M.2 SSD sürücülerin biçim faktörleri, bağlantı arayüzleri ve yazılım desteği  farklılıkları

M.2 SSD: Hız için tasarlandı

Mevcut ve yeni standartlar ile SSD sürücüler için oldukça geniş bir ürün çeşitliliği ortaya çıkmış durumda. İstemci cihazlar, kapasite ve performans avantajı için yeni çözümlere hızla uyum sağlamaktadır. Yeni sürücü çözümü arayanlar;  AHCI, HHHL AIC, M.2, mSATA, NVMe, U.2, ve V-NAND gibi kısaltmalar kalabalığında yollarını kaybetmiş durumdadırlar. Tüm bu kısaltmalar temel olarak, biçim faktörü, arayüz ve yazılım desteği bilgilerini göstermektedir. Mevcut en gelişmiş teknolojisi ile M.2 SSD sürücüler kullanıcıları daha önceki nesil sürücülerin sınırlamalarından kurtarmaktadır.

Dört farklı biçim faktörü 

SSD sürücüler için geliştirilmiş olan mSATA biçim faktörü; dizüstü sistemlerde yoğun olarak kullanılan PCI Express (PCIe) Mini Kartların 51x30mm’lik düşük profil yapısını ödünç alarak kullanıma sunulmuştur. Daha fazla sistemle uyumluluk için mSATA sürücüler PCIe arayüzü yerine SATA 3.0 arayüzünün kullanılmasını sağlamıştır. Ancak kullanıcılar performans sınırlamalarından tam olarak kurtulamamışlardır. Bahsedeceğimiz diğer üç SSD biçim faktörü, kullanıcıların ihtiyacı olan performansı sunabilmek için PCIe arayüzünü kullanmaktadır.

Yeni nesil U.2 (SFF-8639) bağlantı arayüzüne sahip 2.5 inç sürücüler, PCIe, SATA ya da SAS kontrolcülerin kullanıldığı kurumsal sürücü tarlaları için son derece uyumlu bir çözüm olmuşlardır. Hot-swap desteği , önden yüklemeye uygun yapıları ile U.2 bağlantılı 2,5 inç sürücüler son derece kolay kullanım sağlarlar.

PCIe HHHL AIC (Half-Height, Half-Length Add-In Card) biçim faktörüne sahip sürücüler, görece daha büyük boyutu ile PCIe arayüzünün hızını, 167x111mm ölçülerinde kart olarak sunar. Bu sürücüler PCIe yuvasına kolayca takılabilir ancak dikey kullanım şekli ve backplane ya da riser kartlara uygun  yapısı ile istemci sistemlerden çok sunucu sistemler ile kullanıma uygundur.

Bahsedilen her üç yaklaşım da – mSATA, U.2 bağlantısına sahip 2.5 inç sürücü ve PCIe HHHL AIC –boyutları nedeni ile günümüz istemci cihazlarında kullanım için verimli çözümler değildirler. İnce, küçük boyutlu tablet, ikisi bir arada sistemler oyun konsolları ve NUC benzeri sistemler farklı depolama çözümü gerektirmektedir. Yeterli kapasite sunan ancak performans kısıtlamasına sahip mSATA biçim faktörünün yerini almak üzere 2013 yılı sonunda yeni bir biçim faktörü duyurulmuştur : M.2

2.5 inç sürücüden 10 kat hafif olan M.2 sürücü modülleri çok sayıda biçim ve arayüz seçeneği sunabilmektedir. Daha gelişmiş ve büyük yerleşim yapıları M.2 sürücülerin mSATA modüllere göre daha yüksek kapasite sunabilmelerini sağlar. PCIe, SATA, USB ve Wi-Fi, Bluetooth, 4G LTE modem ve SSD  gibi farklı işlevlere sahip diğer arayüzleri desteklemesi; M.2 biçim faktörünü çok yönlü ve popüler bir yapı haline getirmiştir.

M.2 modüller ile daha fazla seçenek

Standart M.2 modül genişlikleri 12, 16, 22 ve 30mm; uzunları ise 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 ve 110mm olarak tanımlanmıştır. Bu değerler M.2 tipi adlandırmasında da kullanılır. Örneğin “2280-S3-M” ile belirtilen ürün; en popüler SSD boyutu olan 22x80mm ölçülerinde , tek yüzünde yongalar bulunan ve M çentik tipine sahip M.2 modülü ifade eder. Her modülün bir ucunun her iki yüzünde toplam 75 adet bağlantı noktası yer alırken diğer ucunda da sabitleme vida yuvası yer alır. M.2 modüller takılacağı anakarta paralel olarak takıldığı için son derece hacim kaplar.

Çentik Yapısını Kontrolü

Çentik yapısı, M.2 yuvanın uyumluluğu hakkında fikir veren farklı değişkenlerden birisidir. M.2 sürücünün bağlantı ucundaki çentikler, yuva içerisindeki ile aynı olmalıdır, bu sayede sadece uyumlu M.2 sürücülerin doğru yuvalara takılabilmesi sağlanır. Farklı uç tipleri (ID) çeşitleri aşağıda görülebilir (farklı sistemler için özel tasarlanan tipler gösterilmemiştir) :

Sistemleri ile uyumlu boyuttaki M.2 modülü bulan kullanıcılar, yuva boyutunu ve çentik yapısını kontrol etmelidir. Birçok M.2 SSD sürücü B ya da M profil yapısına sahiptir, en önemli farkları ise iki (x2) ya da dört (x4)  PCIe yapısında olmalarıdır.

SATA arayüzünden PCIe arayüzüne Geçiş

SATA (Serial Advanced Technology Attachment) arayüzleri uzun bir süre boyunca istemci sistemlerde en çok kullanılan bağlantı tipi haline geldi. Dahili SATA kontrolcülere sahip PC yongasetleri ile 2.5 inç ve daha küçük disk sürücüler son derece yaygın hale geldi.  Noktadan noktaya kablolama da oldukça kolay ve ucuz bağlantılar kurabilmeyi sağlaması ile buna katkıda bulundu. Kurumlar için ise, SAS (Serial Attached SCSI) arayüzünün sunduğu daha yüksek performans ve gelişmiş kablolama özellikleri sunulmuş durumdaydı.

SSD sürücüler kullanıma ilk sunulduklarında; geniş kullanım olanakları için 2.5 inç boyut ve SATA bağlantı arayüzü yapısını sabit disk sürücülerden (HDD) ödünç almışlardı. Daha sonra daha ince ve küçük çözümler için mSATA sürücüler geliştirildi, ancak yine SATA uyumluluğuna sahipti. Flash bellek ve depolama kontrolcüleri teknolojileri geliştikçe, bir çok SSD sürücü en güncel SATA sürümünde bile performans sınırlarını zorlamaya başladı. Etkin performans farklı faktörlere bağlıdır, ancak teorik bant genişliği sınırları çok daha kolay karşılaştırılabilir verilerdir.

İlk bakışta SAS arayüzü kullanımı SSD sürücüler için oldukça cazip görünmüştü, özellikle çoklu tetikleyici desteği ve daha uzun kablo kullanımı (SATA 1m, SAS 10m) gibi özellikleri etkileyici idi. Ancak, maliyetler SAS arayüzünün istemci cihazlarda kullanımı için uygun olmadı. Tipik olarak, istemci PC sistemleri özel bir SAS kontrolcüsüne, sunucular ile dahili SAS kontrolcüye sahip üst seviye yonga kullanımına ihtiyaç duymaktadır.

Daha hızlı daha iyidir. Yoğun tartışmalardan sonra SATA topluluğu daha yüksek hızlar için geliştirme yapılmasının gerekli olduğunu kabul etti. Tek ya da çift sürücüye sahip, uygun maliyetli küçük sistemlerde SAS oldukça yüksek ek maliyete sebep olmaktaydı. Daha yüksek hızlara ulaşmanın en kolay yolunun; daha iyi performans, ölçeklenebilirlik ve her sistem içerisinde mevcut bulunabilen bir arayüzün kullanılması olduğu anlaşıldı. Bu arayüz PCIe idi.

PCIe arayüzü uzunca bi süredir PC yongasetleri tarafından desteklenen bir arayüzdür. Genellikle, ekran kartı, ağ/ethernet kartı, RAID kontrol kartları gibi bileşenlerin bağlanması için kullanılmaktadır. PCIe-destekli SSD sürücülerin duyurulması ile Intel (aynı zamanda SSD üreticisidir); Intel Series 9 yonga setlerinde PCIe depolama desteği sunmaya odaklandı. AMD ve diğer yongaseti üreticileri de hızlı bir şekilde Intel’i takip ettiler. Yongaseti desteği ve M.2 biçim faktörü sayesinde PC anakart üreticileri dahili M.2 SSD sürücü yuvalarına ürünlerinde yer vermeye başladılar. İstemci sistem üreticileri de az alan kaplayan bu sürücülerden yararlanmaya karar verdi. Farklı alanlarda kullanıma sahip olmaları; M.2 sürücüler için yüksek adetlerde üretim yapılmasını ve kullanıcı maliyetlerinin düşmesini sağladı.

En yeni depolama şartnamesi olan SATA Express, SATA ve PCIe arayüzünün birleşimini yeniden tanımladı. Ayrıca eski sürücülerin geliştirilebilmesini ve PCIe arayüzünü en verimli şekilde kullanacak yeni cihazlar geliştirilebilmesini sağlamayı hedefliyor. SATA Express ayrıca eski protokolleri ve gelişmiş işletim sistemleri için yeni, hızlı sürücü planlarını bir arada desteklemektedir.

NVMe’nin mantıklı bir seçim haline gelmesi

SATA arayüzü için donanımsal engeller aşıldığında, performans için yeni bir engel ortaya çıktı; yazılım. SATA tabanlı SSD sürücülerin ilk nesli geleneksel sabit disk sürücüler ile en yüksek uyumluluk için Advanced Host Controller Interface (AHCI) protokolüne sahiplerdi. Standart haline gelmiş bu protokoller sayesinde HDD ve SSD sürücüler kolayca değiştirilebiliyordu, ancak bu kolaylığın bedeli düşük performans ile ödenmek zorundaydı.

Birinci nesil PCIe tabanlı SSD sürücüler, özelleştirilmiş protokoller kullanarak AHCI protokolüne göre daha iyi performans elde ettiler. Ancak bunun için cihaza  özel sürücüler ve yeni BIOS yazılımları gerekebilmekteydi. Standartlar topluluğu bu duruma yeni bir mantıksal arayüz şartnamesi ile yanıt verdi; NVM Express ya da NVMe. Ve SATA Express’in tanımı ile AHCI ve NVMe aynı sistem üzerinde yer alabilecekti.

NVMe; SSD sürücülerin PCIe üzerinden yüksek performans sunabilmesi için SSD ile tam uyumluluğa sahip tamamen yeni bir protokol olarak tasarlanmıştır. Gelişmiş kuyruklama, kesinti yönlendirmesi ve çoklu aktarım gibi özelliklere sahiptir. AHCI tarafından sunulan 32 komuta sahip tek komutu kuyruğu desteğine karşılık, NVMe her birinde 64.000 komutun yer aldığı 64.000 komut kuyruğu desteğine sahiptir. AHCI sadece bir kesintiyi sorunsuzca devam ettirebilirken, NVMe 2048 kesintiyi sorunsuzca devam ettirebilmektedir. Bu sayede senkronizasyon işleminin kilitlenmesi durumu ortadan kalkmaktadır.

SSD üreticileri ve yazılım firmaları, NVMe mantıksal arayüzünü hızlı bir şekilde kabullendiler. Microsoft Windows 8.1’e dahili NVMe desteği eklendi, ardından bu destek Windows 10 ile devam etti. NVMe desteği Mac OS X Yosemite ile de sunulmaya başladı. Linux ve Google Chrome OS güncel sürümleri de NVMe desteği ile kullanıma sunuldular. Gelişmiş, çok görevli işletim sistemleri ve çok çekirdekli işlemciler için NVMe desteği; V-NAND yongalı ve PCIe arayüzüne sahip yeni nesil SSD sürücülerin performansından en iyi şekilde yararlanabilmeleri için son derece önemli hale gelmiştir.

V-NAND yongalı M.2 SSD Sürücülerin Kullanıma Sunulması

PCIe ve NVMe in potansiyelini tam olarak kullanabilmek için SSD sürücülerin daha hızlı flash yongalara ihtiyacı olduğu anlaşıldı. Önceki SSD uygulamalarında V-NAND yongalar gelişmiş yazma dayanımı ve düşük aktarım gecikme değerleri sunabiliyordu, ancak SATA arayüzünün kullanım zorunluluğu nedeni ile gerçek kullanımda en fazla 560MB/s aktarım hızlarına ulaşılabiliyordu.

Samsung tarafından kullanıma sunulan ilk PCIe Gen 3 x4 ve NVMe M.2 SSD sürücüler ile yapılan testlerde; 2500MB/s değerine ulaşan hızlar ile SATA SSD sürücülerin sunduğu okuma hızları alt üst edildi. Samsung tarafından tüketicilere sunulan ilk SSD olan Samsung 950 PRO M.2 SSD; 2016 yılı içerisinde Türkiye pazarında da satışa sunuldu. V-NAND yongalarının düşük gecikme ve düşük güç tüketimi ile yüksek yazma dayanımı özellikleri Türk tüketicilere de ulaşmış durumdadır.