從 mSATA、mPCIe 到 M.2 的轉變，以及 M.2 的開端
觀察各種小型尺寸裝置的設計，會發現有mSATA、mPCIe，以及最近推出的 M.2 介面。這些介面術語與在電腦硬體架構中實現 I/O 和資料傳輸的技術相關。然而，現今小型尺寸介面趨勢已從 mSATA 和 mPCIe 轉向 M.2 介面，並正在快速發展以滿足更快處理速度的需求。因此，為了應對穩健和緊湊型電腦介面的發展，了解每個介面的轉變以及它們在優勢方面的差異至關重要。
為了滿足更小、更緊湊裝置的需求，mini-SATA (mSATA) 是早期為縮小電腦周邊匯流排介面而開發的產品。目前的 mSATA 是 SATA (Serial Advanced Technology Attachment) 的迷你版本，因此兩者都使用 SATA 協定作為邏輯通訊介面。Mini SATA 卡尺寸有 30 x 50.95mm 的全尺寸和 30 x 26.8mm 的半尺寸，比 2.5 吋 SATA 硬碟小得多。mSATA 卡的小尺寸使其非常適合在空間受限的系統上進行 SATA 儲存擴充，例如嵌入式電腦、物聯網閘道器和工業平板電腦。透過 SATA 3.0 協定，mSATA 介面在效能方面可達到 6Gb/s 的傳輸速率，這使得 mSATA 成為緊湊且經濟實惠的儲存解決方案的良好選擇。
在一段時間內，mSATA 曾是流行的迷你擴充匯流排，直到 mPCIe 和 PCIe 3.0 被引入作為小型尺寸介面替代品。Mini PCIe 或 mPCIe 是 PCI Express（周邊元件互連高速）介面的微型版本，它利用電腦架構中的 PCIe 通道。mPCIe 和 mSATA 的相似之處在於它們的卡和插槽具有相同的尺寸，這在並排比較兩者時可能會造成混淆。然而，mPCIe 利用一個 PCI Express 通道和 USB 2.0 訊號。透過利用 PCIe 3.0 通道，mPCIe 比 mSATA 更快，傳輸速率可達 8Gb/s，提供額外的性能優勢。
此外，由於具備 PCIe 和 USB 2.0 訊號，mPCIe 擁有廣泛的應用，不僅僅是像 mSATA 那樣的儲存擴充匯流排。最初是為顯示卡以及 WiFi、藍牙、SIM 卡和 I/O 擴充等其他周邊設備而設計的，mPCIe 也能支援儲存擴充。這就是為什麼您可以在各種小型設備中找到不同的 mPCIe 卡。
儘管 mSATA 和 mPCIe 介面在小型尺寸設備中佔主導地位，但 M.2 介面正在迅速取代這些舊有介面。現今現代、緊湊且強大的硬體通常涉及各種高階技術，例如人工智慧 (AI) 或即時處理。這些高階技術需要低延遲和可靠的解決方案，以確保其關鍵任務應用程式能順利運行。因此，現今許多新產品都採用 M.2 尺寸作為其緊湊且強大的電腦匯流排介面。M.2 是 mSATA 和 mPCIe 介面在下一代尺寸方面的繼承者。M.2 介面利用多種技術，包括 x2 至 x4 PCIe 3.0 通道、NVMe (非揮發性記憶體快速)、SATA 協定和 USB 3.0 訊號。透過將 NVMe 協定與 x4 PCIe 通道結合使用，M.2 設備與 mPCIe 和 mSATA 設備相比，速度快得令人難以置信。（移除）
mSATA 和 mPCIe 標準正迅速成為過時的技術，取而代之的是 M.2。今天，M.2 介面正在引領緊湊、強大和極速運算技術進入下一代。因此，在本部落格中，我們將為您提供一個完整的概述，以了解 M.2 插槽、M.2 技術以及 M.2 設備在運算硬體技術中的潛力。
M.2 擴充插槽是什麼？
M.2 擴充插槽是主機板上內建擴充卡的規格。Intel 於 2012 年首次推出 M.2 插槽，當時稱為下一代尺寸規格 (NGFF)。 M.2 尺寸規格非常適合從基本無線網路卡到複雜 AI 加速器等眾多應用。此外，M.2 插槽由於能夠利用完整的 PCI Express 通道，因此比 mSATA 快得多。主機板上的 M.2 插槽可以利用兩個到四個 PCIe 通道，而 PCIe 4.0 在每個通道上擁有 16Gb/s 的傳輸速率，使得 M.2 速度驚人。因此，M.2 裝置比 mSATA 裝置快數百倍。
此外，M.2 匯流排介面、邏輯介面和裝置選擇比 mSATA 彈性得多：
- M.2 匯流排介面支援 PCIe 通道、SATA 和 USB。
- M.2 邏輯介面支援 NVMe 和 SATA 介面，可與現代和舊有技術相容。
- M.2 裝置應用多元，例如固態硬碟 (SSD)、無線網路卡、I/O 擴充卡和效能加速卡。
M.2 有什麼優點？
- 超小型模組 – 最小的 M.2 裝置比最小的 mPCIe 裝置小 18%。
- 彈性尺寸 – 主機板上的某些 M.2 埠支援多種 M.2 卡長度。
- 節能高效 – M.2 功耗限制在 7 瓦 (W)。
- M.2 裝置比 SATA 裝置快得多 – 快約 50% 到 650%。
- 極速規格：NVMe 協定和 PCIe 4.0，最高支援 x4 通道（每個通道 16Gb/s）
M.2 擴充插槽 | 外形規格與鍵位說明
M.2 介面功能多樣，支援各種不同外形規格和插槽類型的 M.2 卡。在此，我們將說明各種 M.2 外形規格和特定類型的鍵位，以協助您為您的 M.2 裝置和主機板上的 M.2 插槽選擇正確的規格。
M.2 鍵位說明
值得注意的是，並非所有 M.2 埠都相同。選擇 M.2 裝置或主機板上的 M.2 埠時，您需要注意主機板上標示的鍵位規格。M.2 鍵位是用於區分 M.2 連接器的邊緣連接器類型。插槽和裝置需要具有相同的鍵位才能相容。以下是一些最常見的 M.2 鍵位類型 (B、M、B+M、A、E、A+E)：
- B 鍵：卡片左側有六個針腳空隙，右側是主機控制器。
- B 鍵常見用途：SATA、PCIe x2 和 SSD。
- B 鍵介面支援：PCIe x2、SATA、USB 2.0/3.0、UIM、HSIC、SSIC、I2C 和 SMBus。
- M 鍵：卡片右側有五個針腳空隙，左側是主機控制器。
- M 鍵常見用途：PCIe x4 和 NVMe SSD。
- M 鍵介面支援：PCIe x4、SATA 和 SMBus。
B+M 鍵：B 鍵和 M 鍵的組合，卡片左側有 6 個針腳空隙，右側有 5 個針腳空隙，中心是主機控制器。B+M 鍵與主機板 M.2 介面上的 B 鍵和 M 鍵插槽都相容。
- A 鍵：卡片左側有 4 個針腳空隙，右側是主機控制器。
- A 鍵常見用途：WiFi、藍牙和蜂巢式模組。
- A 鍵介面支援：2x PCIe x 1、USB 2.0、I2C 和 Display Port (DP) x4。
- E 鍵：卡片左側有 12 個針腳空隙，右側是主機控制器。
- E 鍵常見用途：WiFi、藍牙和蜂巢式模組。
- E 鍵介面支援：2x PCI x1、USB 2.0、I2C、SDIO、UAT、PCM 和 CNVi。
A+E 鍵：A 鍵和 E 鍵的組合，卡片左側有 4 個針腳和 12 個針腳空隙，右側是主機控制器。A+E 鍵與主機板 M.2 介面上的 A 鍵和 E 鍵插槽都相容。
M.2 外形規格
大多數 M.2 擴充卡寬度為 22 毫米，長度選項有 30、42、60、80 和 110 毫米。此外，還有其他各種 M.2 寬度和長度，例如寬度為 12、15 和 30 毫米，長度為 12、26 和 38 毫米的模組，適用於較小的尺寸規格。M.2 裝置的尺寸編碼方法結合了特定模組的寬度和長度。例如，「2260」模組代碼表示 M.2 卡寬度為 22 毫米，長度為 60 毫米。此外，您需要確保主機板的 M.2 擴充插槽與 M.2 模組的尺寸和鍵位相容。為了提升升級性，有些主機板透過提供不同的安裝螺絲位置來支援具有多種長度選項的 M.2 擴充插槽。
單面和雙面 M.2
M.2 模組有多種厚度等級，包括單面和雙面模組。單面 M.2 模組可讓裝置更緊湊，適用於空間受限的應用。另一方面，雙面 M.2 模組可容納更多晶片，以適應 M.2 PCB（塑膠電路板），從而增加 M.2 模組的總容量。值得注意的是，M.2 模組兩側的厚度均不能超過 1.5 毫米，且 PCB 的厚度為 0.8 毫米 ± 10%。
如何在主機板上安裝 M.2 模組？
來源：Tomshardware
為成功地在主機板上安裝您的 M.2 模組，您必須確保 M.2 模組的尺寸規格與主機板 M.2 插槽規格相符。例如，一個規格代碼為「2240 E 鍵」的 M.2 模組，需要主機板上也有一個 22 毫米寬、40 毫米長的 E 鍵 M.2 埠。當模組和主機板具有相同的 m.2 相容性時，您可以拆下系統外殼，以便接觸帶有 M.2 插槽的主機板，並以 30 度角插入卡片。將卡片插入插槽後，將卡片向下按壓，使其與主機板平行，然後擰緊卡片末端的半圓形空隙，以將模組固定在主機板上。如果每個步驟都正確完成，您的系統應準備好搭載您指定的 m.2 模組啟動。
M.2 技術 | 訊號介面與儲存通訊協定
圖片來源：PCI Express、Serial ATA、USB、NVM Express
Intel 開發的 M.2 介面具有高度的靈活性和強大的功能，可應用於廣泛的應用。M.2 支援多種訊號介面，例如 PCI Express (PCIe 3.0 和 4.0)、Serial ATA (SATA 3.0) 和 USB 3.0。此外，多種匯流排介面使 M.2 擴充插槽具有高度的靈活性，適用於不同的應用，例如儲存應用、效能加速器、無線連接和 I/O 擴充模組。
此外，M.2 支援 SATA (AHCI) 和 NVMe 儲存通訊協定，提供傳統和現代的相容性。SATA 是一個傳統標準，使用 AHCI 或進階主機控制器介面作為儲存通訊協定，Intel 最初定義 AHCI 以優化 HDD（硬碟機）儲存中旋轉金屬盤上的資料操作。相較之下，NVMe 或非揮發性記憶體高速則旨在充分利用快閃晶片儲存（NAND 晶片）和 PCI Express 通道，以實現超快速的 SSD（固態硬碟）儲存。
M.2 可以應用於哪些場景？
由於 M.2 介面支援多種訊號介面和儲存通訊協定，因此 M.2 擴充插槽可以廣泛應用。從連接模組、儲存解決方案到效能加速器，實施 M.2 外形的應用正在不斷發展。特別是越來越多的設備需要緊湊型解決方案，M.2 外形規格非常適合滿足企業和消費級工作負載中的各種應用。
M.2 連接模組
圖片來源：Intel、Thales、IO Crest
您可以使用 M.2 擴充埠擴展系統的無線和有線連接。有許多無線網卡和 I/O 擴充模組採用 M.2 外形規格。這些 M.2 卡以緊湊的外形提供連接擴展性。以下是一些您目前可以獲得的 M.2 連接模組：
- M.2 WIFI 卡（最高支援 WiFi 6 802.11ax）
- M.2 藍牙卡（最高支援藍牙 5.0）
- SIM 卡模組（4G LTE 和 5G 模組）
- I/O 擴充模組：COM、LAN、USB 等
M.2 固態硬碟儲存解決方案
圖片來源：Samsung、Bplus Technology
市面上有各種不同尺寸和規格的 M.2 固態硬碟。從尺寸來看，M.2 固態硬碟提供各種 M.2 外形規格，具體取決於其儲存容量。一個簡單的經驗法則是，儲存容量越大，所需的 NAND 快閃儲存晶片越多，M.2 固態硬碟的尺寸或長度就越長。另一方面，從規格來看，您可以選擇 SATA 介面或NVMe介面固態硬碟。
M.2 SATA 固態硬碟與 M.2 PCIeNVMe固態硬碟的主要區別在於速度。SATA 介面的傳輸速率為 6Gb/s，存在速度瓶頸，而 PCIe 4.0 通道每個通道的傳輸速率為 16Gb/s。此外，M.2 介面能夠利用 x2或高達 x4 的 PCIe 通道，以實現高效能、低延遲的固態硬碟。M.2 固態硬碟的資料傳輸速度比 SATA 固態硬碟快 50% 到約 650%。比較這兩種 M.2 固態硬碟的讀寫速度，SATA 6Gb/s 固態硬碟的讀寫速度為 550MBps，而 M.2 PCIeNVMe固態硬碟的理論讀寫速度高達 3,500Gb/s 和 2,450Gb/s。以下是您目前可以獲得的 M.2 固態硬碟的一些規格：
- M.2 SATA 固態硬碟（AHCI 協定）– 讀寫速度 500MB/s
- M.2 PCIe 固態硬碟（AHCI 協定）– 讀寫速度 2Gb/s 和 1.5Gb/s
- M.2 PCIe NVMe 固態硬碟 – 讀寫速度 3.5Gb/s 和 2.45GB/s
重要提示：NVMe 固態硬碟速度極快。如果您想要最快的 M.2 固態硬碟，請選擇帶有 M Key 的 M.2 固態硬碟，因為它們支援 PCIe x4 通道，可以充分優化您的固態硬碟速度。
M.2 效能加速器
圖片來源：Intel、Coral.AI、研華
除了連接和儲存擴充模組外，效能加速器也迅速採用 M.2 外形，以利用其緊湊而強大的介面。這些效能加速器包括記憶體加速器、AI（人工智慧）加速器、深度學習加速器、推論加速器等。以下是您目前可以獲得的一些頂級 M.2 效能加速器：
- M.2 Intel Optane Memory – Intel 開發的 M.2 格式高速快取儲存。它加速其他磁碟的快取，以實現高速運算。
- M.2 VPU – Intel 的 Movidius VPU（視覺處理單元），旨在增強機器學習和邊緣電腦視覺的推論功能，這些應用需要堅固且緊湊的技術。
- M.2 TPU – Google 開發的張量處理單元，旨在加速大型複雜神經網路模型的訓練。這是一種緊湊 M.2 外形的強大且節能的 AI 加速器。
總而言之，M.2 介面令人難以置信的速度、緊湊的外形和高度的靈活性為眾多運算解決方案開闢了廣闊的機會，從簡單的解決方案到更先進複雜的運算解決方案，例如人工智慧、區塊鏈和 5G 技術。很高興看到下一代外形規格或 M.2、PCI Express 4.0 和NVMe技術將如何引領工業級運算中緊湊而堅固的解決方案的發展。
