M.2

M.2

M.2 2280ソリッドステートドライブ(SSD)、幅 22 mm、長さ 80 mm
接続先	次のいずれかのマザーボード : PCIe 3.0 ×4 PCIe 4.0 ×4 PCIe 5.0 ×4 シリアルATA3.0 USB3.0 について
一般的なメーカー	インテル ファイソン リアルテック サムスン シリコンモーション SKハイニックス
デザイン会社	PCI-SIG
紹介された	2013年11月1日; 11年前 ( 2013-11-01 )
寸法	22mm×30mm 22mm×42mm 22mm×60mm 22mm×80mm 22mm×110mm

M.2 は、エムドットツーと発音され^[1]、以前は次世代フォームファクタ( NGFF ) と呼ばれていましたが、内部に取り付けられたコンピュータ拡張カードと関連コネクタの仕様です。M.2 は、Mini SATA ( mSATA ) 規格と Mini PCIe ( mPCIe ) 規格に代わるものです (Mini SATA 2 から M ドット 2 という短縮名が付けられたのはそのためです)。より柔軟な物理仕様を採用した M.2 では、さまざまなモジュール幅と長さが可能で、より高度なインターフェイス機能も利用できるため、M.2 は一般に mSATA よりもソリッドステートストレージアプリケーション、特にウルトラブックやタブレットなどの小型デバイスに適しています。^{[2] [3] [4]}

M.2 コネクタを通じて提供されるコンピュータバスインターフェースは、PCI Express x4 (最大 4レーン)、シリアル ATA 3.0、USB 3.0 (後者 2 つにそれぞれ 1 つの論理ポート) です。M.2 ホストまたはモジュールの製造元は、必要なホストサポートのレベルとモジュールの種類に応じて、サポートするインターフェースを選択します。異なる M.2 コネクタのキーノッチは、M.2 ホストとモジュールの両方のさまざまな目的と機能を示し、M.2 モジュールが互換性のないホストコネクタに挿入されるのを防ぎます。^{[2] [3] [5]}

M.2仕様では、論理インターフェイスレベルで従来のAdvanced Host Controller Interface (AHCI)をサポートするほか、 M.2 PCI Express SSDの論理デバイスインターフェイスとしてNVM Express (NVMe)をサポートしています。AHCIのサポートにより、従来のSATAデバイスや従来のオペレーティングシステムとのソフトウェアレベルの下位互換性が確保されますが、NVM Expressは、高速PCI Expressストレージデバイスの機能を最大限に活用して、多数のI/O操作を並行して実行できるように設計されています。^{[2] : 14  [6]}

M.2 モジュールは、Wi-Fi、Bluetooth、衛星ナビゲーション、近距離無線通信(NFC)、デジタルラジオ、WiGig、ワイヤレス WAN (WWAN)、ソリッドステートドライブ(SSD) などの複数の機能を統合できます。^[7] SATAリビジョン 3.2仕様は、2013 年 8 月のゴールド リビジョンで^{[アップデート]}、ストレージ デバイスの新しい形式として M.2 を標準化し、そのハードウェア レイアウトを指定しています。^{[2] : 12  [8]} M.2 コネクタを介して公開されるバスには、 PCI Express (PCIe) 3.0 以降、シリアル ATA (SATA) 3.0、USB  3.0 などがあり、これらの標準はすべて下位互換性があります。

M.2仕様は、最大4つのPCI Expressレーンと1つの論理SATA 3.0（6 Gbit/s）ポートを提供し、同じコネクタを介して公開されるため、PCI ExpressとSATAの両方のストレージデバイスがM.2モジュールの形で存在できます。公開されたPCI Expressレーンは、バス抽象化の追加レイヤーなしで、ホストとストレージデバイス間の純粋なPCI Express接続を提供します。^[9] PCI-SIG M.2仕様は、2013年12月現在の改訂版1.0で^{[アップデート]}、詳細なM.2仕様を提供しています。^{[2] : 12  [10]}

M.2ストレージデバイスとのインタフェースに使用される論理デバイスインタフェースとコマンドセットには3つのオプションがあり、M.2ストレージデバイスのタイプと利用可能なオペレーティングシステムのサポートに応じて使用できます。^{[2] : 14  [6] [9]}

レガシーSATA

SATA SSD に使用され、AHCI ドライバーと、M.2 コネクタを通じて公開される従来のSATA 3.0 (6 Gbit/s) ポートを介してインターフェースされます。

AHCI を使用した PCI Express

PCI Express SSD に使用され、AHCIドライバーを介してインターフェイスされ、PCI Express レーンを提供し、パフォーマンスの低下を犠牲にして、オペレーティング システムで広く普及している SATA サポートとの下位互換性を提供します。AHCI は、システム内のホスト バス アダプター(HBA)の目的が、CPU/メモリ サブシステムを回転磁気メディアに基づくはるかに低速なストレージ サブシステムに接続することであるときに開発されました。その結果、AHCI は、回転メディアよりもRAMのように動作する SSD デバイスに適用すると、本質的に非効率になります。

NVMe を使用した PCI Express

PCI Express SSD に使用され、NVMeドライバーと提供された PCI Express レーンを介してインターフェイスされ、特に PCI Express SSD とのインターフェイス用に設計および最適化された高性能でスケーラブルなホスト コントローラー インターフェイスとして機能します。NVMe は、PCI Express SSD の低レイテンシと強化された並列処理を活用し、現代のCPU 、プラットフォーム、アプリケーションの並列処理を補完するように、ゼロから設計されています。高レベルでは、AHCI に対する NVMe の主な利点は、より少ないステージでのデータ転送、より深いコマンド キュー、より効率的な割り込み処理などの設計上の利点に基づいて、ホストのハードウェアとソフトウェアで並列処理を活用する NVMe の能力に関連しています。

M.2規格は、既存のPCI Express Mini Card（Mini PCIe）フォームファクタとコネクタを使用するmSATA規格に基づいています。M.2は、より大きなプリント基板（PCB）の可能性を追加し、より長いモジュールと両面コンポーネントの配置を可能にします。その結果、M.2 SSDモジュールは、mSATAデバイスのフットプリント内で2倍のストレージ容量を提供できます。^{[2] : 20、22–23  [4] [13]}

M.2モジュールは長方形で、片側にエッジコネクタがあり、反対側のエッジの中央に半円形の取り付け穴があります。エッジコネクタには75の位置があり、最大67ピンがあり、0.5 mmピッチを採用し、PCBの反対側のピンは互いにオフセットされています。コネクタの各ピンの定格は最大50  Vおよび0.5  Aで、コネクタ自体は60回の嵌合サイクルに耐えるように指定されています。^{[14] : 6}ただし、マザーボードにある多くのM.2スロット（ソケット1、2、3）は、最大3.3 Vの電力しか供給しません。^{[15] [16] [17]}

M.2規格では、モジュールの幅は12、16、22、30 mm、長さは16、26、30、38、42、60、80、110 mmが認められています。市販のM.2拡張カードの初期ラインナップは幅22 mm、長さは30、42、60、80、110 mmです。^{[3] [5] [14] [18]} M.2モジュールサイズのコードには、特定のモジュールの幅と長さの両方が含まれています。たとえば、モジュールコードが「2242」の場合、モジュールの幅は22 mm、長さは42 mmであることを意味し、「2280」はモジュールの幅が22 mm、長さが80 mmであることを示します。

M.2 モジュールは、ホストの回路基板によって提供される嵌合コネクタに取り付けられ、1 本の取り付けネジでモジュールが固定されます。コンポーネントはモジュールのどちらの側にも取り付けることができますが、実際のモジュールの種類によってコンポーネントの厚さが制限されます。コンポーネントの最大許容厚さは片側 1.5 mm で、PCB の厚さは0.8 mm ± 10%です。^[10] 片面および両面 M.2 モジュールには異なるホスト側コネクタが使用され、M.2 拡張カードとホストの PCB の間に異なる量のスペースが提供されます。^{[4] [5] [14]} ホストの回路基板は通常、複数の長さの M.2 モジュールを受け入れるように設計されているため、長い M.2 モジュールを受け入れることができるソケットは、通常、取り付けネジの位置を変えることで短いモジュールも受け入れます。^{[19] [20]}

M.2 モジュールの PCB には 75 ポジションのエッジ コネクタがあります。モジュールの種類によっては、特定のピン位置が削除され、1 つ以上のキー ノッチが設けられます。ホスト側の M.2 コネクタ (ソケット) には、1 つ以上の嵌合キー位置が設けられ、ホストが受け入れるモジュールの種類を決定します。2014 年 4 月現在^{[アップデート]}、ホスト側のコネクタには、嵌合キー位置が 1 つだけ設けられています (B または M)。^{[5] [14] [11]} さらに、SATA または 2 つの PCI Express レーン (PCIe ×2) 用にキーが付けられた M.2 ソケットは「ソケット 2 構成」または「ソケット 2」と呼ばれ、4 つの PCI Express レーン (PCIe ×4) 用にキーが付けられたソケットは「ソケット 3 構成」または「ソケット 3」と呼ばれます。^{[2] : 15  [24]}

たとえば、B と M の位置に 2 つのノッチがある M.2 モジュールは最大 2 つの PCI Express レーンを使用し、同時により広い互換性を提供しますが、M の位置に 1 つのノッチしかない M.2 モジュールは最大 4 つの PCI Express レーンを使用します。どちらの例も SATA ストレージデバイスを提供する場合があります。同様のキーは、提供されている USB 3.0 接続を利用する M.2 モジュールにも適用されます。^{[5] [11] [25]}

さまざまなタイプの M.2 モジュールは、「WWLL-HH-KK」または「WWLL-HH-K」という命名方式で表されます。ここで、「WW」と「LL」はそれぞれモジュールの幅と長さをミリメートル単位で指定します。「HH」部分は、モジュールが片面か両面か、および搭載コンポーネントの最大許容厚さをエンコード形式で指定します。可能な値は、上記の右側の表に記載されています。モジュールのキーは、「KK」部分で指定され、上記の左側の表のキー ID を使用してエンコード形式で指定します。モジュールにキー ノッチが 1 つしかない場合は、「K」のみで指定することもできます。^{[5] [14]}

M.2規格には、ソケット付きモジュールの他に、永久的にはんだ付けされた片面モジュールのオプションも含まれています。 ^[14]

2017年、サムスンは次世代スモールフォームファクタ（NGSFF）と呼ばれる新しいフォームファクタを導入しました。これはNF1またはM.3とも呼ばれ、サーバーアプリケーションでU.2に取って代わる可能性があります。 ^[26] NGSFFコネクタは、M.2（リビジョン1.1）のコネクタと電気的および寸法的に互換性があり、新しい機能は以前は使用されていなかった（N/C）ピンによって実現されます。^[27] M.2と比較した主な変更点は次のとおりです。

• SSDの幅（または「高さ」）は22 mmから30.5 mmに増加し、厚さは3.88 mmから4.38 mmに増加しました。これらの変更により、ラックユニット内に収まりながら、より多くのNANDチップをSSDに搭載できるようになりました。^[28]
• 12V電源用の新しいピン。デバイスは、オプションとなっている古い3.3Vではなく、主に12V電源を使用することになっています。^[28]
• 1つのNGSFFポートで2つのPCIeポート（それぞれ2レーン）を実行する機能。^[27]
• ラックマウントサーバーの特徴：ホットスワップサポート、インジケータLED、SSDトレイ（新しいネジ穴付き）。^[27]

2018年、PCI-SIGは、NGSFFの新しいピンの使用法が、M.2規格の次期1.2改訂版のピンの使用法と衝突するという警告を発した。新改訂版では、以前は接続されていなかった（N/C）ピンの一部を使用して、「M」ソケットで1.8Vの電力とUSB 2.0データを供給している。サムスンは、JEDECを通じてNGSFF/NF1の標準化を目指してきたが、そのプロセスは行き詰まっているようだ。^[29]

JEDEC JESD233は、XFM組み込みおよびリムーバブルメモリデバイス（XFMD）用のクロスオーバーフラッシュメモリ（XFM）と呼ばれる別の仕様です。これは、M.2フォームファクタを大幅に小型のもの（XT2とも呼ばれる）に置き換えることを目的としており、はんだ付けメモリの代替としても設計できます。XFM Expressは、 PCI Express物理インターフェイスを介してNVMe論理インターフェイスを使用します。 ^{[30] [31]}

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  M.2 2242 SSDをUSB  3.0アダプタに接続し、コンピュータに接続します
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  M.2モジュール用ドッキングステーション
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  ドッキングステーションの接続スロット
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  1 TB のストレージ容量を備えた Samsung 980 PRO PCIe 4.0 NVMe SSD
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  M.2 2230（左）とM.2 1630 WiFiカード

• エンタープライズおよびデータセンター標準フォームファクタ(EDSFF)
• インターフェースビットレートのリスト
• NVM エクスプレス(NVMe)
• ソリッドステートドライブ § 構成
• U.2

ウィキメディア・コモンズには、 M.2に関連するメディアがあります。

• シリアルATA国際機構（SATA-IO）公式サイト
• 周辺機器相互接続特別利益グループ(PCI-SIG) 公式ウェブサイト
• 次世代 SSD を高速化するインターフェース、M.2 を理解する、Ars Technica、2015 年 2 月 9 日、Andrew Cunningham 著
• LFCS: 不揮発性メモリデバイス向けの Linux の準備、LWN.net、2013 年 4 月 19 日、Jonathan Corbet 著
• PCIe SSD 101: 標準、市場、パフォーマンスの概要、SNIA、2013 年 8 月、2014 年 2 月 2 日のオリジナルからアーカイブ
• M.2 ピン配置の説明とリファレンス デザイン、2020 年 1 月 28 日、Congatec のアプリケーション ノート
• インターフェースカードマウント – 米国特許 20130294023、2013 年 11 月 7 日、Raphael Gay に譲渡