通过M.2增加数据吞吐量
m.2 比当前的 mini pci express （mpcie）/mini-sata （msata） 标准更纤薄、更灵活，并没有引入新的信号系统，而是允许通过多通道 pci express （pcie） 增加数据吞吐量，并向后通过 sata 和 usb 信号实现兼容性。在超极本、平板电脑和便携式设备对高速、大容量存储需求的推动下，m.2 节省空间的外形尺寸、向后兼容性和灵活性意味着它也将对嵌入式领域产生影响。
嵌入式客户的独特需求和要求使得在该领域采用 m.2 成为比在消费者方面更复杂的决定，但了解技术背景、其规格和优势可以帮助嵌入式 oem 和系统设计人员制定现在做出正确的选择，为未来做准备。
mpcie / msata
当前这一代用于存储和通用外围设备的小型扩展模块使用常见的 30 毫米 x 50.95 毫米 mpcie 卡尺寸（图 1）。mpcie 最初是为笔记本电脑市场设计的，是 minipci 的演变，是扩展卡的物理和电气规范，允许通过小型化 pcie 连接器实现 wi-fi、无线广域网 （wwan） 和其他附加功能。mpcie 在消费类应用中的广泛采用、小巧的外形以及它对熟悉的 pcie 总线的使用意味着它自然而然地成为了一种为工业和嵌入式系统添加功能的方便且节省空间的方式。
随着笔记本电脑和移动设备对 ssd 的需求增长，2009 年引入了 msata 格式作为小型存储设备，采用与 mpcie 相同的物理外形和连接器以及小型化 sata 接口。虽然外形尺寸和连接器在物理上与 mpcie 相似，但 msata 卡在电气上与 mpcie 不同，并且需要 msata 主机支持才能运行。基于久经考验的真正 sata 存储协议，msata 使制造商可以轻松实现小尺寸存储，并迅速在客户端领域采用。这些相同的因素使 msata 对于嵌入式系统存储具有吸引力，如今它是消费和工业市场中最受欢迎的小型 ssd 格式之一。
msata 瓶颈
随着客户和企业市场追求更高容量的 ssd 和更高的吞吐量来匹配，高端 ssd 的性能瓶颈已成为限制在 600 mbps 的 sata 协议。随着 ssd 容量的增加，速度也会提高，即使 sata iii 提供的 600 mbps 也不足以满足高性能应用的需求。同时，msata 所基于的 mpcie 外形尺寸在物理上限制了可以在一张 msata 卡上放置多少闪存。
m.2的潜力
在客户 ssd 性能需求的推动下，m.2 被开发为具有前瞻性的小尺寸，以解决 msata 在使用高端 ssd 时遇到的问题。与使用现有物理标准的 msata 不同，m.2 在设计之初就考虑了闪存存储。m.2 具有更薄的 z 高度和更小的占用空间以及更少的电路板面积浪费，比 msata 更节省空间。m.2 模块的长度范围从 42 毫米到 110 毫米不等，并且有单面或双面版本。这种物理规格的灵活性允许使用比 msata 更高的 nand 容量的节省空间的 m.2 附加卡和 m.2 ssd。
为了满足高性能 ssd 的带宽需求，选择多通道 pcie 作为高端存储连接选项。sata iii 目前仅限于 600 mbps 的速度和单通道，而 pci express 可通过 m.2 扩展到四个通道。在当前 pci express 2.0 速度为 500 mbps 的情况下，这意味着使用四通道 m.2 ssd 甚至可以使用新的 pci express 3.0 达到 2 gbps 的速度。同时，m.2 仍然支持 sata 以及 usb。这种与现有信号的向后兼容性简化了向 m.2 的迁移，因为它简化了第一代 m.2 ssd（运行 sata）和 wi-fi、gps 和 wwan 等外围卡的实施。
物理接口
m.2 规范为扩展模块定义了三个插槽。socket 1 用于 wi-fi，socket 2 用于 sata 或 pcie x2 ssd 以及通用扩展卡，socket 3 用于 sata 或高速 pcie x4 ssd。母插座连接器在物理上限制了可以安装的 m.2 卡。m.2 卡本身的连接器带有缺口或“键控”到它们各自的功能。pcie x2 ssd 可以键控以适应 socket 2 和 socket 3 连接器，但将以 pcie x2 速度运行。
主机控制器接口
为了充分利用 m.2 的多通道 pcie 速度，而不是在 m.2 物理接口上运行 sata，需要一种新的存储接口协议。作为一种行业标准，高级主机控制器接口 （ahci） 在操作系统和控制器级别享有广泛的支持，但与 sata 及其性能限制相关。为了解决这个问题，迄今为止，客户和企业 ssd 制造商已经创建了自定义驱动程序来释放多通道 pcie 的带宽潜力，但对于工业市场而言，这从成本和兼容性的角度来看是不可行的。
为了允许通过标准协议通过 pcie 高速访问固态存储，一个由 80 多家公司组成的工作组开发了 nvm express （nvme）。ahci 是在旋转介质和相关的高延迟时代设计的，而 nvme 已针对 ssd 和当今多核处理器的随机访问特性进行了优化。流线型存储堆栈允许更高的吞吐量、更低的延迟、更好的每秒输入/输出操作 （iops） 和更低的功耗，因为更好的性能允许存储设备在空闲时花费更多时间。
nvme 的优势、开放规范和行业支持表明它可能会成为未来的客户端存储协议，但即使在客户端空间中采用也需要时间。nvme 作为一种全新的存储协议，不兼容 ahci，需要系统和软件层面的支持。作为高效访问 ssd 的标准，nvme 允许以原生 pcie 速度运行的非专有固态存储，但在发生巨变之前，sata/ahci 将继续提供可靠性、性能和兼容性的最佳组合嵌入式应用程序。
嵌入式空间中的 m.2
m.2 作为小尺寸规格的优势不仅在于其对下一代高性能 ssd 的潜力，还在于其向后兼容性。在通过多通道 pcie 支持高性能 ssd 的同时，m.2 还支持 sata、usb 和单通道 pcie。随着 nvme 等待市场采用，基于 sata 的第一代 m.2 存储卡和 m.2 外围卡可以让空间受限的系统受益于更小、更灵活的外形以及 sata 的可靠性和兼容性。
对于一般嵌入式应用，msata 和 mpcie 不会很快出现。工业应用具有适度的性能需求，而是强调可靠性和一致性。即使对于性能驱动的系统，近期的价值主张也是微不足道的，因为 m.2 ssd 的全部性能优势需要 nvme 支持或专有驱动程序才能实现原生 pcie 速度。在嵌入式应用程序能够享受这种性能水平之前，存储环境需要时间来支持 nvme，因此当前一代的 m.2 ssd 可能比嵌入式领域的 msata 模块更难卖。同时，mpcie 目前为通用嵌入式外围设备（如显卡或 wi-fi 模块）提供了足够的带宽。
m.2 的嵌入式未来
m.2 在尺寸和容量方面的直接优势以及 nvme 在功耗和性能方面的潜在优势意味着嵌入式 oem 和系统设计人员需要了解这种新兴格式，但在 m.2 生态系统成熟之前，其当前的对嵌入式和工业市场的影响将仅限于空间最受限的应用。随着 m.2 物理接口和 nvme 主机控制器接口支持的广泛采用，m.2 接下来将影响对性能敏感的嵌入式应用，但大多数工业嵌入式系统的可靠性和鲁棒性要求意味着 msata/mpcie 仍将是小型形式未来几年大多数工业解决方案的选择因素。
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随着笔记本电脑和移动设备对 ssd 的需求增长，2009 年引入了 msata 格式作为小型存储设备，采用与 mpcie 相同的物理外形和连接器以及小型化 sata 接口。虽然外形尺寸和连接器在物理上与 mpcie 相似，但 msata 卡在电气上与 mpcie 不同，并且需要 msata 主机支持才能运行。基于久经考验的真正 sata 存储协议，msata 使制造商可以轻松实现小尺寸存储，并迅速在客户端领域采用。这些相同的因素使 msata 对于嵌入式系统存储具有吸引力，如今它是消费和工业市场中最受欢迎的小型 ssd 格式之一。
msata 瓶颈
随着客户和企业市场追求更高容量的 ssd 和更高的吞吐量来匹配，高端 ssd 的性能瓶颈已成为限制在 600 mbps 的 sata 协议。随着 ssd 容量的增加，速度也会提高，即使 sata iii 提供的 600 mbps 也不足以满足高性能应用的需求。同时，msata 所基于的 mpcie 外形尺寸在物理上限制了可以在一张 msata 卡上放置多少闪存。
m.2的潜力
在客户 ssd 性能需求的推动下，m.2 被开发为具有前瞻性的小尺寸，以解决 msata 在使用高端 ssd 时遇到的问题。与使用现有物理标准的 msata 不同，m.2 在设计之初就考虑了闪存存储。m.2 具有更薄的 z 高度和更小的占用空间以及更少的电路板面积浪费，比 msata 更节省空间。m.2 模块的长度范围从 42 毫米到 110 毫米不等，并且有单面或双面版本。这种物理规格的灵活性允许使用比 msata 更高的 nand 容量的节省空间的 m.2 附加卡和 m.2 ssd。
为了满足高性能 ssd 的带宽需求，选择多通道 pcie 作为高端存储连接选项。sata iii 目前仅限于 600 mbps 的速度和单通道，而 pci express 可通过 m.2 扩展到四个通道。在当前 pci express 2.0 速度为 500 mbps 的情况下，这意味着使用四通道 m.2 ssd 甚至可以使用新的 pci express 3.0 达到 2 gbps 的速度。同时，m.2 仍然支持 sata 以及 usb。这种与现有信号的向后兼容性简化了向 m.2 的迁移，因为它简化了第一代 m.2 ssd（运行 sata）和 wi-fi、gps 和 wwan 等外围卡的实施。
物理接口
m.2 规范为扩展模块定义了三个插槽。socket 1 用于 wi-fi，socket 2 用于 sata 或 pcie x2 ssd 以及通用扩展卡，socket 3 用于 sata 或高速 pcie x4 ssd。母插座连接器在物理上限制了可以安装的 m.2 卡。m.2 卡本身的连接器带有缺口或“键控”到它们各自的功能。pcie x2 ssd 可以键控以适应 socket 2 和 socket 3 连接器，但将以 pcie x2 速度运行。
主机控制器接口
为了充分利用 m.2 的多通道 pcie 速度，而不是在 m.2 物理接口上运行 sata，需要一种新的存储接口协议。作为一种行业标准，高级主机控制器接口 （ahci） 在操作系统和控制器级别享有广泛的支持，但与 sata 及其性能限制相关。为了解决这个问题，迄今为止，客户和企业 ssd 制造商已经创建了自定义驱动程序来释放多通道 pcie 的带宽潜力，但对于工业市场而言，这从成本和兼容性的角度来看是不可行的。
为了允许通过标准协议通过 pcie 高速访问固态存储，一个由 80 多家公司组成的工作组开发了 nvm express （nvme）。ahci 是在旋转介质和相关的高延迟时代设计的，而 nvme 已针对 ssd 和当今多核处理器的随机访问特性进行了优化。流线型存储堆栈允许更高的吞吐量、更低的延迟、更好的每秒输入/输出操作 （iops） 和更低的功耗，因为更好的性能允许存储设备在空闲时花费更多时间。
nvme 的优势、开放规范和行业支持表明它可能会成为未来的客户端存储协议，但即使在客户端空间中采用也需要时间。nvme 作为一种全新的存储协议，不兼容 ahci，需要系统和软件层面的支持。作为高效访问 ssd 的标准，nvme 允许以原生 pcie 速度运行的非专有固态存储，但在发生巨变之前，sata/ahci 将继续提供可靠性、性能和兼容性的最佳组合嵌入式应用程序。
嵌入式空间中的 m.2
m.2 作为小尺寸规格的优势不仅在于其对下一代高性能 ssd 的潜力，还在于其向后兼容性。在通过多通道 pcie 支持高性能 ssd 的同时，m.2 还支持 sata、usb 和单通道 pcie。随着 nvme 等待市场采用，基于 sata 的第一代 m.2 存储卡和 m.2 外围卡可以让空间受限的系统受益于更小、更灵活的外形以及 sata 的可靠性和兼容性。
对于一般嵌入式应用，msata 和 mpcie 不会很快出现。工业应用具有适度的性能需求，而是强调可靠性和一致性。即使对于性能驱动的系统，近期的价值主张也是微不足道的，因为 m.2 ssd 的全部性能优势需要 nvme 支持或专有驱动程序才能实现原生 pcie 速度。在嵌入式应用程序能够享受这种性能水平之前，存储环境需要时间来支持 nvme，因此当前一代的 m.2 ssd 可能比嵌入式领域的 msata 模块更难卖。同时，mpcie 目前为通用嵌入式外围设备（如显卡或 wi-fi 模块）提供了足够的带宽。
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