컴퓨터가 작아짐에 따라 스토리지 드라이브와 같은 하드웨어 구성 요소도 작아져야 합니다. 솔리드 스테이트 드라이브의 도입으로 울트라북과 같은 더 얇은 디자인이 가능해졌지만 이는 업계 표준 SATA 인터페이스와 충돌했습니다.
mSATA 인터페이스는 SATA 인터페이스와 상호 작용할 수 있는 씬 프로파일 카드를 생성하도록 설계되었습니다. SATA 3.0 표준이 SSD의 성능을 제한하면서 새로운 문제가 나타났습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 형태의 컴팩트 카드 인터페이스를 개발해야 했습니다.
원래 NGFF(Next Generation Form Factor)라고 불렸던 이 새로운 인터페이스는 SATA 버전 3.2 사양에 따라 M.2 드라이브 인터페이스로 표준화되었습니다.
더 빠른 속도
크기는 인터페이스를 개발하는 데 중요한 요소이지만 드라이브의 속도도 똑같이 중요합니다. SATA 3.0 사양은 드라이브 인터페이스에서 SSD의 실제 대역폭을 약 600MB/s로 제한했으며, 이는 많은 드라이브가 도달했습니다. SATA 3.2 사양은 SATA Express와 마찬가지로 M.2 인터페이스에 대한 새로운 혼합 접근 방식을 도입했습니다.
본질적으로 새로운 M.2 카드는 기존 SATA 3.0 사양을 사용할 수 있으며 600MB/s로 제한됩니다. 또는 현재 PCI-Express 3.0 표준에서 1GB/s의 대역폭을 제공하는 PCI-Express를 사용할 수 있습니다. 그 1GB/s 속도는 단일 PCI-Express 레인용이지만 여러 레인을 사용할 수 있습니다. M.2 SSD 사양에서는 최대 4개의 레인을 사용할 수 있습니다. 2개 레인을 사용하면 이론적으로 2.0GB/s를 제공하고 4개 레인을 사용하면 최대 4.0GB/s를 제공합니다.
PCI-Express 4.0의 최종 릴리스와 함께 이러한 속도는 효과적으로 두 배가 될 것입니다. 2017년 PCI-Express 5.0이 출시되면서 대역폭이 16레인 구성에서 63GB/s로 32GT/s로 증가했습니다. PCI-Express 6.0(2019)에서는 대역폭이 64GT/s로 두 배 증가하여 각 방향으로 126GB/s를 허용했습니다.
모든 시스템이 이러한 속도를 달성하는 것은 아닙니다. M.2 드라이브와 인터페이스는 동일한 모드로 설정해야 합니다. M.2 인터페이스는 레거시 SATA 모드 또는 최신 PCI-Express 모드를 사용합니다. 드라이브가 사용할 드라이브를 선택합니다.
예를 들어 SATA 레거시 모드로 설계된 M.2 드라이브는 600MB/s로 제한됩니다. M.2 드라이브는 PCI-Express와 최대 4개의 레인(x4)과 호환되지만 컴퓨터는 2개의 레인(x2)만 사용합니다. 결과적으로 최대 속도는 2.0GB/s입니다. 가장 빠른 속도를 얻으려면 드라이브와 컴퓨터 또는 마더보드가 지원하는 항목을 확인하십시오.
더 작은 크기와 더 큰 크기
M.2 드라이브 설계의 목표 중 하나는 저장 장치의 전체 크기를 줄이는 것이었습니다. 이것은 여러 가지 방법 중 하나로 달성되었습니다. 첫째, 카드는 이전 mSATA 폼 팩터보다 좁게 만들어졌습니다. M.2 카드의 너비는 30mm인 mSATA에 비해 22mm입니다. 카드의 길이도 50mm인 mSATA에 비해 30mm로 더 짧습니다. 차이점은 M.2 카드가 최대 110mm의 더 긴 길이를 지원한다는 것입니다. 즉, 이러한 드라이브가 더 커질 수 있으므로 칩에 더 많은 공간을 제공하여 더 많은 용량을 제공할 수 있습니다.
카드의 길이와 너비 외에도 단면 또는 양면 M.2 보드에 대한 옵션이 있습니다. 단면 보드는 얇은 프로파일을 제공하며 초박형 노트북에 유용합니다. 양면 보드를 사용하면 M.2 보드에 두 배의 칩을 설치할 수 있으므로 더 큰 저장 용량이 가능합니다. 이는 공간이 그다지 중요하지 않은 소형 데스크탑 애플리케이션에 유용합니다.
문제는 카드 길이를 위한 공간 외에도 컴퓨터에 어떤 종류의 M.2 커넥터가 있는지 알아야 한다는 것입니다. 대부분의 노트북은 단면 커넥터만 사용하므로 노트북은 양면 M.2 카드를 사용할 수 없습니다.
명령 모드
10년 이상 동안 SATA는 스토리지를 플러그 앤 플레이 방식으로 만들어 왔습니다. 이는 단순한 인터페이스와 AHCI(Advanced Host Controller Interface) 명령 구조 때문입니다.
AHCI는 컴퓨터가 저장 장치와 명령을 전달하는 방법입니다. 모든 최신 운영 체제에 내장되어 있으며 새 드라이브를 추가할 때 추가 드라이버를 설치할 필요가 없습니다.
AHCI는 하드 드라이브가 드라이브 헤드와 플래터의 물리적 특성으로 인해 명령을 처리하는 능력이 제한적이었던 시대에 개발되었습니다. 32개의 명령이 있는 단일 명령 대기열이면 충분합니다. 문제는 오늘날의 솔리드 스테이트 드라이브가 훨씬 더 많은 기능을 수행하지만 여전히 AHCI 드라이버에 의해 제한된다는 것입니다.
NVMe(Non-Volatile Memory Express) 명령 구조 및 드라이버는 이러한 병목 현상을 제거하고 성능을 개선하기 위해 개발되었습니다. 단일 명령 대기열을 사용하는 대신 대기열당 최대 65,536개의 명령과 함께 최대 65,536개의 명령 대기열을 제공합니다. 이를 통해 스토리지 읽기 및 쓰기 요청을 더 병렬로 처리할 수 있어 AHCI 명령 구조보다 성능이 향상됩니다.
이것은 훌륭하지만 약간의 문제가 있습니다. AHCI는 모든 최신 운영 체제에 내장되어 있지만 NVMe는 그렇지 않습니다. 드라이브를 최대한 활용하려면 기존 운영 체제 위에 드라이버를 설치해야 합니다. 이는 많은 구형 운영 체제의 문제입니다.
M.2 드라이브 사양은 두 가지 모드 중 하나를 허용합니다. 이를 통해 기존 컴퓨터 및 기술에서 새 인터페이스를 더 쉽게 채택할 수 있습니다. NVMe 명령 구조에 대한 지원이 향상됨에 따라 이 새로운 명령 모드에서 동일한 드라이브를 사용할 수 있습니다. 그러나 두 모드 사이를 전환하려면 드라이브를 다시 포맷해야 합니다.
전력 소비 개선
모바일 컴퓨터는 배터리의 크기와 구성 요소가 소모하는 전력에 따라 작동 시간이 제한됩니다. 솔리드 스테이트 드라이브는 스토리지 구성 요소의 에너지 소비를 줄이지만 개선의 여지가 있습니다.
M.2 SSD 인터페이스는 SATA 3.2 사양의 일부이므로 인터페이스 이외의 다른 기능을 포함합니다. 여기에는 DevSleep이라는 새로운 기능이 포함됩니다. 더 많은 시스템이 전원을 완전히 끄지 않고 닫히거나 꺼졌을 때 절전 모드로 전환되도록 설계되었기 때문에 장치가 깨어났을 때 빠른 복구를 위해 일부 데이터를 활성 상태로 유지하기 위해 배터리가 지속적으로 소모됩니다. DevSleep은 새로운 저전력 상태를 생성하여 장치에서 사용하는 전력량을 줄입니다. 이렇게 하면 절전 모드로 전환되는 컴퓨터의 실행 시간이 연장됩니다.
부팅 문제
M.2 인터페이스는 컴퓨터 저장 및 성능의 발전입니다. 컴퓨터가 최상의 성능을 얻으려면 PCI-Express 버스를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 기존 SATA 3.0 드라이브와 동일하게 실행됩니다. 이것은 별 것 아닌 것 같지만, 이 기능을 사용하는 최초의 많은 마더보드의 문제입니다.
SSD 드라이브는 루트 또는 부팅 드라이브로 사용할 때 최상의 경험을 제공합니다. 문제는 기존 Windows 소프트웨어가 SATA가 아닌 PCI-Express 버스에서 부팅하는 많은 드라이브에 문제가 있다는 것입니다. 즉, PCI-Express를 사용하는 M.2 드라이브는 운영 체제나 프로그램이 설치된 기본 드라이브가 아닙니다. 결과는 빠른 데이터 드라이브이지만 부팅 드라이브는 아닙니다.
모든 컴퓨터와 운영 체제에 이 문제가 있는 것은 아닙니다. 예를 들어 Apple은 루트 파티션에 PCI-Express 버스를 사용하도록 macOS(또는 OS X)를 개발했습니다. 이는 M.2 사양이 확정되기 전에 Apple이 2013 MacBook Air에서 SSD 드라이브를 PCI-Express로 전환했기 때문입니다. Microsoft는 새로운 PCI-Express 및 NVMe 드라이브를 지원하도록 Windows 10을 업데이트했습니다. 하드웨어가 지원되고 외부 드라이버가 설치된 경우 이전 버전의 Windows도 작동할 수 있습니다.
M.2를 사용하여 다른 기능을 제거하는 방법
특히 데스크탑 마더보드에서 우려되는 또 다른 영역은 M.2 인터페이스가 나머지 컴퓨터 시스템에 연결되는 방식과 관련이 있습니다. 프로세서와 나머지 컴퓨터 사이에는 제한된 수의 PCI-Express 레인이 있습니다. PCI-Express 호환 M.2 카드 슬롯을 사용하려면 마더보드 제조업체에서 시스템의 다른 구성 요소에서 해당 PCI-Express 레인을 제거해야 합니다.
이러한 PCI-Express 레인이 보드의 장치 간에 분할되는 방식이 주요 관심사입니다. 예를 들어, 일부 제조업체는 PCI-Express 레인을 SATA 포트와 공유합니다. 따라서 M.2 드라이브 슬롯을 사용하면 SATA 슬롯이 4개 이상 소모될 수 있습니다. 다른 경우에는 M.2가 해당 레인을 다른 PCI-Express 확장 슬롯과 공유할 수 있습니다.
M.2가 다른 SATA 하드 드라이브, DVD 드라이브, 블루레이 드라이브 또는 기타 확장 카드의 잠재적인 사용을 방해하지 않도록 보드가 어떻게 설계되었는지 확인하십시오.