리짜르도의 즐거운 인생 이야기

M.2 B+M Key M.2 SSD 장착

M.2의 정의

M.2는 PCI-SIG 및 SATA-IO 표준 조직에서 개발했으며 PCI-SIG M.2 및 SATA Rev. 3.2 사양에 
정의되었다. 원래 NGFF (Next Generation Form Factor)라고 불린 후 2013년에 공식적으로 M.2로 이름이 바뀌었다. 많은 사람들이 M.2를 여전히 NGFF로 지칭한다.
M.2 소형 Form Factor는 Wi-Fi, 블루투스, 위성 항법 장치, NFC (Near Field Communication), 
디지털 라디오, WiGig (Wireless Gigabit Alliance), WWAN (Wireless WAN) 및 
솔리드 스테이트 드라이브 (SSD)가 있다.

M.2 SSD와 mSATA SSD는 같은가?

다르다. 
M.2는 SATA 및 PCIe Storage Interface 옵션을 모두 지원하며 mSATA는 SATA 전용이다.
실제로 모양이 다르기 때문에 동일한 시스템 커넥터에 연결할 수 없다.
아래 그림은 M.2 SSD와 mSATA SSD를 비교하고 있다.

                       (좌) M.2 SSD (2280 size) (우) mSATA SSD

M.2 2280 (왼쪽)은 mSATA (오른쪽)와 모양자체가 다르다.
 호환되지 않는 소켓에 삽입되지 못하도록하는 Key (또는 Notch)에 주의해야 한다.

M.2 Form Factor를 만든 이유는?

M.2 Form Factor는 SSD를 포함한 소형 Form Factor 카드에 대한 여러 옵션을 
제공하기 위해 만들어졌다.
이전 SSD는 가장 작은 Form Factor에 대해 mSATA를 사용했지만 mSATA는 합리적인 비용으로 
1TB 용량까지 확장 할 수 없었다. 
이러한 제약사항으로 인해 mSATA의 크기와 용량이 다른 새로운 M.2 사양을 만들게 되었다.
 M.2 사양을 통해 시스템 제조업체는 필요한 경우 대용량으로 확장 할 수있는 
일반적인 소형 Form Factor를 표준화 할 수 있다.

M.2 SSD의 크기는 어떠한가?

SSD에서 광역 네트워크 (WAN) 카드에 이르기까지 다양한 유형의 M.2 카드로 인해 
여러가지 M.2 모듈 크기가 있다.
SSD 기반 M.2 모듈의 경우 가장 일반적으로 발생하는 크기는 22mm x 30mm, 22mm x 42mm, 
22mm x 60mm, 22mm x 80mm, 22mm x 110mm이다. 
첫 번째 두 자리는 너비 (모두 22mm)를 정의하고 나머지 자릿수는 길이를 30mm에서 최대 110mm까지 정의한다. 따라서 M.2 SSD 규격은 2230, 2242, 2260, 2280, 22110 가 있다.
 

M.2 SSD의 길이가 다른 이유는?

길이가 다른 M.2 SSD에는 두 가지 이유가 있다. 
길이가 다르면 여러가지 SSD 드라이브 용량을 가능하게 한다.
M.2 모듈 길이가 길수록 컨트롤러 및 DRAM 메모리 칩 외에도 더 많은 NAND 플래시 칩을 장착 할 수 있다. 
2230 및 2242 길이는 1~3개의 NAND 플래시 칩이 장착되는 반면 2280 및 22110은 
최대 8 NAND 플래시 칩이 장착될 수 있으므로 최대 M.2 Form Factor 에서 1TB SSD를 구현할 수 있다.
시스템 보드의 소켓 공간은 M.2 크기를 제한 할 수 있다.
일부 노트북은 캐싱 목적으로 M.2를 지원할 수 있지만 
2230 또는 2242 M.2 SSD만 장착할 수 있는 작은 공간만 가능하게 된다.
예를 들어, M.2 SSD가 캐시 (사용자 시스템에서 SRT (Intel® Smart Response Technology) 소프트웨어 사용) 또는 Ultrabook 또는 크롬북의 소용량 OS 부팅 드라이브로 
사용되는 경우 2242 M.2 SSD가 일반적으로 사용된다.
그러나 노트북 또는 데스크탑 컴퓨터에서 기본 드라이브로 M.2 SSD를 사용하는 경우보다 
길고 대용량의 2280 M.2 SSD를 장착하는 것이 효율성 측면에서 낫다는 것이다.

M.2 SATA와 M.2 PCIe SSD의 차이점은?

M.2는 물리적인 Form Factor이다. 
SATA 및 PCIe는 스토리지 인터페이스를 나타내며, 가장 큰 차이점은 성능과 M.2 SSD에서 사용되는 프로토콜 (언어)이다.
M.2 스펙은 SSD를위한 SATA 및 PCIe 인터페이스를 모두 수용하도록 설계되었다.
M.2 SATA SSD는 현재 SATA SSD 2.5에서 동일한 컨트롤러를 사용하며 M.2 PCIe SSD는 PCIe 프로토콜을 사용한다.
M.2 SSD는 하나의 프로토콜만 지원할 수 있지만 일부 시스템에는 SATA 또는 PCIe를 지원할 수있는 M.2 소켓이 있다.

M.2 SSD의 키(Key)가 무엇인가?

M.2 SSD의 PCB 및 소켓에 노치핀(Notch pin)을 사용함으로써 
M.2 모듈을 상대 커넥터에 쉽게 끼울 수 있으므로 호환성이 한층 강화된다.
노치핀은 A (노치가있는 핀 #8~#15)에서 M (노치가 있는 핀 #59~#66)까지의 고유Key가 있다.
일반적인 M.2 SSD Key구조에는 A Key, B Key, E Key, M Key, B+M Key가 포함된다.

                                 (좌) "M" Key M.2 SSD (우) "B+M" Key M.2 SSD

각 Key별 적용되는 제품이 다른가?

M.2 A Key는 Wi-Fi, Bluetooth, NFC 및 WiGig를 포함한 무선 연결을 사용하는 제품에 적합하다.
모듈 카드 유형에는 1630, 2230, 3030이 포함된다.
M.2 B Key는 WWAN + GNSS 또는 SSD (Solid State Storage Devices)를 사용하는 제품에 적합하다. 

모듈 카드 유형에는 3042, 2230, 2242, 2260, 2280, 22110이 포함된다.
M.2 E Key는 Wi-Fi, Bluetooth, GNSS의 NFC와 같은 무선 연결을 사용하는 제품에 적합하다.
모듈 카드 유형에는 1630, 2230, 3030이 포함된다.
M.2 M Key는 PCIe 또는 SATA 또는 SSD (Solid State Storage Devices)에서 지원하는 호스트 I / F를 사용하는 제품에 적합하다.
모듈 카드 유형에는 2242, 2260, 2280이 포함된다.

M.2 SSD의 Interface 및 Protocol

주로 M.2 SSD에서 사용되는 인터페이스와 프로토콜에는 다음과 같은 몇 가지 유형이 있다.

SATA와 PCIe는 인터페이스 규격이며, NVMe와 AHCI는 통신 프로토콜 규격이다.
M.2 SATA SSD는 기존의 SATA HDD와 형태적으로 다르며 M.2 포트에 연결되지만 동일한 인터페이스를 사용하며 600MB/s로 제한된다.
M.2 PCIe SSD는 M.2 슬롯을 통해 PCI Express 레인을 사용하여 컴퓨터에 연결되어 향상된 성능을 제공한다. 속도는 2.0X2 Lane에서 800MB/s를 낸다.

M.2 PCIe SSD는 AHCI 및 NVMe라는 두 가지 통신 프로토콜을 사용한다.
AHCI PCIe SSD는 SATA 지원 시스템에 대한 역호환성을 제공하지만  기존 레거시 HDD용으로 
설계된 AHCI로 인해 효율성이 제한적이다.
NVMe PCIe SSD는 인터페이스가 고속 플래시 스토리지용으로 설계 되었기 때문에 성능이 매우 뛰어나다. 속도는 읽기가 3,500MB/s 이며 쓰기는 2,100MB/s 이다.
M.2 PCIe NVMe SSD는 기존 SSD보다 몇 배나 빠른 전송 속도를 자랑하며 이전 인터페이스에서 제공되는 단일 대기열 대신 수천 개의 처리 대기열을 갖추고 있다.
즉, AHCI(Advanced Host Controller Interface)는 기존 기계적인 HDD와 컴퓨터와의 연결 프로토콜인 반면 NVMe(Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification)는 SSD 형태의 저장장치와의 프로토콜이다.
  

하드디스크의 AHCI(NCQ) 기능을 사용해보자

SATA 방식의 하드디스크를 언급함에 있어 새롭게 떠오르는 기술이 레이드 시스템과 AHCI 즉 NCQ 기능이다. NCQ 기능은 다양한 명령 여러 개를 한꺼번에 처리하여 시스템의 생산성을 극대화하기 위해 개발되었다. 이러한 NCQ기능은 대용량 하드디스크에서 유용하게 사용할 수 있으며 메인보드와 하드디스크에서 모두 이 기능을 지원해야 사용할 수 있다.

AHCI 모드 알아보기

AHCI(Advanced Host Controller Interface)는 하드디스크 명령 전달 체계와 액세스 방법을 구체화해 데이터 전송 효율성을 높이기 위한 방법으로 이러한 데이터 접근 방법을 NCQ(Native Command Queuing)라고 한다.
SATA II 이전의 하드디스크는 하드디스크에 데이터 전송 명령을 내릴 때 어느 주소에 있는 어떤 데이터를 가져오라는 한 가지 명령을 수행할 수 있었지만 NCQ 기능이 내장된 하드디스크는 최대 서른두 개의 명령을 한꺼번에 수행할 수 있다. 물론 여러 개의 명령이 내려진다고 하더라도 동시에 데이터 여러 개를 가져오거나 쓸 수 있는 것 아니지만 여러 번 수행해야 할 명령을 한꺼번에 수행하여 명령 처리 순서를 체계화 할 수 있게 된다.
NCQ 기능을 사용하면 다음 그림에서 보는 것처럼 한꺼번에 여러 개의 명령을 수행하면서 데이터를 읽거나 쓰기 위한 헤드가 어떻게 움직여야 가장 효율적인가를 계산하여 움직이기 때문에 데이터를 읽거나 쓰는 데 걸리는 시간이 적어지게 된다.

(좌) NCQ가 지원되지 않는 HDD 헤드 동작과 (우) NCQ가 지원되는 HDD 헤드 동작

NCQ 설정하기

Windows 10에서는 CMOS Setup에서 하드디스크 구동방식을 AHCI 모드로 선택한 경우 자동으로 
Windows 10 설치 과정에서 AHCI 장치 드라이버를 설치한다.
CMOS 화면에서 하드디스크 구동방식을 AHCI 모드로 설정하는 방법은 다음과 같다.