M.2
Estándar para tarjetas de expansión de computadoras en miniatura

M.2
Una unidad de estado sólido (SSD) M.2 2280, de 22 mm de ancho y 80 mm de largo
Se conecta aPlaca base  a través de uno de:
Fabricantes comunesIntel
Phison
Realtek
Samsung
Silicon Motion
SK Hynix
Empresa de diseñoPCI-SIG
Introducido1 de noviembre de 2013 ; hace 11 años ( 01-11-2013 )
Dimensiones
  • 22 mm × 30 mm
  • 22 mm × 42 mm
  • 22 mm × 60 mm
  • 22 mm × 80 mm
  • 22 mm × 110 mm
Comparación de tamaño de un SSD mSATA (izquierda) y un SSD M.2 2242 (derecha)

M.2 , pronunciado m punto dos [1] y anteriormente conocido como Next Generation Form Factor ( NGFF ), es una especificación para tarjetas de expansión de computadora montadas internamente y conectores asociados. M.2 reemplaza el estándar Mini SATA ( mSATA ) y el estándar Mini PCIe ( mPCIe ) (de ahí el nombre corto de M punto 2 de ser Mini SATA 2). Al emplear una especificación física más flexible, M.2 permite diferentes anchos y longitudes de módulo, lo que, junto con la disponibilidad de características de interfaz más avanzadas , hace que M.2 sea más adecuado que mSATA en general para aplicaciones de almacenamiento de estado sólido , particularmente en dispositivos más pequeños como ultrabooks y tabletas . [2] [3] [4]

Las interfaces de bus de computadora proporcionadas a través del conector M.2 son PCI Express x4 (hasta cuatro carriles ), Serial ATA 3.0 y USB 3.0 (un solo puerto lógico para cada uno de los dos últimos). Depende del fabricante del host o módulo M.2 seleccionar qué interfaces se admitirán, según el nivel deseado de compatibilidad del host y el tipo de módulo. Las diferentes muescas de codificación del conector M.2 denotan varios propósitos y capacidades tanto de los hosts como de los módulos M.2, y también evitan que los módulos M.2 se inserten en conectores de host incompatibles. [2] [3] [5]

La especificación M.2 admite NVM Express (NVMe) como interfaz de dispositivo lógico para SSD M.2 PCI Express , además de admitir la interfaz de controlador de host avanzado (AHCI) heredada en el nivel de interfaz lógica. Si bien la compatibilidad con AHCI garantiza la compatibilidad con versiones anteriores a nivel de software con dispositivos SATA heredados y sistemas operativos heredados , NVM Express está diseñado para aprovechar al máximo la capacidad de los dispositivos de almacenamiento PCI Express de alta velocidad para realizar muchas operaciones de E/S en paralelo . [2] : 14  [6]

Características

Una descripción general de alto nivel de la arquitectura del software SATA Express , que también se aplica a M.2. [2] : 14  Admite dispositivos de almacenamiento SATA y PCI Express heredados, con AHCI y NVMe como interfaces de dispositivos lógicos. [6] : 4 

Los módulos M.2 pueden integrar múltiples funciones, incluidas las siguientes clases de dispositivos: Wi-Fi , Bluetooth , navegación por satélite , comunicación de campo cercano (NFC), radio digital , WiGig , WAN inalámbrica (WWAN) y unidades de estado sólido (SSD). [7] La ​​especificación SATA revisión 3.2 , en su revisión de oro a partir de agosto de 2013 [actualizar], estandariza M.2 como un nuevo formato para dispositivos de almacenamiento y especifica su diseño de hardware. [2] : 12  [8] Los buses expuestos a través del conector M.2 incluyen PCI Express (PCIe) 3.0 y más nuevos, Serial ATA (SATA) 3.0 y USB  3.0; todos estos estándares son compatibles con versiones anteriores .

La especificación M.2 proporciona hasta cuatro líneas PCI Express y un puerto lógico SATA 3.0 (6 Gbit/s), y los expone a través del mismo conector, de modo que tanto los dispositivos de almacenamiento PCI Express como SATA pueden existir en forma de módulos M.2. Las líneas PCI Express expuestas proporcionan una conexión PCI Express pura entre el host y el dispositivo de almacenamiento, sin capas adicionales de abstracción de bus . [9] La especificación PCI-SIG M.2, en su revisión 1.0 a diciembre de 2013 [actualizar], proporciona especificaciones M.2 detalladas. [2] : 12  [10]

Interfaces de almacenamiento

Hay tres opciones disponibles para las interfaces de dispositivos lógicos y los conjuntos de comandos utilizados para interactuar con dispositivos de almacenamiento M.2, que se pueden usar según el tipo de dispositivo de almacenamiento M.2 y la compatibilidad del sistema operativo disponible : [2] : 14  [6] [9]

SATA heredado
Se utiliza para SSD SATA y se conecta a través del controlador AHCI y el puerto SATA 3.0 (6 Gbit/s) heredado expuesto a través del conector M.2.
PCI Express con AHCI
Se utiliza para SSD PCI Express y se conecta a través del controlador AHCI y proporciona líneas PCI Express, lo que proporciona compatibilidad con versiones anteriores con soporte SATA generalizado en sistemas operativos a costa de un menor rendimiento. AHCI se desarrolló cuando el propósito de un adaptador de bus host (HBA) en un sistema era conectar el subsistema de CPU/memoria con un subsistema de almacenamiento mucho más lento basado en medios magnéticos giratorios ; como resultado, AHCI tiene algunas ineficiencias inherentes cuando se aplica a dispositivos SSD, que se comportan mucho más como RAM que como medios giratorios.
PCI Express con NVMe
Se utiliza para SSD PCI Express e interconectado a través del controlador NVMe y los carriles PCI Express proporcionados, como una interfaz de controlador de host escalable y de alto rendimiento diseñada y optimizada especialmente para interactuar con SSD PCI Express. NVMe se ha diseñado desde cero, aprovechando la baja latencia y el paralelismo mejorado de los SSD PCI Express, y complementando el paralelismo de las CPU , plataformas y aplicaciones contemporáneas. En un nivel alto, las principales ventajas de NVMe sobre AHCI se relacionan con la capacidad de NVMe de explotar el paralelismo en el hardware y software del host, en función de sus ventajas de diseño que incluyen transferencias de datos con menos etapas, mayor profundidad de colas de comandos y procesamiento de interrupciones más eficiente .

Factores de forma y codificación

Muescas de codificación M.2 en las posiciones B y M; también es visible el desplazamiento de los pines en diferentes lados de un módulo M.2. [11]
Un SSD M.2 2230 de 22 mm de ancho y 30 mm de largo, con la llave en la posición M y con una tarjeta microSD en la parte superior para medir la escala. El chip grande del módulo M.2 es un SSD de un solo chip que cumple con el formato de matriz de rejilla de bolas (BGA) M.2 1620.
Ejemplos de tamaños de SSD M.2. Los dos primeros dígitos del número de tamaño son el ancho y los dígitos restantes la longitud en milímetros; un SSD M.2 de tamaño 2242 mide 22 mm x 42 mm. Es posible que las ranuras M.2 en las placas base y otros dispositivos no admitan todos los tamaños de SSD. [12]

El estándar M.2 se basa en el estándar mSATA , que utiliza el formato y el conector de la tarjeta mini PCI Express (Mini PCIe) existentes. M.2 agrega la posibilidad de placas de circuito impreso (PCB) más grandes, lo que permite módulos más largos y una población de componentes de doble cara. En consecuencia, los módulos SSD M.2 pueden proporcionar el doble de capacidad de almacenamiento dentro del espacio ocupado por un dispositivo mSATA. [2] : 20, 22–23  [4] [13]

Los módulos M.2 son rectangulares, con un conector de borde en un lado y un orificio de montaje semicircular en el centro del borde opuesto. El conector de borde tiene 75 posiciones con hasta 67 pines, empleando un paso de 0,5 mm y desplazando los pines en lados opuestos de la PCB entre sí. Cada pin del conector está clasificado para hasta 50  V y 0,5  A , mientras que el conector en sí está especificado para soportar 60 ciclos de acoplamiento. [14] : 6  Sin embargo, muchas ranuras M.2 (Socket 1, 2 y 3) que se encuentran en las placas base solo proporcionan hasta 3,3 V de potencia. [15] [16] [17]

El estándar M.2 permite módulos con anchos de 12, 16, 22 y 30 mm, y longitudes de 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 y 110 mm. La gama inicial de tarjetas de expansión M.2 disponibles comercialmente tiene un ancho de 22 mm, con longitudes variables de 30, 42, 60, 80 y 110 mm. [3] [5] [14] [18] Los códigos para los tamaños de módulos M.2 contienen tanto el ancho como la longitud de un módulo en particular; por ejemplo, "2242" como código de módulo significa que el módulo tiene 22 mm de ancho y 42 mm de largo, mientras que "2280" denota un módulo de 22 mm de ancho y 80 mm de largo.

Un módulo M.2 se instala en un conector de acoplamiento provisto por la placa de circuitos del host, y un solo tornillo de montaje asegura el módulo en su lugar. Los componentes se pueden montar en cualquier lado del módulo, y el tipo de módulo real limita el grosor de los componentes; el grosor máximo permitido de los componentes es de 1,5 mm por lado y el grosor de la PCB es de 0,8 mm ± 10 % . [10] Se utilizan diferentes conectores del lado del host para módulos M.2 de una y dos caras, lo que proporciona diferentes cantidades de espacio entre la tarjeta de expansión M.2 y la PCB del host. [4] [5] [14] Las placas de circuitos de los host suelen estar diseñadas para aceptar múltiples longitudes de módulos M.2, lo que significa que los zócalos capaces de aceptar módulos M.2 más largos normalmente también aceptan módulos más cortos al proporcionar diferentes posiciones para el tornillo de montaje. [19] [20]

Codificación del módulo M.2 e interfaces proporcionadas [5] : 8  [14] : 3  [21] [22] [23]

Identificación de clave		Pasadores con
muescas		Interfaces proporcionadasDimensionesUsos
A (Enchufe 1)8–152 PCIe ×  1, USB 2.0, I2C y DP ×  41630, 2230, 3030Wi-Fi , WWAN , GPS , Bluetooth , NFC
B (Enchufe 2)12–19SATA , PCIe ×2, USB 2.0 y 3.0, audio, UIM , HSIC , SSIC , I 2 C y SMBus2230, 2242, 2260, 2280, 22100Unidad de estado sólido
do16–23Reservado para uso futuro
D20–27
E (Enchufe 1)24–312 PCIe ×1, USB 2.0 , I2C , SDIO , UART , PCM y CNVi1630, 2230, 3030Wi-Fi , WWAN , GPS , Bluetooth , NFC
A+E (Enchufe 1)8–15 y 24–312 PCIe ×1, USB 2.0 y CNVi1630, 2230, 3030Wi-Fi , WWAN , GPS , Bluetooth , NFC
F28–35Interfaz de memoria futura (FMI)
GRAMO39–46Reservado para uso personalizado (no utilizado en la especificación M.2)
yo43–50Reservado para uso futuro
Yo47–54
K51–58
yo55–62
M (enchufe 3)59–66SATA, PCIe ×4 y SMBus2230, 2242, 2260, 2280, 22100Unidad de estado sólido
B+M (enchufe 2)12-19 y 59-66SATA, PCIe ×2 y SMBus2230, 2242, 2260, 2280, 22100Unidad de estado sólido
Espesor máximo de los componentes en módulos M.2 [5] : 8  [14] : 3 

Identificación del tipo
Lado superior
Lado inferior
S11,20 milímetros—
S21,35 mm—
S31,50 milímetros—
D11,20 milímetros1,35 mm
D21,35 mm1,35 mm
D31,50 milímetros1,35 mm
D41,50 milímetros0,70 milímetros
D51,50 milímetros1,50 milímetros
Un zócalo M.2 en una placa base , visible en la parte superior izquierda de la imagen. El zócalo está marcado en la posición M y ofrece dos posiciones para el tornillo de montaje, aceptando módulos M.2 de tamaño 2260 y 2280.

La PCB de un módulo M.2 proporciona un conector de borde de 75 posiciones; según el tipo de módulo, se eliminan ciertas posiciones de pines para presentar una o más muescas de codificación. Los conectores M.2 del lado del host (sockets) pueden ocupar una o más posiciones de codificación de acoplamiento, lo que determina el tipo de módulos aceptados por el host; a partir de abril de 2014 [actualizar], los conectores del lado del host están disponibles con solo una posición de codificación de acoplamiento ocupada (B o M). [5] [14] [11] Además, los sockets M.2 codificados para SATA o dos líneas PCI Express (PCIe ×2) se conocen como "configuración de socket 2" o "socket 2", mientras que los sockets codificados para cuatro líneas PCI Express (PCIe ×4) se conocen como "configuración de socket 3" o "socket 3". [2] : 15  [24]

Por ejemplo, los módulos M.2 con dos muescas en las posiciones B y M utilizan hasta dos líneas PCI Express y proporcionan una compatibilidad más amplia al mismo tiempo, mientras que los módulos M.2 con una sola muesca en la posición M utilizan hasta cuatro líneas PCI Express; ambos ejemplos también pueden proporcionar dispositivos de almacenamiento SATA. Se aplica una codificación similar a los módulos M.2 que utilizan la conectividad USB 3.0 proporcionada. [5] [11] [25]

Los distintos tipos de módulos M.2 se designan mediante los esquemas de denominación "WWLL-HH-KK" o "WWLL-HH-K", en los que "WW" y "LL" especifican el ancho y la longitud del módulo en milímetros, respectivamente. La parte "HH" especifica, de forma codificada, si un módulo es de una o dos caras, y el grosor máximo permitido de los componentes montados; los valores posibles se enumeran en la tabla de la derecha anterior. La codificación del módulo se especifica mediante la parte "KK", de forma codificada utilizando los identificadores de codificación de la tabla de la izquierda anterior; también se puede especificar solo como "K", si un módulo tiene solo una muesca de codificación. [5] [14]

Además de los módulos con zócalo, el estándar M.2 también incluye la opción de tener módulos de un solo lado soldados permanentemente . [14]

Normas alternativas

NGSF

En 2017, Samsung presentó un nuevo factor de forma llamado Next Generation Small Form Factor (NGSFF), también conocido como NF1 o M.3, que puede reemplazar a U.2 en aplicaciones de servidor. [26] El conector NGSFF es eléctrica y dimensionalmente compatible con el conector M.2 (revisión 1.1); la nueva funcionalidad se logra a través de pines (N/C) no utilizados anteriormente. [27] Los principales cambios en comparación con M.2 son:

  • El ancho (o "alto") del SSD se ha incrementado de 22 mm a 30,5 mm; el grosor se ha incrementado de 3,88 mm a 4,38 mm. Estos cambios permiten que se puedan colocar más chips NAND en un SSD sin dejar de caber dentro de una unidad de rack . [28]
  • Nuevos pines para alimentación de 12 V. Se supone que los dispositivos utilizan principalmente alimentación de 12 V en lugar de los antiguos 3,3 V, que se han vuelto opcionales. [28]
  • Capacidad de ejecutar dos puertos PCIe (cada uno con dos carriles) en un puerto NGSFF. [27]
  • Características de los servidores para montaje en rack: compatibilidad con intercambio en caliente, indicadores LED, bandeja SSD (con nuevos orificios para tornillos). [27]

En 2018, el PCI-SIG emitió una advertencia de que el nuevo uso de pines de NGSFF entra en conflicto con el uso de pines en la próxima revisión 1.2 del estándar M.2. La nueva revisión utiliza algunos de los pines previamente no conectados (N/C) para entregar energía de 1,8 V y datos USB 2.0 en el zócalo "M". Samsung ha buscado estandarizar su NGSFF/NF1 a través de JEDEC , pero el proceso parece haberse estancado. [29]

XFM

JEDEC JESD233 es otra especificación llamada Crossover Flash Memory (XFM) para dispositivos de memoria extraíbles e integrados XFM (XFMD). Su objetivo es reemplazar el formato M.2 por uno significativamente más pequeño (también llamado XT2), de modo que también pueda diseñarse como una alternativa a la memoria soldada. XFM Express utiliza una interfaz lógica NVMe sobre una interfaz física PCI Express . [30] [31]

  • Un SSD M.2 2242 conectado a un adaptador USB 3.0 y conectado a una computadora
    Un SSD M.2 2242 conectado a un adaptador USB  3.0 y conectado a una computadora
  • Una estación de acoplamiento para módulos M.2
    Una estación de acoplamiento para módulos M.2
  • La ranura de conexión de la estación de acoplamiento
    La ranura de conexión de la estación de acoplamiento
  • Un SSD Samsung 980 PRO PCIe 4.0 NVMe con 1 TB de capacidad de almacenamiento
    Un SSD Samsung 980 PRO PCIe 4.0 NVMe con 1 TB de capacidad de almacenamiento
  • Tarjetas WiFi M.2 2230 (izquierda) y M.2 1630
    Tarjetas WiFi M.2 2230 (izquierda) y M.2 1630

Véase también

Referencias

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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con M.2 .
  • Sitio web oficial de la Organización Internacional Serial ATA (SATA-IO)
  • Sitio web oficial del Grupo de interés especial en interconexión de componentes periféricos (PCI-SIG)
  • Entendiendo M.2, la interfaz que acelerará su próximo SSD, Ars Technica , 9 de febrero de 2015, por Andrew Cunningham
  • LFCS: Preparación de Linux para dispositivos de memoria no volátil, LWN.net , 19 de abril de 2013, por Jonathan Corbet
  • PCIe SSD 101: una descripción general de los estándares, los mercados y el rendimiento, SNIA , agosto de 2013, archivado desde el original el 2 de febrero de 2014
  • Descripciones de distribución de pines M.2 y diseños de referencia, 28 de enero de 2020, una nota de aplicación de Congatec
  • Soporte para tarjeta de interfaz  : patente estadounidense 20130294023, 7 de noviembre de 2013, asignada a Raphael Gay
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