таки на практике можно поступиться принципами? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься... А пока вкратце ознакомимся с теорией.

PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность

Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка—точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).

Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко — и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении — лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию — в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки — от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме — RAID-контроллеры или SSD.

Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед — интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась — теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто... не нужна. А где нужна — работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 — это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть — много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.

Методика тестирования

Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий — сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом — есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.

Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X — родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c)). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения — нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй — PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.

В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.

В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ. Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет — результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.

Результаты тестов

Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев — в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы :) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 — это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 — вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 — еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.

Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет: максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1. Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый — разве что не вреден.

А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд — принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер — плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти — она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме :)

На записи положение дел принципиально не изменилось — во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться...

При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма — наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики — дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.

Итого

Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным — по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.

Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то — за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки — как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.

В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности — лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 — и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 — даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.

В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза — теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы — их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.

www.ixbt.com


Смотрите также



© 2010- GutenBlog.ru Карта сайта, XML.