什么是 M.2 SSD？

M.2 SSD，我们通常称之为固态硬盘，用作计算机的存储设备，并加速操作系统速度。此外，它的外形尺寸非常小，可以轻松安装在超薄笔记本电脑中。M.2 SSD 比普通的机械硬盘快 25 倍甚至更快。它有助于我们非常快速地加载安装在我们计算机上的软件。

SSD 是一种存储介质格式，用于存储永久性固态闪存数据。与硬盘驱动器不同，SSD 没有活动的部件用于拆分、转动或翻转。M.2 SSD 的设计最初被称为“下一代功能集”，但“下一代”一词已被 M.2（读作 M 点 2）取代。

M.2 SSD 外形尺寸

M.2 SSD 呈矩形。它可以是 22 毫米宽，60 毫米或更长。卡的体积也可以变化。它可以在更小的外形尺寸内拥有更多的 NAND 芯片，从而为计算机提供更多数据。M.2 SSD 可以有两种不同的形式。一种是卡片形式，另一种是普通硬盘，我们可以轻松地将其安装在我们没有 M.2 插槽的旧笔记本电脑或计算机中。

请注意 22 毫米的宽度；这是 Windows 计算机的常态。80 毫米或 110 毫米长的卡片可以容纳 8 个 NAND 芯片，提供 2 TB 存储空间。

M.2 SSD 与 mSATA 对比

M.2 通常被认为是 mSATA 的替代品，但 mSATA SSD 仍然存在，并且很可能会继续出现在支持此功能集的笔记本电脑平台上。由于 M.2 和 mSATA 卡是不同的设计尺寸，并且具有不同的连接器，因此它们不能安装在同一台机器上；它们都有各自的用途。

M.2 SSD 如何工作？

M.2 SSD 代表了存储技术的革命性飞跃，将紧凑的设计与闪电般的速度相结合。与传统的硬盘驱动器（使用旋转盘片）或甚至标准 2.5 英寸 SSD（依赖 SATA 连接）不同，M.2 驱动器在数据存储和检索方面采取了完全不同的方法。

物理设计和连接

乍一看，M.2 SSD 存储设备与传统设备没什么两样。这些纤薄的条状模块通常宽度仅为 22 毫米，长度各不相同（标准尺寸包括 2242、2260 和 2280，其中前两位数字表示宽度，后两位数字表示长度，单位为毫米）。

这种紧凑的外形尺寸使其可以安装在主板上，无需任何线缆。M.2 连接器是主板上的一个小插槽，支持各种存储设备。安装 M.2 SSD 时，它就像一个扁平的形状贴在主板上，占用空间最小。这种设计对于小型 PC 和笔记本电脑尤其有利，因为这些设备内部空间有限。

接口选项：SATA 与 PCIe/NVMe

M.2 使 SSD 尤其有趣，因为它能够使用各种通信协议

1. 基于 SATA 的 M.2 SSD

• 使用与传统 2.5 英寸 SSD 相同的 AHCI 协议
• 提供类似的性能（顺序读/写约 550MB/s）
• 主要受益于紧凑的外形尺寸，而不是速度的提升。

2. PCIE/NVME M.2 SSD

• 使用计算机的 PCI Express (PCIe) 通道进行数据传输
• 采用专为闪存设计的 NVME 协议
• 速度可达 7,000MB/s (PCIE 4.0) 甚至 12,000MB/S (PCIE 5.0)
• 与 SATA 驱动器相比，延迟大大降低。

主要区别在于这些驱动器如何与系统的其余部分通信。虽然 SATA 最初是为具有移动部件的机械硬盘设计的，但 NVMe 从头开始设计，以充分利用闪存的优势。

M.2 SSD 中的数据如何移动？

当您的计算机读取或写入 M.2 SSD 中的数据时，该过程非常高效

1. 对于 NVME SSD

• CPU 通过 PCIe 通道直接与 SSD 通信
• NVME 精简的命令集可减少处理开销。
• 所有队列（最多 64,000 个！）支持并行处理请求。
• 数据通过高带宽 PCIe 通道传输，而不是缓慢的 SATA 总线。

2. SATA M.2 SSD

• 数据必须像传统驱动器一样通过 SATA 控制器发送。
• 使用具有底层限制的旧 AHCI 协议。
• 闪存速度仍然有益，但 SATA 接口存在瓶颈。

在 M.2 上，SSD 将数据存储在 NAND 闪存单元中，这些单元通过 3D NAND 技术垂直堆叠以提高密度，在现代驱动器中。控制器芯片负责所有操作，包括磨损均衡（以延长寿命）和错误校正。

了解不同类型的 M.2 插槽

M.2 插槽已成为现代 PC 中高速存储的标准，但并非所有 M.2 插槽都相同。它们在长度和支持的协议方面有所不同，这会影响兼容性和性能。无论您是升级存储还是构建新 PC，了解这些差异都很重要。

M.2 指的是“键”连接器上的注释，它决定了它支持哪种类型的设备。有三种最常见的键类型

1. M 键（面向 PCI/NVME）

M 键配置使用五个引脚，连接器右侧有一个缺口。此设计主要支持高速 PCI (NVMe) SSD，尽管一些 M 键插槽也可以容纳基于 SATA 的设备。

M 键的架构实现了完整的 PCIe X4 带宽，非常适合能够通过 PCIe 5.0 技术实现高达 12,000 MB/s 持续速度的尖端解决方案。这些主要类型已成为注重性能的系统（包括游戏 PC 和专业工作站，其中存储速度很重要）的标准。

2. B 键（支持 SATA 和 PCIe）

B 键具有左侧缺口，使用六个引脚，提供与 SATA 和 PCIe 设备广泛的兼容性，尽管 PCIe 通常限制在 X2 速度。此配置通常出现在预算导向的系统和较旧设备中，支持入门级 SSD 和各种外围卡。

虽然 B 键插槽在技术上可以处理 NVME 驱动器，但其带宽限制为 M 键插槽的一半。许多无线网卡和一些专用扩展设备也使用此键类型，使其成为各种计算需求的灵活解决方案。

3. B+M 键（双兼容）

B+M 键设计覆盖了连接器两侧的缺口，创建了一个混合解决方案，可以物理上插入 B 键或 M 键插槽。这种通用兼容性伴随着性能的权衡，因为这些驱动器通常以 SATA 速度运行或根据主机插槽功能降低 PCIe 带宽。

制造商经常使用这种主要类型的 SSD，旨在在各种系统中运行，从旧笔记本电脑到现代台式机。B+M 主要设备虽然不提供顶级性能，但为偏爱灵活性而非原始速度的用户提供了出色的兼容性。

4. E 键（Wi-Fi 和蓝牙卡）

与面向存储的键不同，E 键配置主要服务于无线通信设备。这些插槽通常通过 PCIe 或 USB 接口容纳 Wi-Fi 和蓝牙适配器。E 键独特的缺口位置阻止了存储设备的随意插入，而其电气设计则适应了无线网络组件的特定要求。

许多笔记本电脑制造商和一些台式机主板制造商都包含 E 键插槽，以实现可根据需要升级或更换的模块化无线连接解决方案。尽管 M.2 生态系统的这一部分经常被忽视，但这种专业性使 E 键很重要。

在 M.2 B+M 键和 M 键 SSD 之间进行选择

在评估 M.2 B+M 键与 M 键固态硬盘时，存在许多技术和实际考虑因素，这些因素会显著影响系统的性能和兼容性。根本区别在于它们支持的接口协议，这直接影响了它们的速度能力和对特定应用程序的适用性。

M 键 SSD 仅使用 PCIe 接口和 NVMe 协议，提供卓越的数据传输速率，超越了传统的基于 SATA 的存储解决方案。这种架构使它们在要求苛刻的计算环境（如高端游戏装备、视频编辑工作站和数据密集型应用程序）中特别有价值，在这些环境中，快速的文件访问和吞吐量至关重要。B+M 键通过其双通道设计支持 SSD、SATA 和 PCIe 接口，提供了更灵活的选择。

这种混合方法提供了与各种主板配置的广泛兼容性，这使得这些驱动器对拥有旧系统或需要跨设备兼容性的用户特别有吸引力。虽然 B+M 键可以在 SSD PCIe 接口上运行，但它们的带宽通常不如专用的 M 键驱动器，通常限制为 PCIe X2 而不是 M 主要设备可用的完整 X4 通道。这使得它们适用于不需要极高速度的正常计算功能，但对各种系统具有灵活性。

物理尺寸是这两种 SSD 之间另一个关键区别。M 键 SSD 主要采用 2280（80 毫米）和 22110（110 毫米）外形尺寸，22110 型号的加长长度可容纳额外的 NAND 芯片以获得更大的存储容量。

相比之下，B+M 键驱动器更常见于 2280 和 2260（60 毫米）尺寸，其中较短的型号对于超极本和紧凑型迷你 PC 等空间受限的设备特别有利。这种尺寸变化直接影响存储潜力，较长的 M 键驱动器通常提供更高的最大容量，这对于需要大量本地存储的用户来说是理想的选择。

这两种 SSD 类型之间的选择最终取决于具体的用例和系统要求。B+M 键驱动器在多功能性方面表现出色，非常适合兼容各种系统的升级场景，或在不需要绝对最高性能的预算有限的配置中。M 键 NVMe SSD 在性能关键型应用中占主导地位，为专业人士和发烧友提供最快的存储速度。

用户必须仔细评估其主板的插槽配置、性能需求和物理空间限制，才能在这些选项之间进行选择，以确保最佳的系统性能和价值。

M.2 SSD 的优点

M.2 SSD 有许多优点，其中一些如下

• 紧凑的物理尺寸

M.2 SSD 最显著的优点在于其惊人的小巧尺寸。这些驱动器宽度仅为 22 毫米，长度在 30 毫米到 110 毫米之间，占用的空间不到传统 2.5 英寸 SSD（尺寸为 100 毫米 × 69.85 毫米）甚至旧 MSATA 格式（50.8 毫米 × 29.85 毫米）的几分之一。

这种尺寸的急剧减小使得计算机制造商能够制造出提供足够存储容量的超薄、轻便的设备。紧凑的外形尺寸使 M.2 SSD 尤其适合空间有限的应用，例如超极本、迷你 PC 和高密度服务器环境，在这些环境中每一毫米都很重要。

• 增强的存储潜力

除了物理紧凑性之外，M.2 SSD 还提供令人印象深刻的存储密度能力。当前型号的容量从 16GB 到 8TB 不等，并且 NAND Flash Memory 技术的进步不断拓展这些界限。

M.2 格式的电路板空间的高效利用使得制造商能够在给定区域内包含比旧外形尺寸更多的内存芯片。这与 MSATA 标准相比有了显著改进，由于其更严格的物理尺寸和旧的设计规范，MSATA 标准通常仅限于 256 GB 的最大容量。

• 接口灵活性

M.2 标准最通用的功能之一是它支持多种接口协议。与仅限于特定连接类型的旧外形尺寸不同，M.2 SSD 可以根据具体实现和主板支持来利用 SATA、PCIe 或 NVMe 协议。

这种灵活性使得系统构建者和升级者能够根据其特定需求选择功率效率和成本的最佳平衡。能够支持 PCIe 通道上的尖端 NVMMI 技术，同时保持与 SATA 的向后兼容性，这使得 M.2 对许多用户来说是一项特别面向未来的投资。

• 性能优势

当配置为使用 NVMe 协议的高速接口（如 PCIe 4.0 或 5.0）时，M.2 SSD 的性能与传统的基于 SATA 的存储解决方案相比有了显著的飞跃。直接的 PCIe 连接消除了旧 SATA 接口的带宽限制，使得最新一代驱动器的顺序读/写速度可以达到 12,000MB/s。

这转化为系统启动时间、近乎即时的应用程序加载，以及在视频编辑或大文件传输等视频密集型任务期间的响应能力得到极大改善。此外，在 SATA 配置中，M.2 SSD 也受益于主板的 eficient 设计和现代控制技术。

M.2 SSD 的缺点

M.2 SSD 的一些常见缺点如下

• 高昂的价格结构

M.2 SSD 所需的先进技术和制造工艺通常比传统 2.5 英寸 SSD 的成本更高。这种价格溢价源于多种因素，包括更复杂的 PCB 设计、高等级内存芯片以及最大化紧凑外形尺寸性能所需的高级控制器。

虽然由于技术成熟，价格差异有所缩小，但对于基本存储需求且不需要最高性能的预算有限的消费者来说，传统 SATA SSD 仍然更具经济吸引力。

• 性能差异

并非所有 M.2 SSD 的性能都相同，因为外形尺寸本身并不能保证速度。实际性能特征高度依赖于特定的接口协议（SATA vs. NVMMI）和 PCIe 技术的代际。

使用 SATA 协议的 M.2 SSD 通常被识别为 2.5 英寸 SSD，而 NVMMI 型号的速度可以快七倍。这种差异意味着消费者应仔细评估规格，而不是假设所有 M.2 驱动器都提供更好的性能。

• 热量和物理脆弱性

M.2 SSD 的紧凑设计带来了一些独特的挑战。由于组件的散热面积小，在重载下，这些驱动器可能会比大型驱动器产生更高的温度。

许多高性能型号都配备了热节流机制，以防止过度热损坏，这可能导致连续运行期间速度暂时降低。此外，暴露的电路板设计使其比传统 SSD 的附加设计更容易受到不当处理造成的物理损坏。

• 兼容性限制

尽管 M.2 已成为现代系统中的几乎通用标准，但兼容性问题仍然可能出现。旧的主板可能完全没有 M.2 插槽，或者仅支持 SATA 协议而不是 NVME 标准。不同主板（B 键、M 键或 B+M 键）和支持的长度（通常是 2242、2260、2280 或 22110）也存在差异。

此外，一些笔记本电脑制造商还使用专有的 M.2 实现，这限制了升级选项。在购买驱动器之前，需要仔细研究系统的特定 M.2 功能。

M.2 SSD 的未来

M.2 SSD 凭借其紧凑的外形尺寸、闪电般的速度和 eficiency 已经改变了存储技术。但这种发展并未停止，Nand Flash、PCIe 接口和新架构有望带来更高的性能、容量和可靠性。

PCI-E 5.0、6.0 及更快的速度

• PCIe 5.0 SSD 的推出已经使带宽与 PCIe 4.0 相比翻倍，顺序读/写速度超过 14,000 MB/s。但下一步的飞跃——PCIe 6.0——即将到来，它有望达到 28,000 MB/s 的速度（是 PCIe 5.0 的两倍）。
• PCIe 5.0 的采用率正在提高，出现了希捷 FireCuda 540 和重要的 T700 驱动器。
• PCIe 6.0 SSD（预计在 2025-2026 年推出）将进一步减少 AI、机器学习和实时数据处理的延迟。
• NVME 2.0 将适应更 eficient 的规范，并改进队列管理和多设备支持。
• 然而，热量挑战仍然存在。高速度会产生更多热量，需要更好的冷却解决方案，例如石墨烯散热器和蒸汽室。

3D NAND 和 QLC/PLC 闪存的高密度

• 美光、SK 海力士和三星等公司已经生产出 200 层以上的 3D NAND，这使得在标准的 2280 尺寸中可以实现 8TB+ 的 M.2 SSD。
• QLC SSD（每单元 4 位）正在普及，提供经济实惠的大容量存储（例如 8TB m.2 驱动器）。
• PLC（每单元 5 位）正在开发中，可能实现 16TB+ 的 M.2 SSD，尽管耐久性是一个挑战。

AI 和 CXL（Compute Express Link）在 AI 和数据中心的应用

• CXL（Compute Express Link）是一种新兴的互连技术，允许 CPU、GPU 和 SSD 更 eficient 地通信。
• 未来的 M.2 SSD 可以集成 CXL 内存池，实现：多台服务器共享 SSD 存储（减少 AI/ML 工作负载的延迟）。
• 直接内存访问（例如 RAM），用于超低延迟存储。NVME-Over-Fabrics (NVME-off) 扩展允许远程 SSD 的性能像本地驱动器一样。

增强的耐用性和可靠性

• SSD 容量、寿命和数据完整性的提高仍然很重要。
• 更好的算法来防止数据损坏。Zond Namespace (ZNS) 适应写入模式，减少磨损并提高耐用性。
• 对未来 AI 驱动的故障检测的研究可能会使 SSD 能够修复坏块。

常见问题解答 - M.2 SSD

Q1. M.2 SSD 比传统硬盘快吗？

答：M.2 SSD 使用无移动部件的闪存，并利用高速 PCIE/NVME 接口，通过消除机械延迟和使用直接 CPU 通信，速度可比 HDD 快 25 倍。

Q2. 所有 M.2 SSD 都能安装到任何 M.2 插槽吗？

答：不能。兼容性取决于物理尺寸（如 2280 或 22110 尺寸）和键类型（B 键、M 键或 B+M 键）；M 键插槽搭配 NVMe 驱动器需要 M 键插槽，而 SATA M.2 驱动器通常使用 B+M 键。

Q3. 为什么有些 M.2 SSD 的表现比其他的好？

答：性能接口（SATA vs. PCIE/NVME）、PCIE 代际（3.0/4.0/5.0）、Nand 类型（QLC/TLC）和控制器质量——NVME PCIE 4.0 驱动器速度可比 SATA M.2 型号快 12 倍。

Q4. NVME M.2 SSD 如何提高性能？

答：NVME 通过并行处理（64,000 个命令队列的 1 个队列 vs. SATA）、消除 SATA 带宽限制（550MB/s）以及实现直接 PCIe 通道访问，速度可达 12,000MB/s 以上，从而减少延迟。

Q5. M.2 SSD 的热挑战是什么？

答：其紧凑的设计会集中高速 NAND 和控制器的热量，可能导致过热，需要散热解决方案，包括主板散热器、石墨烯垫或用于连续性能的售后铜散热器。

Q6. M.2 SSD 比 2.5 英寸 SSD 贵吗？

答：高级 PCIE/NVME 控制器、优质 3D NAND 芯片、紧凑外形尺寸下的复杂 PCB 设计以及高昂的成本源于实现尖端速度所需的新制造工艺。