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.
  

『초고속 SSD를 위한 인터페이스의 발전』

SSD의 최근 기술 동향은 부피는 최소화하고 성능은 최대한 높이는 방향으로 전개되고 있다. 부피를 줄이기 위해 메인보드상에서 mSATA와 M.2 폼펙터의 슬롯이 등장했는데, 단순히 부피가 작은 SSD 장착용을 넘어 성능을 극대화하는 인터페이스 발전이 이뤄지고 있다.

『초소형 mSATA의 등장과 주요 특징』

노트북 컴퓨터를 중심으로 메인보드에 부피를 최소화한 *mSATA(mini SATA)폼펙터(50X30mm)의 슬롯을 구성하고, mSATA SSD를 연결하여 SATA 대역폭은 패키지형 SSD와 동일하게 활용하는 방식이인기를 끌었다.
mSATA의 인터페이스는 SATA 3에서 좀 더 업그레이드된 SATA 3.1을 지원한다. SATA 3.1은 SATA 3와 대역폭은 동일하지만 전력 관리 기술과 향상된 트리밍 기술, mSATA에 SSD가 연결되면 자동으로 감지하여 SATA 단자는 비활성화되는 기능 등이 적용되었다.
컴퓨터 메인보드의 경우는 샌디브릿지와 짝을 이룬 최상위 Z68칩셋 메인보드부터 mSATA 슬롯을 제공하기 시작했다.
(*케이스로 패키징된 SSD에는 표준형인 2.5인치형과 1.8인치형의 micro-SATA가 있는데, mini SATA와는 다르다.)

『SSD의 고속화 시대를 연 SATA Express』

mSATA가 인기를 끌자 mSATA를 업그레이드한 M.2 슬롯과 함께 2개의 SATA단자와 1개의 PCIe 레인 컨트롤 단자를 사용하는 SATA Express가 등장했다.
SATA3.2로 불리는 SATA Express는 말 그대로 고속 SSD의 대역폭을 지원하기 위해 등장한 인터페이스로, PCIe 2.0 레인 두 개를 활용하면 10Gbps를 지원한다. PCIe 3.0 레인 두 개를 활용하면 16Gbps 대역폭을 지원한다.
SATA Express 단자는 SATA 단자 2개와 PCIe 레인 컨트롤용 단자를 묶어 3개의 단자를 사용하므로 SATA Express 케이블과 커넥터의 부피는 꽤 큰 편이다. SATA Express는 SSD의 고속화 시대를 열었지만 부피가 크고 기존 SATA 단자를 사용할 수 없게 만드는 관계로 대중화되지는 못했다.

『초고속 M.2 슬롯의 등장과 NVMe 컨트롤러』

M.2 슬롯은 길이에 따라 4가지 규격, 즉 42/60/80/110mm 크기의 SSD를 설치할 수 있다.
인텔의 100시리즈 칩셋부터 고속 SSD의 대중화에 발맟춰 M.2 SSD용 NVMe(Non Volatile Memory Express) 컨트롤러가 지원된다.
100시리즈 칩셋에서는 SATA Express도 ACHI 컨트롤러 대신 NVMe 컨트롤러를 지원한다.
NVMe는 처음부터 고속 SSD를 위해 개발된 인터페이스로, PCIe 3.0 레인 4개(32Gbps)의 대역폭까지 지원한다. NVMe 컨트롤러는 인텔의 100시리즈 칩셋부터 지원되므로 7x, 8x, 9x 시리즈의 메인보드의M.2 슬롯에서는 M.2 용 NVMe SSD를 사용할 수 없다.
때문에 메인보드에 M.2 슬롯이 제공된다 하더라도 ACHI 컨트롤러 기반의 SSD만 사용할 수 있다.