안녕하세요.
미세먼지만 아니면 나들이 하기에는 정말 좋은 봄 날씨네요.
오랜만에 PCIe(VGA/MB 게시판)에 이어서 M.2 에 대해 글을 올리고자 합니다.
(1) M.2 란
M.2 는 mSATA(PCI Express Mini Card physical card layout)를 대체하기 위해 나온 것으로
좀더 유연한 물리규격을 채택하여 mSATA에 비해 SSD에 더 적합한 인터페이스 규격으로
다양한 호스트 인터페이스기능들을 지원하도록 만들어졌습니다.
그림 1. M.2
M.2가 유연한 물리규격을 제공한다고 했는데 SSD만을 위해서 만들어진 규격이 아니라는 것을
뜻하며 여기에서 열거를 하면 아래와 같은 각종 버스 인터페이스를 지원합니다.
- PCI Express 3.0 (up to 4 lanes). PCIe 3.0 LP
- Serial ATA 3.1
- USB 2.0/3.0
- Display port 1.2
- SMBus 2.0
- HSIC(High Speed Inter-Chip USB Electrical Specification)
- SSIC(SuperSpeed USB Inter-Chip Supplement to the USB 3.0 Specification)
- SDIO 3.0
- UART
- I2C 2.1
- PCM/I2S
또한 이런 인터페이스를 이용한 호스트 인터페이스 솔루션을 아래와 같이 지원합니다.
- WiFi
- Bluetooth
- NFC(Near Field Communication)
- GNSS(Global Navigation Satellite Systems)
- WiGig
- WWAN(2G/3G/4G)
- Solid-State Storage Devices
- Other & Future Solutions(e.g. Hybrid Digital Radio)
즉 M.2는 다양한 물리규격을 지원함으로서 다양한 종류의 유무선 기능을 지원하고
SSD 뿐만 아니라 전기전자 및 IT 산업 전반에 사용하기 위해 만들어진 규격입니다.
(2) M.2 Card Naming and Form Factor
M.2 는 (1)에서보인 것처럼 다양한 호스트 인터페이스 기능들을 지원하기 위해
각 기능에 따른 M.2 모듈을 구분하기 위한 명명법과 물리적인 치수를 정의 하였는데
아래 그림 2.에 보였습니다.
그림 2. M.2 모듈 명명법
M.2 카드는 보통 SSD 모듈인 경우 너비가 22mm, 길이가 80mm 또는 110mm라 하면
2280, 22110 모듈이라 부르지만 더 자세하게는 뒤에 모듈의 두께와 Key ID까지 붙여서
더 복잡하게 명명을 하게 되어 있습니다.
아래 그림 3.은 M.2 Card의 다양한 치수를 보인 예로
그림 3. M.2 Form Factor
그림 2.에서 자세히 보면 맨 우측에 Key ID라 하여 (1) 에서 언급한 기능들에 따라 A~M 까지
분류가 되있는 것을 볼 수 있는데, M Key는 PCIe x4 를 지원하는 NVMe SSD 에 사용하며
59~66 pin이 빠진 Notch 를 갖고 있는 형태로 커넥터에 삽입시 Notch가 맞지 않으면 장착을
할 수 없게 규격을 정해 놓았음을 알 수 있습니다.
그림 4. M.2 Keying Notches
그리고 Key ID B를 보면은 Key B 모듈은 PCIex2/SATA/etc 기능들을 지원하고 있는데
PCIe x2 lane을 이용한다고 해서 Socket 2 Configuration 또는 간단히 Socket 2 라고
따로 분류해서 부르며, Key M은 PCIe x4 를 사용하므로 Socket 3 Configuration 또는
간단히 Socket 3 라고 부릅니다.
(3) M.2 Socket 2/Socket 3 모듈
그러면 우리가 제일 관심있는 PC 마더보드 상의 M.2 SSD Card에 대해서 그림으로
자세히 살펴 보겠습니다.
1) Socket 2 SATA-based SSD module (PCIe x2)
Table 31은 B/M Key가 있는 SATA SSD 모듈을 보인것으로
41/43 pin - SATA 송신용 differential pin
47/49 Pin - SATA 수신용 differential pin
으로 할당 되어 있습니다.
B/M Keying 은 B key나 M key 커넥터 모두에 장착 가능하도록 호환성을 갖도록 한것입니다.
2) Socket 2 PCIe-based SSD module (PCIe x2)
Table 32는 B/M Key가 있는 PCIe x2 SSD 모듈을 보인것으로
41/43 pin - PCIe lane 0 송신용 differential pin
47/49 Pin - PCIe lane 0 수신용 differential pin
29/31 pin - PCIe lane 1 송신용 differential pin
35/37 Pin - PCIe lane 1 수신용 differential pin
으로 할당 되어 있으며 자세히 보면 41/43, 47/49 pin이 Table. 31의 SATA pin과 일치함을
알 수 있는데, 이것이 바로 PCIe x2(16 Mbps) SSD를 사게 되면 NVMe 도 되고 SATA 도 지원
가능하다는 마더보드 매뉴얼 상의 내용이 있는데, 41/44, 47/49 pin을 공유하기 때문에
그런 것입니다.
3) Socket 3 SATA-based SSD module (PCIe x4)
아래 Table 34.는 PCIe x 4 lane을 지원하는 M key 모듈이지만 SATA 기능만 지원하므로
41/43, 47/49 pin만 보여지고 있습니다.
4) Socket 3 PCIe-based module (PCIe x4)
아래 Table 35.는 PCIe x 4 lane을 지원하는 M key PCIe x4 SSD 모듈의 pinout을 보입니다.
역시 41/43, 47/49 pin이 3)의 SATA pin 들과 같은 위치이므로 SATA 모드/NVMe(PCIe x 4)
모드를 지원 합니다.
아래에 Socket 2(PCIe x2)와 Socket 3(PCIe x4)의 모든 Host 인터페이스의 pinout을 보입니다.
5) Socket 2/Socket 3 pinout
(4) 종합
M.2는 mSATA를 대체할 뿐만 아니라 다양한 호스트 인터페이스를 지원하기 위해 탄생 하였으며
PC 쪽에서는 PCIe 인터페이스를 적용시켜 SSD 분야에 널리 사용할 수 있도록 하여 PCIe x2 또는
PCIe x4 를 지원하는 B/M Keying Notch 모듈을 여러 업체에서 출시하여 현재 AMD Ryzen에서도
만나볼 수 있으며 앞으로 더욱 더 많은 업체들이 시장에 뛰어 들 것으로 보입니다.
앞으로 SSD를 구입할 시에는 자신의 마더보드와의 호환성을 잘 판단하여 가격과 성능을
고려한 SSD 구입을 하실 수 있으리라 봅니다.
감사합니다.
참고)PCI-SIG, Wikipedia, Amphenol Inc.
