M.2

Spezifikation für das interne Anschließen von Computer-Erweiterungskarten

M.2, früher als Next Generation Form Factor (NGFF) bezeichnet, ist eine Spezifikation für interne Computer-Erweiterungskarten und entsprechende Ports. Die Spezifikation wurde entworfen, um mSATA abzulösen. Aufgrund der kleineren und flexibleren Abmessungen in Verbindung mit erweiterten Funktionen ist M.2 besser für den Anschluss von SSDs geeignet – insbesondere in kompakten Geräten wie Ultrabooks oder Tablets.[1] Nach dem Scheitern von SATA-Express hat sich M.2 aber auch im Desktop durchgesetzt.[2]

Eine SSD mit M.2-Anschluss (rechts) im (bei SSDs sehr häufigen) Format 2280 (22mm Breite und 80 mm Länge)
M.2-Steckplatz für Karten mit 42, 60, 80 oder 110 mm Länge (rechts am Bildrand, mit „163006“ beschriftet)

Vom M.2-Standard werden folgende drei Bussysteme unterstützt: PCI Express (bis 4.0), SATA Revision 3.x und USB 3.0. Es gibt M.2-Varianten mit bis zu vier PCI-Express-Lanes (bis zu 4 × 16 GT/s auch als Gen4 genannt), einem SATA Revision 3.x (6 Gbit/s) und/oder einem USB-3.0-Port (5 Gbit/s) – alles über einen Anschluss. Damit kann man sowohl PCI-Express als auch SATA-Speicher per M.2 anschließen. An jedem Port können beide Bussysteme auch parallel genutzt werden.

Normalerweise sind SSD abwärtskompatibel, zum Beispiel funktioniert eine Gen4-SSD auch mit entsprechend reduzierter Geschwindigkeit in einem Gen2-Sockel. Vor allem bei älteren Mainboards kommt es vor, dass ein M.2-Sockel sich Leitungen mit einer der SATA-Schnittstellen teilt und dann nicht gleichzeitig verwendet werden kann. Ebenso kann es vorkommen, dass bei Belegung eines M.2-Sockels einer oder mehrere PCIe-Slots nicht mehr oder nur mit reduzierter Geschwindigkeit zur Verfügung stehen. Dies betrifft vor allem Mainboards mit mehreren M.2-Sockeln. Bei Verwendung einer einzelnen SSD sollte man generell immer den ersten Sockel näher zur CPU verwenden.

Formfaktoren und Steckverbinderkodierung

M.2-Karten gibt es als aufzulötende Varianten in den Formfaktoren 12 * 16 mm², 22 * 26 mm² und 30 * 26 mm² sowie als Steckkarten. Letztere sind rechteckig mit einer CardEdge-Kontaktleiste auf einer Seite und einer halbkreisförmigen Aussparung zur Befestigung in der Mitte der gegenüberliegenden Seite. Jeder der bis zu 67 Pins auf 75 möglichen Positionen ist für bis zu 50 V Spannung und 0,5 A Stromstärke ausgelegt, die Steckverbindung selbst auf 60 Steckzyklen. Der M.2-Standard erlaubt Steckkarten mit Breiten von 16, 22 oder 30 mm. Die Länge kann 30, 38, 42, 60, 80 oder 110 mm betragen. Die Leiterplattenstärke einschließlich der Kontaktflächen am CardEdge beträgt 0,8 mm mit 10 % Toleranz. Die derzeit gebräuchlichen M.2-SSDs sind 22 mm breit und 30, 42, 60 oder 80 mm lang.[3]

Eine M.2-Karte wird in den passenden Port auf der Platine eines Hosts gesteckt und mit einer Befestigungsschraube fixiert. Komponenten können auf beiden Seiten der Karte angebracht sein. Der Kartentyp gibt vor, ob Komponenten ein- oder beidseitig angebracht sein dürfen und wie hoch die Komponenten auf jeder Seite sein dürfen. Die maximal erlaubte Höhe der Komponenten liegt bei 1,5 mm.[3] Die Bauhöhe des Ports kann flach genug sein um auf die Rückseite eines ATX-Motherboards zu passen oder auch so hoch um zwei M.2-Karten übereinander zu platzieren. Die passende Befestigungsschraube ist in der Regel im Lieferumfang der Host-Platine. Die Schrauben-Spezifikationen für Gewinde, Länge und Kopf-Typ variieren je nach Hardware-Hersteller. Sehr häufig werden zur Befestigung M2x3-Schrauben mit flachem Kopf eingesetzt (Gewinde-Durchmesser 2,0 mm, Länge 3,0 mm, Gewinde-Steigung 0,4 mm).

Je nach Einsatzzweck der M.2-Steckkarte hat diese an bestimmten Stellen der Kontaktkante Aussparungen zur Kodierung, das sogenannte Keying. M.2-Ports können Module eines oder mehrerer Keyings aufnehmen, je nachdem, welche Steckkarten unterstützt werden. M.2-Module mit Aussparungen in den Positionen B und M nutzen bis zu zwei PCI-Express-Lanes, während M.2-Karten, die nur für Key M geeignet sind, bis zu vier PCI-Express-Lanes verwenden (NVM Express). Beide Typen unterstützen auch SATA als Protokoll.[3] Trotz der Keyings muss auf die Ausstattung geachtet werden – dass ein Modul in einen Schacht passt, bedeutet nicht, dass Signalkompatibilität herrscht.[4]

Seit 2017 gibt es von Samsung Bemühungen den sog. NGSFF oder auch NF1 Standard genannt, zu ratifizieren. Vorteile sind breiterer Formfaktor und Hotswap. Einige OEM z.b. Supermicro oder AIC machen von diesem geänderten Sockel bereits bei Servermainboards Gebrauch. Von dem Konsortium PCI-SIG gab es Oktober 2018 ein Warnschreiben[5] das darauf aufmerksam machen soll, dass es zu Schäden in Standard M.2 Sockeln der Version 1.2 kommen kann, weil u. a. bisher nicht verwendete Pins mit 12V Leitungen statt den üblichen 3,3V versorgt werden.

M.2-Modul Keyings und Schnittstellen laut PCI-SIG[6][7]
(letzte eingearbeitete Aktualisierung August 2014)[8]
Keying
ID
ausgesparte
Pins
verfügbare Schnittstellen
A8–152x PCIe ×1 (mit NVMe), USB, I2C, DP ×4
B12–19PCIe ×2 (mit NVMe), SATA, USB, PCM, UIM, SSIC, UART-I2C, SMBus[8]
C16–23reserviert für zukünftige Varianten
D20–27
E24–312x PCIe x1 (mit NVMe), USB, I2C, SDIO, UART, PCM
F28–35reserviert für Future Memory Interface (FMI)
G39–46reserviert für herstellerspezifische Varianten (nicht definiert in der M.2-Spezifikation)
H43–50reserviert für zukünftige Varianten
J47–54
K51–58
L55–62
M59–66PCIe ×4 (mit NVMe), SATA, SMBus[8]
des Weiteren gibt es[9]
A & Es. o.2x PCIe ×1, USB
B & Ms. o.PCIe oder SATA

Pin-Belegung

PinNameI/OBedeutungPinNameI/OBedeutung
01CONFIG_3OPresence
023.3VPIStromversorgung
03GNDPIMasse
043.3VPIStromversorgung
05GNDPIMasse
06POWER_ON_OFFIEin- und Ausschalten des Moduls
07USB D+Daten für USB 2.0
08W_DISABLE#IEin- und Ausschalten des Moduls per Software?
09USB D−Daten für USB 2.0
10LED# oder DAS/DSS#O
11GNDPIMasse
12Key BKerbe für M2-Key-ID B
13Key BKerbe für M2-Key-ID B
14Key BKerbe für M2-Key-ID B
15Key BKerbe für M2-Key-ID B
16Key BKerbe für M2-Key-ID B
17Key BKerbe für M2-Key-ID B
18Key BKerbe für M2-Key-ID B
19Key BKerbe für M2-Key-ID B
20Resreserviert
21CONFIG_0OGND-WWAN/OC-SSD
22
23WAKE_ON_WWAN#
24
25BodySAR_N
26GPS_DISABLE#
27GNDPIMasse
28UIM-REF
29
30UIM-RESETO
31
32UIM-CLKO
33GNDPIMasse
34UIM-DATAIO
35
36UIM-PWRPO
37
38DEVSLPSleep Mode
39GNDPIMasse
40I2C_SCLIOI2C Clock
41PER0N/SATA B+
42I2C_SDAIOI2C Data
43PER0P/SATA B−
44I2CIRQIO
45GNDPIMasse
46SYSCLKO
47PET0N/SATA A−
48TTX_BLANKING
49PET0P/SATA A+
50PERST#
51GNDPIMasse
52CLKREQ#
53REFCLKN
54PEWAKE#
55REFCLKP
56
57GNDPIMasse
58
59Key M oder ANTCTL0OKerbe für M2-Key-ID M
60Key MKerbe für M2-Key-ID M
61Key M oder ANTCTL1OKerbe für M2-Key-ID M
62Key MKerbe für M2-Key-ID M
63Key M oder ANTCTL2OKerbe für M2-Key-ID M
64Key MKerbe für M2-Key-ID M
65Key M oder ANTCTL3OKerbe für M2-Key-ID M
66Key M oder SIM_DETKerbe für M2-Key-ID M oder SIM hot swap Detection Pin
67RESET#I
68SUSCLK
69CONFIG_1O
703.3VPIStromversorgung
71GNDPIMasse
723.3VPIStromversorgung
73GNDPIMasse
743.3VPIStromversorgung
75CONFIG_2OUSB 3.0 IND (OC-U3/GND)

Bilder

Einzelnachweise

Weblinks

Commons: M.2 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien