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M.2 SSD 選購指南——SATA、PCIe/NVMe 掌握要訣

伴隨著固態硬碟的逐漸普及,以及初代 M.2 PCIe SSD 曾因價格定位到達甜蜜點,得以其高性能價格比而襲捲市場之故,傳統 SATA 介面於頻寬上逐漸顯露其捉襟見肘之態勢。在各種因素之交互作用之下,M.2 SSD 遂成為市場之新風潮。然而關於 M.2 SSD 其規格型式(至少有兩種主流介面型式,以及與其相關的兩種不同插槽類型,而其中一種插槽尚有三種不同之 介面/協定 相容性),卻成為令消費者困擾不已之難題。在此我們特別以專文來介紹 M.2 SSD 其規格與相容性之相關知識,如此讓消費者於採買時,可擁有更明確之選購資訊。

關於 M.2:不僅僅專屬於 SSD 之硬體規範

M.2 原先被稱為 NGFF(Next Generation Form Factor,字面意義為次世代硬體規範)。而 NGFF 於其原生定義中,廣泛涵蓋了 PCIe、SATA 以及 USB 等硬體介面之各類裝置。亦即,一件原本為標準 PCIe 或 SATA 或 USB 介面之裝置,可依循 NGFF 之外型尺寸規範及腳位定義,來加以重行設計,以此化身為一 M.2 型式之同款裝置。

此外,考量到 PCIe/SATA/USB 等不同介面之裝置,各自之腳位訊號與電氣特性皆存在著極大差異。M.2/NGFF 為此定義了多組的插槽防呆位置(或稱防呆鍵位,目前存在於實體產品之型式計有 A/B/E/M key),來避免不同硬體介面裝置因位腳座尺寸相近,而產生混插或誤插之情事,最後導致不正常運作或損壞之困擾。

承上,由於原有 PCIe、SATA 或 USB 之裝置皆可以轉設計為 M.2 之型式,以此 M.2 其並非專屬於 SSD 之格式規範。其他諸如 Wi-Fi/Bluetooth、GPS 或 NFC 介面卡等,目前皆已有 M.2 格式之產品。而這些裝置原先多屬於 USB 介面,若依循 M.2/NGFF 之設計規範,其金手指防呆鍵位與 M.2 SSD 將會有著顯著之不同(彼等主要採用 A/E key)。整體而言,不同的金手指防呆位置,可讓消費者於安裝使用 M.2 裝置時,可獲得最低程度之依循法則。以實例來說,我們因為防呆鍵位的限制,而無法將 M.2 Wi-Fi 網卡硬塞到 M.2 SSD 的插槽之中。

但僅憑防呆位置,仍不足以達成無痛安裝。比如同為 M.2 SSD 的各項產品,對消費者而言就存在著不少相容性之疑慮。為此,我們將針對 M.2 SSD 其硬體介面與傳輸協定上不同之處,來進行說明。此外,本文將進一步地整理出 M.2 插槽於不同設備(主機板、筆記型電腦,以及擴充介面卡)中之相容性分野,讓使用者可以透過歸納整理之結果,來獲得更多協助。

M.2 SSD之兩種主要插槽類型:B key 及 M key

目前普及在市的各類 3C 產品中,支援 M.2 SSD 之插槽共計有兩種類型:B key(另稱socket 2)以及 M key(另稱socket 3)。如下圖所示,B key 之防呆鍵位位於面對插槽方面之左方,M key 則偏於右方。不同類型之插槽其短邊接腳數量有所差異(B key 短邊為 6 pin,M key 為 5 pin),以此若使用者翻面插入時,將會有所阻礙。

M.2 SSD之兩種主要腳位型式:B+M key 及 M key

而令消費者困擾的第一道關卡是,對應以上插槽之 M.2 SSD,其腳位並非一個蘿蔔一個坑的 B key 與 M key,而是具有兩個防呆缺口的 B+M key 型式,以及僅有一個缺口的 M key 型式。

以此,兩種插槽對應兩種腳位型式,共有四種排列組合。對於 B key 插槽而言,B+M key 之 SSD 可以順利插入,而 M key 腳位之 SSD 則無法順利安裝。

而在 M key 插槽之前提下,無論是 B+M key 或 M key 之 SSD,皆可順利安裝。但許多消費者此時會遭遇到第二道關卡:不是裝上去了就可以正常使用。也因為種種諸如硬體介面或通訊協定所造成不相容之遭遇,造就了 M.2 SSD 使用者之進場門檻,也使得不少初心者心存猶豫。

並非腳座相契合必然能夠相容運作

造成 M.2 SSD 無法正常運作之第一層原因,在於「硬體介面」之不同。上文已說明了 M.2 可以涵蓋原本 PCIe、SATA 或 USB 之裝置,而 SSD 原本採用硬體介面的不同(PCIe 或 SATA),形成了 M.2 SSD 安裝後無法相容運作之主因。我們在此整理出市面上流通之 M.2 PCIe SSD 以及 M.2 SATA SSD,來加以歸納探討。

主流 M.2 SSD 列表──PCIe一族

廠牌型號M.2 腳位型式硬體介面/通訊協定主控制器顆粒製程
存取模式
Corsair MP600MPCIe 4.0x4/NVMePHISON PS5016-E163D TLC
WD Black™ SN750 NVMeMPCIe 3.0x4/NVMeSanDisk 20-82-0070113D TLC
Seagate BarraCuda™ 510MPCIe 3.0x4/NVMeSeagate STXYP016C0313D TLC
Seagate FireCuda™ 510MPCIe 3.0x4/NVMeSeagate STXYP016C0313D TLC
ADATA SX8200 ProMPCIe 3.0x4/NVMeSMI SM2262EN3D TLC
HP EX950MPCIe 3.0x4/NVMeHP H8088
(base on SMI SM2262EN)
3D TLC
Intel 760pMPCIe 3.0x4/NVMeSMI SM22623D TLC
Kingston A2000MPCIe 3.0x4/NVMeSMI SM2263ENG3D TLC
Intel 660pMPCIe 3.0x4/NVMeSMI SM22633D QLC
Lexar NM610MPCIe 3.0x4/NVMeSMI SM2263XT3D TLC
Corsair MP510MPCIe 3.0x4/NVMePHISON PS5012-E123D TLC
Plextor M9Pe(G)/GNMPCIe 3.0x4/NVMeMarvell 88SS10933D TLC
ADATA SPECTRIX S40GMPCIe 3.0x4/NVMeRealtek RTS57623D TLC
ADATA SX6000 ProMPCIe 3.0x4/NVMeRealtek RTS5763DL3D TLC
ADATA SX6000 LiteMPCIe 3.0x4/NVMeRealtek RTS5763DL3D TLC
SAMSUNG 970 EVOMPCIe 3.0x4/NVMeSAMSUNG Phoenix3D TLC
SAMSUNG 970 EVO PlusMPCIe 3.0x4/NVMeSAMSUNG Phoenix3D TLC
SAMSUNG 970 PROMPCIe 3.0x4/NVMeSAMSUNG Phoenix3D MLC
Kingston HyperX® Predator PCIe
(生產終了)
MPCIe 2.0x4/AHCIMarvell 88SS9293 [1]2D MLC
WD Blue™ SN500 NVMeB+MPCIe 3.0x2/NVMeSandisk 20-82-00703-A13D TLC
Kingston A1000B+MPCIe 3.0x2/NVMePHISON PS5008-E83D TLC
LITE-ON MU XB+MPCIe 3.0x2/NVMePHISON PS5008-E83D TLC
Lexar NM500B+MPCIe 3.0x2/NVMeMarvell 88NV11603D TLC
Intel Optane™ MemoryB+MPCIe 3.0x2/NVMeIntel AHT40W143D XPoint™

註[1]:原廠銷售文件並未提供主控晶片之詳細型號。

由上表可以得知,所有的 PCIex4 SSD 其腳位型式皆為 M Key,我們可以反推得知 M key 型式之 M.2 SSD 其硬體介面必然為 PCIe,而不會有其他可能。此外,有少部分 PCIex2 之 M.2 SSD(包含 Optane™ Memory)其腳位因依循 M.2/NGFF 之設計規範,而以 B+M key 之型式現世。

主流 M.2 SSD 列表──SATA一族

廠牌型號M.2 腳位型式硬體介面主控制器顆粒製程
存取模式
WD Blue™ 3DB+MSATAMarvell 88SS10743D TLC
Intel 545sB+MSATASMI SM22593D TLC
ADATA SU800B+MSATASMI SM22583D TLC
Micron MX500B+MSATASMI SM22583D TLC
WD Green™B+MSATASMI SM22582D TLC
Kingston A400B+MSATAPHISON PS3111-S113D TLC
SAMSUNG 860 EVOB+MSATASAMSUNG MJX3D TLC

由上表可以得知,所有的 SATA 其腳位型式皆為 B+M Key。但前文有提到, PCIex2 M.2 SSD 亦採用相同之 B+M key 腳位。如此我們就不能斷言 B+M key 型式之 M.2 SSD,其硬體介面必然為 SATA。但因 PCIex2 之 M.2 SSD 並非主流,以此整體而言,絕大部分 B+M key 型式之 M.2 SSD 多為 SATA 介面。

此外考量 SATA 頻寬不足之限制,我們建議消費者採購 M.2 SSD 時以 PCIe 規格為優先考量。除非自身原有設備其 M.2 插槽僅支援 SATA 介面,才需要考慮 SATA 介面之 M.2 SSD。

不同插槽類型所支援硬體介面之整理

目前絕大部分支援第六/七/八/九代 Core™ 處理器之主機板上內建之 M.2 M key 插槽,至少有一組為 PCIe/SATA 兼容。而考量主機板晶片組之 PCIe 通道總數限制,大多數主機板會設計其中一組 M.2 插槽兼容 PCIe/SATA 介面,而另一組僅支援 PCIe 介面。再一次地,我們會建議消費者以 PCIe 介面作為優先考量,而如此即便主機板其介面支援程度有所不同,亦不至於造成太多困擾。

M.2 B key 出現於筆記型主板上之機率較桌上型主板要來得高,而目前所有主板(包含筆電)上內建之 M.2 B key 插槽皆僅支援 SATA 介面。

轉接卡上之 B key 插槽亦僅支援 SATA 介面。

當 M Key 插槽出現於轉接卡上時,囿於裝置之生產成本以及考量市場需求,極其大部分僅支援 PCIe 介面。

我們收集市面上流通之主流電子產品,整理歸納其 M.2 插槽所支援之硬體介面後,可得以下列表(可能會有極少數列外之產品,在此闕之不論):

插槽類型所在裝置位置可能支援之介面型式
M key主機板至少有一兼容 PCIe/SATA 介面 [3]
轉接卡僅支援 PCIe 介面
B key全部裝置僅支援 SATA 介面

註[3]:少數第四代 Core™ 處理器之主機板其 M key 插槽僅有一組,或僅支援 PCIe 介面。

由上表可知,若裝置上 M.2 插槽為 B key 時,其僅支援 SATA 介面,以此我們面對 B key 插槽時,僅需考量 SATA 介面之 M.2 SSD 即可。而裝置上 M.2 插槽為 M key 時,則需要更多資訊來判斷其支援性。而依據經驗法則,支援第六代以上 Core™ 處理器之主機板(亦即 100/200/300 系列晶片組之主機板),若板上內建有 M.2 M key 插槽時,絕大部分皆支援 PCIe 介面之 M.2 SSD。此外,若我們取得一具備 M key 插槽之 M.2 轉接卡時,其將僅支援 PCIe 介面。

綜合歸納之篩選建議

綜合以上列表之資訊,我們可以列出以下之建議:

使用裝置M.2 插槽類型支援之介面型式可接受之 M.2 SSD 腳位型式
轉接卡B KeySATAB+M key [4]
M KeyPCIeM key [5]
主機板B KeySATAB+M key [4]
M KeyPCIe/SATAM key / B+M key 皆可 [6]
筆記型電腦B KeySATAB+M key [4]
M Key聯繫原廠 [7]聯繫原廠 [7]

註[4]:PCIex2,如 WD Blue™ SN500 NVMe 除外。

註[5]:PCIex2,如 WD Blue™ SN500 NVMe 例外,可適用。

註[6]:少數第四代 Core™ 處理器之主機板,其 M key 插槽僅支援 PCIe 介面。

註[7]:筆記型電腦之實際 M.2 SSD 硬體介面相容性,將依各原廠之設計而有所差異,建議先與原廠取得技術支援後,再行選購安裝。

M.2 PCIe SSD 之衍生問題:NVMe 與 AHCI 支援

有不少消費者在選購 PCIe/NVMe 之 SSD 之後,尚且會產生一衍生性之困擾:剛剛安裝好之 M.2 PCIe/NVMe SSD 雖可以正常動作,但僅能夠當作資料碟(俗稱之 D 碟),而無法安裝主開機磁區。此一無法開機之問題主要發生於第四代 Core™ 處理器(或更早期)之主機板之上。究其原因,是因為這些主機板之 BIOS 缺乏對於 NVMe 協定之支援,而這必須透過主機板製造商釋出內含 NVMe 模組之 BIOS 來加以克服 [8]

而若消費者於四代主機板上安裝較舊規格之 PCIe/AHCI 之 M.2 SSD 時,則因主機板皆已支援 AHCI 協定,以此不會遭遇到無法做為系統碟之問題。此外,有部分廠商生產之 M.2 PCIe/NVMe SSD 自帶有 legacy option rom(如Plextor M8Pe系列),此自帶之 BIOS 亦可讓該產品於不支援 NVMe 之主機板上做為系統碟來使用。

當然,若消費者所擁有之主機板為支援第六代以上 Core™ 處理器之晶片組,則其 BIOS 皆有包含 NVMe 模組,而不需要顧慮此一問題 [9]

註[8]:由網路上可尋求之經驗文件可知,使用者亦可以透過特殊工具程式來 DIY 內含 NVMe 模組之 BIOS。但此舉有其潛在風險,更新失敗可能會造成裝置故障並失去保固。

註[9]:使用 NVMe 裝置作為主開機磁區時,主機板必須設定為 UEFI 開機,並關閉 legacy 開機模式。

過渡時期後迎接曙光

誠然目前 M.2 在普及化階段因應舊有較慢速之規格,而讓消費者產生選購上之困擾。但伴隨著技術之世代更新(300系列晶片組主機板之問世,以及 PCIex4/NVMe SSD 形成主流化),許多特殊之例外規則將逐漸被留存於歷史之中。以此,可見於不久之未來,因裝置不相容而無法正常運作之困擾,將成為絕響。而目前持有前一世代設備之使用者們,亦可以參考以上列表歸納之建議,來選擇適用於自身設備之產品。

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