Qu’est-ce que l’emplacement d’extension M.2 et comment puis-je l’utiliser?

La transition de mSATA, mPCie vers M.2 et le début de M.2

Lors de l’observation de la conception de divers appareils à petit facteur de forme, il existe diverses interfaces telles que les interfaces mSATA, mPCIe et, plus récemment, M.2. Ces termes d’interface sont liés aux technologies qui permettent les E/S et le transfert de données au sein de l’architecture matérielle des ordinateurs. Cependant, de nos jours, la tendance des interfaces à petit facteur de forme est passée de l’interface mSATA et mPCIe à l’interface M.2, et elle évolue rapidement pour répondre aux demandes de traitement plus rapide. Par conséquent, pour faire face au développement d’interfaces informatiques robustes et compactes, il est essentiel de comprendre la transition de chaque interface et ce qui les différencie en termes d’avantages.

Afin de répondre aux demandes d’appareils plus petits et plus compacts, mini-SATA ou mSATA a été le premier développement pour réduire l’interface de bus périphérique pour les ordinateurs. Le mSATA actuel est la version réduite de SATA (Serial Advanced Technology Attachment), ils utilisent donc tous les deux le protocole SATA comme interface de communication logique. Les facteurs de forme des cartes Mini SATA sont disponibles en 30 x 50,95 mm pleine taille et 30 x 26,8 mm en demi-taille, beaucoup plus petits que les disques SATA 2,5 pouces. Les petits facteurs de forme des cartes mSATA en font un bon choix pour l’expansion du stockage SATA sur des systèmes à espace restreint tels que les ordinateurs embarqués, les passerelles IoT et les panneaux industriels. Avec le protocole SATA 3.0, l’interface mSATA peut atteindre 6 Gb/s de taux de transfert en termes de performances, ce qui fait de mSATA un bon choix pour un stockage compact et abordable.

Pendant un certain temps, mSATA était le mini-bus d’extension populaire jusqu’à ce que mPCIe avec PCIe 3.0 soit introduit comme alternative d’interface à petit facteur de forme. Mini PCIe ou mPCIe est la version miniaturisée de l’interface PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) qui utilise les voies PCIe dans l’architecture informatique. La similitude entre mPCIe et mSATA est qu’ils ont tous deux le même facteur de forme pour leurs cartes et leurs emplacements, ce qui peut être déroutant lorsque l’on compare les deux côte à côte. Cependant, mPCIe utilise une voie PCI Express et des signaux USB 2.0. En tirant parti de la voie PCIe 3.0, mPCIe est plus rapide que mSATA, avec un taux de transfert pouvant atteindre 8 Gb/s, offrant des avantages de performances supplémentaires.

De plus, avec les signaux PCIe et USB 2.0, mPCIe dispose d’un large éventail d’applications, plus qu’un simple bus d’extension de stockage comme mSATA. Initialement conçu pour les cartes graphiques et autres périphériques tels que le WiFi, le Bluetooth, les cartes SIM et l’extension d’E/S, mPCIe peut également prendre en charge l’extension de stockage. C’est pourquoi vous pouvez trouver différentes cartes mPCIe dans différents appareils à petit facteur de forme.

Malgré la prédominance des interfaces mSATA et mPCIe dans les appareils à petit facteur de forme, l’interface M.2 remplace rapidement ces interfaces héritées. Le matériel moderne, compact et robuste d’aujourd’hui implique souvent diverses technologies haut de gamme telles que l’IA (intelligence artificielle) ou le traitement en temps réel. Ces technologies haut de gamme nécessitent une faible latence et des solutions fiables pour garantir le bon fonctionnement de leurs applications critiques. En conséquence, de nombreux nouveaux produits intègrent aujourd’hui le facteur de forme M.2 comme interface de bus informatique compacte et puissante. M.2 est le successeur de l’interface mSATA et mPCIe en termes de facteurs de forme de nouvelle génération. L’interface M.2 utilise plusieurs technologies, notamment x2 à x4 PCIe 3.0 Lanes, NVMe (mémoire non volatile express), le protocole SATA et le signal USB 3.0. En utilisant le protocole NVMe avec x4 PCIe Lanes, les périphériques M.2 sont incroyablement rapides par rapport aux périphériques mPCIe et mSATA. (supprimer)

Les normes mSATA et mPCIe deviennent rapidement des technologies héritées avec m.2 en remplacement. Aujourd’hui, l’interface m.2 est à la pointe de l’évolution des technologies informatiques compactes, puissantes et extrêmement rapides vers la prochaine génération. Par conséquent, plus loin dans ce blog, nous vous fournirons un aperçu complet pour reconnaître le potentiel de l’emplacement M.2, des technologies M.2 et des périphériques M.2 dans les technologies de matériel informatique.

Qu’est-ce que le connecteur d’extension M.2 ?

L’emplacement d’extension M.2 est la spécification des cartes d’extension internes intégrées sur une carte mère. Intel a introduit le slot M.2 pour la première fois en 2012 en tant que facteur de forme de nouvelle génération ou NGFF. Le facteur de forme M.2 est idéal pour de nombreuses applications, des cartes sans fil de base aux accélérateurs d’IA complexes. De plus, les sockets M.2 sont beaucoup plus rapides que mSATA, grâce à leur capacité à utiliser des voies PCI Express complètes. Les emplacements M.2 de la carte mère peuvent utiliser deux à quatre voies PCIe, le PCIe 4.0 ayant un taux de transfert de 16 Gb/s sur chaque voie rend le M.2 incroyablement rapide. En conséquence, les périphériques M.2 sont des centaines de fois plus rapides que les périphériques mSATA.

De plus, les interfaces de bus M.2, les interfaces logiques et les options de périphérique sont beaucoup plus flexibles que mSATA :

1. L’interface de bus M. 2 prend en charge les voies PCIe, SATA et USB.
2. L’interface logique M. 2 prend en charge les interfaces NVMe et SATA pour la compatibilité des technologies modernes et héritées.
3. Les appareils M. 2 ont diverses applications telles que les disques SSD, les cartes de connexion sans fil, les cartes d’extension d’E/S et les cartes d’accélération des performances.

Quels sont les avantages du M.2 ?

• Module super compact – Les plus petits appareils M.2 sont 18 % plus petits que les plus petits appareils mPCIe.

• Mesures flexibles – certains ports M.2 sur une carte mère prennent en charge plusieurs longueurs de cartes M.2.

• Efficacité énergétique – Les consommations électriques M.2 sont limitées à 7 watts (W).

• Les périphériques M.2 sont beaucoup plus rapides que les périphériques SATA – environ 50 % à 650 % plus rapides.

• Spécification ultra-rapide : protocole NVMe et PCIe 4.0 avec jusqu’à 4 voies (16 Gb/s sur chaque voie)

Logements d’extension M.2 | Facteurs de forme et clé expliqués

L’interface M.2 est polyvalente et prend en charge diverses cartes M.2 avec différents facteurs de forme et types de socket. Ici, nous expliquerons une grande variété de facteurs de forme M.2 et le type spécifique de clés pour vous aider à choisir la spécification correcte de vos appareils M.2 et des emplacements M.2 sur vos cartes mères.

M.2 Keying expliqué

Il est important de noter que tous les ports M.2 ne sont pas identiques. Lorsque vous choisissez des périphériques M.2 ou des ports M.2 sur une carte mère, vous devez faire attention aux spécifications de la clé identifiées sur la carte mère. Les clés M.2 sont les types de connecteurs de bord qui différencient les connecteurs M.2. L’emplacement et l’appareil doivent avoir la même clé pour être compatibles. Voici quelques-uns des types de clés M.2 les plus courants (B, M, B+M, A, E, A+E) :

• Clé B : a un espace de six broches sur le côté gauche de la carte, et le côté droit est le contrôleur hôte.

• Utilisation courante de la clé B : SATA, PCIe x2 et SSD.

• Prise en charge des interfaces B Key : PCIe x2, SATA, USB 2.0/3.0, UIM, HSIC, SSIC, I2C et SMBus.

• Clé M : a un espace de cinq broches sur le côté droit de la carte, et le côté gauche est le contrôleur hôte.

• Utilisation courante de la clé M : SSD PCIex4 et NVMe.

• Prise en charge des interfaces M Key : PCIe x4, SATA et SMBus.

Clé B+M : combinaison de la clé B et de la clé M avec un espace de 6 broches à gauche, un espace de 5 broches sur le côté droit de la carte et le centre est le contrôleur hôte. La clé B + M est compatible avec les emplacements de clé B et de clé M sur l’interface M.2 de la carte mère.

• Une clé : a un espace de 4 broches sur le côté gauche de la carte, et le côté droit est le contrôleur hôte.

• Une utilisation commune clé : modules WiFi, Bluetooth et cellulaires.

• Prise en charge des principales interfaces : 2x PCIe x 1, USB 2.0, I2C et Display Port (DP) x4.

• Clé E : a un espace de 12 broches sur le côté gauche de la carte, et le côté droit est le contrôleur hôte.

• Utilisation courante de la clé E : modules Wi-Fi, Bluetooth et cellulaires.

• Prise en charge des interfaces E Kay : 2x PCI x1, USB 2.0, I2C, SDIO, UAT, PCM et CNVi.

Clé A + E : combinaison de la clé A et de la clé E avec 4 broches et 12 broches sur le côté gauche de la carte, et le côté droit est le contrôleur hôte. La clé A + E est compatible avec les emplacements de clé A et E sur l’interface M.2 de la carte mère.

La plupart des cartes d’extension M.2 ont une largeur de 22 mm, avec plusieurs options de longueur de 30, 42, 60, 80 et 110 mm de long. En outre, il existe d’autres variétés de largeur et de longueur M.2, telles que des modules de 12, 15 et 30 mm de large et des modules de 12, 26 et 38 mm de long pour les facteurs de forme plus petits. La méthode de codage de taille des appareils M.2 combine la largeur et la longueur d’un module particulier. Par exemple, le code module “2260” signifie que la carte M.2 mesure 22 mm de large et 60 mm de long. De plus, vous voulez vous assurer que l’emplacement d’extension M.2 de votre carte mère est compatible avec la taille et la clé de votre module M.2. Pour l’évolutivité, certaines cartes mères prennent en charge les connecteurs d’extension M.2 avec plusieurs options de longueur en fournissant différentes positions pour la vis de montage.

M.2 simple face et double face

Les modules M.2 ont plusieurs niveaux d’épaisseur avec des modules simple face et double face. Les modules M.2 unilatéraux permettent à l’appareil d’être plus compact pour les applications à espace restreint. D’autre part, les modules M.2 double face permettent à plus de puces de s’insérer dans le PCB M.2 (carte de circuit imprimé en plastique) augmentant la capacité globale pour le type de module m.2. Il est important de noter que les deux côtés de l’épaisseur des modules M.2 ne peuvent pas dépasser 1,5 mm pour chaque côté, et l’épaisseur du PCB est de 0,8 mm ± 10 %.

Comment installer des modules M.2 sur votre carte mère ?

Pour installer avec succès vos modules M.2 sur votre carte mère, vous devez vous assurer que le facteur de forme du module M.2 correspond aux spécifications du socket M.2 de la carte mère. Par exemple, un module M.2 avec un code de spécification “2240 Key E” nécessite que la même clé sur la carte mère ait un port Key E M.2 de 22 mm de large et 40 mm de long. Lorsque le module et la carte mère ont la même compatibilité m.2, vous pouvez retirer le boîtier de votre système pour accéder à la carte mère avec prise M.2 et insérer la carte à un angle de 30 degrés. Après avoir inséré la carte dans le socket, appuyez sur la carte parallèlement à la carte mère, puis vissez l’espace en demi-cercle à l’extrémité de la carte pour fixer le module sur la carte mère. Si chaque étape est effectuée correctement, votre système devrait être prêt pour le démarrage avec votre module m.2 désigné.

M.2 Technologies | Interface de signal et protocole de stockage

Intel a développé l’interface M.2 pour qu’elle soit extrêmement flexible et puissante pour un large éventail d’applications. M.2 prend en charge plusieurs interfaces de signal telles que PCI Express (PCIe 3.0 et 4.0), Serial ATA (SATA 3.0) et USB 3.0. De plus, une variété d’interfaces de bus permettent aux connecteurs d’extension M.2 d’être très flexibles pour différentes applications telles que les applications de stockage, les accélérateurs de performances, la connectivité sans fil et les modules d’extension d’E/S.

De plus, M.2 prend en charge les protocoles de stockage SATA (AHCI) et NVMe, offrant une compatibilité héritée et moderne. SATA est une norme héritée qui utilise AHCI ou Advanced Host Controller Interface comme protocole de stockage initialement défini par Intel pour optimiser la manipulation des données sur des disques métalliques en rotation dans un stockage HDD (disque dur). En revanche, NVMe ou Non-Volatile Memory Express a été créé pour tirer pleinement parti du stockage sur puce flash (puce NAND) et de la voie PCI Express pour un stockage SSD (disque à semi-conducteurs) ultra-rapide.

Quelles applications peuvent utiliser M.2 ?

Avec la polyvalence de l’interface M.2 grâce à sa prise en charge de plusieurs interfaces de signal et protocoles de stockage, il existe un large éventail d’applications qui peuvent bénéficier des connecteurs d’extension M.2. Les applications qui implémentent le facteur de forme M.2 évoluent constamment, des modules de connectivité, des solutions de stockage aux accélérateurs de performances. Surtout avec de plus en plus d’appareils nécessitant des solutions compactes, le facteur de forme m.2 est idéal pour répondre à une variété d’applications dans les charges de travail des entreprises et des consommateurs.

You can expand your system’s wireless and wired connectivity with M.2 expansion ports. There are a lot of wireless cards and I/O expansion modules available in an M.2 form factor. These M.2 cards provide connection expandability in a compact form factor. Here are some of the M.2 connectivity modules you can get today:

• M.2 WIFI Card (up to WiFi 6 802.11ax)
• M.2 Bluetooth Card (up to Bluetooth 5.0)
• Sim Card Module (4G LTE and 5G modules)
• I/O expansion modules: COM, LAN, USB, etc.

Solutions de stockage SSD M.2

Il existe divers SSD M.2 disponibles avec différentes tailles et spécifications. Du point de vue de la taille, les SSD M.2 offraient différents facteurs de forme M.2 en fonction de leur capacité de stockage. Une règle de base rapide est que plus la capacité de stockage est grande, plus ils ont besoin de puces de stockage flash NAND, ce qui conduit à une plus grande taille ou longueur de SSD M.2 mentionnée précédemment. D’autre part, du point de vue de la spécification, vous pouvez obtenir des SSD M.2 avec une interface SATA ou des SSD à interface NVMe.

La principale différence entre les SSD M.2 SATA et les SSD M.2 PCIe NVMe est la vitesse. L’interface SATA a un goulot d’étranglement de vitesse à un taux de transfert de 6 Gb/s par rapport à la voie PCIe 4.0 avec un taux de transfert de 16 Gb/s pour chaque voie. De plus, l’interface M.2 est capable d’utiliser x2 ou jusqu’à x4 voies PCIe pour des SSD hautes performances et à faible latence. Les SSD M.2 peuvent transférer des données de 50 % à environ 650 % plus rapidement que les SSD SATA. Lorsque l’on compare la vitesse de lecture et d’écriture de ces deux SSD M.2, les SSD SATA 6 Gb/s ont une vitesse de lecture et d’écriture de 550 Mo/s par rapport aux SSD M.2 PCIe NVMe ultra rapides avec 3 500 Gb/s et 2 450 Gb/s théoriques. vitesse de lecture et d’écriture. Voici quelques spécifications des SSD M.2 que vous pouvez obtenir aujourd’hui :

• SSD M.2 SATA (protocole AHCI) – vitesse de lecture et d’écriture de 500 Mo/s

• SSD M.2 PCIe (protocole AHCI) : vitesse de lecture et d’écriture de 2 Gb/s et 1,5 Gb/s

• SSD M.2 PCIe NVMe : vitesse de lecture et d’écriture de 3,5 Go/s et 2,45 Go/s

Remarque importante : les SSD NVMe sont extrêmement rapides. Vous souhaitez obtenir les SSD M.2 les plus rapides, choisissez les SSD M.2 avec clés M car ils prennent en charge les voies PCIe x4 qui optimisent pleinement la vitesse de vos SSD.

M.2 Accélérateurs de performances

Outre les modules d’extension de connectivité et de stockage, les accélérateurs de performances ont rapidement adopté le facteur de forme M.2 pour bénéficier de son interface compacte et puissante. Ces accélérateurs de performances comprennent des accélérateurs de mémoire, des accélérateurs d’IA (intelligence artificielle), des accélérateurs d’apprentissage en profondeur, des accélérateurs d’inférence, etc. Voici quelques-uns des meilleurs accélérateurs de performances M.2 que vous pouvez obtenir aujourd’hui :

1. M.2 Intel Optane Memory - Stockage de cache accéléré développé par Intel au format M.2. Il accélère le cache d’un autre lecteur pour permettre un calcul à grande vitesse.
2. M.2 VPU - Movidius VPU (Vision Processing Unit) d’Intel, développé pour améliorer l’apprentissage automatique et l’inférence pour la vision par ordinateur de pointe qui nécessitent des technologies robustes et compactes.
3. M.2 TPU – Tensor Processing Unit, développé par Google pour accélérer la formation sur des modèles de réseaux neuronaux vastes et complexes. Un accélérateur AI très puissant et économe en énergie dans un format M.2 compact.

Cela étant dit, la vitesse incroyable, les facteurs de forme compacts et la grande flexibilité de l’interface M.2 ont ouvert une vaste opportunité pour une myriade de solutions informatiques, des solutions simples aux solutions informatiques plus avancées et complexes telles que l’IA, la blockchain et Technologie 5G. Il est passionnant de voir comment le facteur de forme de nouvelle génération ou les technologies M.2, PCI Express 4.0 et NVMe mèneront l’avancement de solutions compactes et robustes dans le calcul de qualité industrielle.