Cómo un disco M.2 SSD hace que tu PC sea aún más rápido

Una visión general de la nueva interfaz de la unidad M.2

A medida que las computadoras se hacen más pequeñas, también deben serlo los componentes de hardware como las unidades de almacenamiento. La introducción de los discos de estado sólido permitió diseños más delgados como los Ultrabooks, pero esto chocó con la interfaz SATA estándar de la industria.

La interfaz mSATA fue diseñada para crear una tarjeta de perfil delgado que pudiera interactuar con la interfaz SATA. Un nuevo problema surgió cuando los estándares de SATA 3.0 limitaron el rendimiento de los SSD. Se tuvo que desarrollar una nueva forma de interfaz de tarjeta compacta para corregir estos problemas.

Originalmente llamado NGFF (Next Generation Form Factor), el nuevo interfaz ha sido estandarizado en el interfaz de la unidad M.2 bajo las especificaciones de la versión 3.2 de SATA.

Velocidades más rápidas

Mientras que el tamaño es un factor en el desarrollo de una interfaz, la velocidad de la unidad es igualmente crítica. Las especificaciones de SATA 3.0 restringieron el ancho de banda en el mundo real de un SSD en la interfaz de la unidad de disco a alrededor de 600 MB/s, lo que muchas unidades han alcanzado. Las especificaciones SATA 3.2 introdujeron un nuevo enfoque mixto para la interfaz M.2, como lo hizo con SATA Express.

En esencia, una nueva tarjeta M.2 puede utilizar las especificaciones SATA 3.0 existentes y estar restringida a 600 MB/s. O bien, puede utilizar PCI-Express, que proporciona un ancho de banda de 1 GB/s bajo los estándares actuales de PCI-Express 3.0. Esa velocidad de 1 GB/s es para un solo carril del PCI-Express, pero es posible utilizar varios carriles. Bajo la especificación M.2 SSD, se pueden utilizar hasta cuatro carriles. El uso de dos carriles proporcionaría teóricamente 2,0 GB/s, mientras que cuatro carriles proporcionarían hasta 4,0 GB/s.

Con el eventual lanzamiento del PCI-Express 4.0, estas velocidades se duplicarían efectivamente. El lanzamiento de PCI-Express 5.0 en 2017 vio un incremento en el ancho de banda a 32 GT/s, con 63 GB/s en una configuración de 16 carriles. PCI-Express 6.0 (2019) vio otra duplicación del ancho de banda a 64 GT/s, permitiendo 126 GB/s en cada dirección.

No todos los sistemas alcanzan estas velocidades. La unidad M.2 y la interfaz tienen que estar configuradas en el mismo modo. La interfaz M.2 utiliza el modo SATA heredado o los nuevos modos PCI-Express. La unidad de disco duro selecciona cuál de ellos utilizar.

Por ejemplo, una unidad M.2 diseñada con el modo SATA legacy está restringida a 600 MB/s. Mientras que la unidad M.2 es compatible con el PCI-Express hasta cuatro carriles (x4), la computadora sólo utiliza dos carriles (x2). Esto da como resultado velocidades máximas de 2,0 GB/s. Para obtener la máxima velocidad posible, compruebe lo que la unidad y el ordenador o la placa base soportan.

Tamaños más pequeños y más potentes

Uno de los objetivos del diseño de la unidad M.2 era reducir el tamaño total del dispositivo de almacenamiento. Esto se logró de una de varias maneras. Primero, las tarjetas se hicieron más estrechas que en el anterior factor de forma mSATA. Las tarjetas M.2 tienen 22 mm de ancho, comparado con los 30 mm de mSATA. Las tarjetas también son más cortas en longitud a 30 mm de largo, en comparación con los 50 mm de mSATA. La diferencia es que las tarjetas M.2 soportan longitudes mayores de hasta 110 mm. Esto significa que estas unidades pueden ser más grandes, lo que proporciona más espacio para los chips y, por lo tanto, mayores capacidades.

Además de la longitud y el ancho de las tarjetas, existe la opción de tablas M.2 de una o dos caras. Los tableros de una sola cara proporcionan un perfil delgado y son útiles para computadoras portátiles ultra delgadas. Una placa de doble cara permite instalar el doble de chips en una placa M.2, lo que permite una mayor capacidad de almacenamiento. Esto es útil para aplicaciones de escritorio compactas donde el espacio no es tan crítico.

El problema es que hay que saber qué tipo de conector M.2 hay en el ordenador, además del espacio para la longitud de la tarjeta. La mayoría de los ordenadores portátiles sólo utilizan un conector de una sola cara, lo que significa que los ordenadores portátiles no pueden utilizar tarjetas M.2 de doble cara.

Modos de Comando

Durante más de una década, SATA ha hecho del almacenamiento una operación “plug-and-play”. Esto se debe a la simple interfaz y a la estructura de comandos del AHCI (Advanced Host Controller Interface).

El AHCI es la forma en que los ordenadores comunican las instrucciones con los dispositivos de almacenamiento. Está incorporado en todos los sistemas operativos modernos y no requiere la instalación de controladores adicionales cuando se añaden nuevas unidades.

El AHCI se desarrolló en una época en la que los discos duros tenían una capacidad limitada para procesar instrucciones debido a la naturaleza física de los cabezales y platos de los discos. Una sola cola de comandos con 32 comandos era suficiente. El problema es que los discos de estado sólido de hoy en día hacen mucho más, pero todavía están restringidos por los controladores del AHCI.

La estructura de comando y los controladores de NVMe (Non-Volatile Memory Express) se desarrollaron para eliminar este cuello de botella y mejorar el rendimiento. En lugar de utilizar una sola cola de comandos, proporciona hasta 65.536 colas de comandos, con hasta 65.536 comandos por cola. Esto permite un procesamiento más paralelo de las peticiones de lectura y escritura del almacenamiento, lo que aumenta el rendimiento sobre la estructura de comandos de la AHCI.

Aunque esto es genial, hay un pequeño problema. La AHCI está integrada en todos los sistemas operativos modernos, pero NVMe no. Los controladores deben ser instalados en la parte superior de los sistemas operativos existentes para sacar el máximo provecho de los discos. Ese es un problema para muchos sistemas operativos antiguos.

La especificación de la unidad M.2 permite cualquiera de los dos modos. Esto hace que la adopción de la nueva interfaz sea más fácil con las computadoras y tecnologías existentes. A medida que mejora el soporte de la estructura de comando NVMe, las mismas unidades pueden ser utilizadas con este nuevo modo de comando. Sin embargo, para cambiar entre los dos modos es necesario reformatear las unidades.

Mejora del consumo de energía

Una computadora móvil tiene un tiempo de funcionamiento limitado basado en el tamaño de sus baterías y la energía que consumen sus componentes. Las unidades de estado sólido reducen el consumo de energía del componente de almacenamiento, pero hay espacio para mejorar.

Como la interfaz M.2 SSD es parte de la especificación SATA 3.2, incluye otras características más allá de la interfaz. Esto incluye una nueva característica llamada DevSleep. Dado que más sistemas están diseñados para entrar en modo de suspensión cuando se cierran o se apagan, en lugar de apagarse por completo, hay un consumo constante de la batería para mantener algunos datos activos para una rápida recuperación cuando el dispositivo se despierta. DevSleep reduce la cantidad de energía utilizada por los dispositivos creando un nuevo estado de menor energía. Esto debería prolongar el tiempo de ejecución de los equipos que se ponen en modo de suspensión.

Problemas de arranque

La interfaz M.2 es un avance en el almacenamiento y el rendimiento de las computadoras. Las computadoras deben usar el bus PCI-Express para obtener el mejor rendimiento. De lo contrario, funciona igual que cualquier unidad SATA 3.0 existente. Esto no parece un gran problema, pero es un problema con muchas de las primeras placas madre que hicieron uso de esta característica.

Las unidades SSD ofrecen la mejor experiencia cuando se usan como unidad raíz o de arranque. El problema es que el software existente de Windows tiene un problema con muchas unidades que se inician desde el bus PCI-Express en lugar de desde SATA. Esto significa que tener una unidad M.2 usando PCI-Express no será la unidad principal donde se instalen el sistema operativo o los programas. El resultado es una unidad de datos rápida pero no la unidad de arranque.

No todas las computadoras y sistemas operativos tienen este problema. Por ejemplo, Apple ha desarrollado macOS (o OS X) para usar el bus PCI-Express para las particiones raíz. Esto se debe a que Apple cambió sus unidades SSD a PCI-Express en el MacBook Air 2013, antes de que se finalizaran las especificaciones M.2. Microsoft ha actualizado Windows 10 para que sea compatible con las nuevas unidades PCI-Express y NVMe. Las versiones anteriores de Windows también pueden funcionar si el hardware es compatible y se instalan controladores externos.

Cómo el uso de M.2 puede mejorar otras características

Otra área de preocupación, particularmente con las placas madre de escritorio, se refiere a la forma en que la interfaz M.2 se conecta al resto del sistema informático. Hay un número limitado de carriles PCI-Express entre el procesador y el resto de la computadora. Para utilizar una ranura para tarjetas M.2 compatibles con PCI-Express, el fabricante de la placa madre debe quitar esos carriles PCI-Express de otros componentes del sistema.

La forma en que esos carriles PCI-Express se dividen entre los dispositivos de los tableros es una gran preocupación. Por ejemplo, algunos fabricantes comparten las pistas PCI-Express con puertos SATA. Así, el uso de la ranura de la unidad M.2 puede consumir más de cuatro ranuras SATA. En otros casos, la M.2 puede compartir esas vías con otras ranuras de expansión PCI-Express.

Compruebe cómo está diseñada la placa para asegurarse de que la M.2 no interfiere con el uso potencial de otros discos duros SATA, unidades de DVD, Blu-ray u otras tarjetas de expansión.

A %d blogueros les gusta esto: