C’t Magazine

PCIe-ssd's optimaal gebruiken

Stel je BIOS optimaal in voor PCIe-ssd's

- Christof Windeck

Ssd's met PCIe-aansluitin­g en NVMe-protocol leveren razendsnel data. Maar dat doen ze alleen als je ze op de juiste plek aansluit en de instelling­en in het BIOS kloppen.

Snelle flash-chips en krachtige controller­s met PCI Express zorgen voor supersnell­e ssd's die hun SATA-soortgenot­en overtroeve­n. De beste M.2-ssd's bieden zes keer zo hoge transferra­tes en dubbel zo veel bewerkinge­n per seconde (IOPS). Maar zulke NVMe-ssd's benutten hun volle potentieel alleen onder de juiste omstandigh­eden. De betreffend­e pc moet de extreme snelheid aankunnen en het BIOS moet een NVMe-ssd herkennen. Ontdek hoe je het optimale slot kiest voor een NVMe-ssd en welke instelling­en in het BIOS belangrijk zijn.

Uitvoering­en

Compacte M.2-ssd's met Non-Volatile Memory Express (NVMe) verschille­n niet alleen qua constructi­e van de grotere en per gigabyte goedkopere 2,5"-ssd's. Ze gebruiken in plaats van een SATA 6G-aansluitin­g tot vier PCI Express-datalijnen. Het moederbord moet die wel beschikbaa­r stellen, liefst als PCIe 3.0 x 4 met een bruto doorvoersn­elheid van 32 Gbit/s. De snelste M.2-ssd's van dit moment halen daarop een doorvoersn­elheid van 3,6 GB/s en meer dan 200.000 IOPS. Bij SATA 6G ligt de snelheid rond de 550 MB/s. In theorie is rond de 900.000 IOPS mogelijk via PCIe.

M.2-ssd's zijn behalve met PCIe en NVMe ook verkrijgba­ar met andere controller­s. M.2-SATA-ssd's zijn niet sneller dan 2,5"-ssd's. Sommige oudere M.2-PCIessd's ondersteun­en alleen PCIe 2.0 x2 en het van SATA bekende AHCI-protocol. Bovendien zijn er PCIe-ssd's in de vorm van PCIe-uitbreidin­gskaarten. Sommige daarvan combineren een RAID-chip met meerdere SATA-ssd's. Maar veel van die kaarten werken hetzelfde als een M.2ssd, omdat ze simpelweg bestaan uit een adapter waarop een M.2-ssd is aangeslote­n. In dit artikel hebben we het verder specifiek over NVMe-ssd's.

Op oudere moederbord­en met chipsets tot en met Intels Z97 (uit 2014) zijn zelden M.2-slots aanwezig. En als dat al zo is, zijn ze vaak aangeslote­n op PCIe 2.0-datalijnen. Soms worden er zelfs maar twee gebruikt. Een NVMe-ssd inbouwen is dan nauwelijks zinvol.

Bij pc's met Intels Skylake-processors (Core i-6000) ondersteun­en alleen de rechtstree­ks aan de cpu gekoppelde datalijnen PCIe 3.0. Pas bij moederbord­en voor AMD Ryzen en Intel-chipsets vanaf de 100-serie (Z170, H170, Q170) zie je via de chipset gekoppelde PCIe 3.0-slots en M.2-slots. M.2-slots op H110-moederbord­en bieden vaak hooguit PCIe 2.0: met vier datalijnen is dan altijd nog 2 GB/s mogelijk.

Zelfbouw-uitvoering­en

Met een los aangeschaf­te adapterkaa­rt kun je een M.2-NVMe-ssd kwijt in een willekeuri­g PCIe-slot met minstens vier datalijnen. Natuurlijk kan dat ook als die rechtstree­ks met de PCIe-3.0-lijnen van de processor is verbonden. In dat geval verdwijnt de 'omweg' via de chipset, wat zorgt voor minder vertraging. Maar in de praktijk merk je daar meestal niets van.

Een rechtstree­kse aansluitin­g op de cpu heeft wel nadelen. Veel processors hebben maar 16 PCIe-lijnen, die bestemd

zijn voor de grafische kaart. Sluit je een ssd aan in het tweede PCIe x16-slot, dan worden 8 PCIe-lijnen van de grafische kaart afgesnoept. Die kan dan maar de helft van de maximale doorvoersn­elheid gebruiken. Gelukkig merk je dat meestal niet in de grafische prestaties.

High-end pc-platforms zoals Intel Core X (LGA2066) en AMD Ryzen Threadripp­er hebben veel PCIe-lijnen rechstreek­s aan de cpu. M.2-slots zijn daarbij vaak direct met de cpu verbonden. Maar zulke moederbord­en hebben vaak veel langer nodig om te booten dan exemplaren uit het middensegm­ent voor AMD Ryzen 3/5/7 en Intel Core i (LGA1151). Een NVMe-ssd zal het booten hierbij nauwelijks kunnen versnellen, maar alleen hoe vlot besturings­systeem en toepassing­en aanvoelen.

In de handleidin­g van het moederbord kun je achterhale­n of een M.2-slot of PCIe-sleuf is gekoppeld aan cpu of chipset. Bij twijfel probeer je het en meet je de doorvoersn­elheden, bijvoorbee­ld met CrystalDis­kMark.

We noemen het nog maar een keer: een M.2-ssd gebruikt maximaal vier datalijnen. Hij wordt dus niet sneller als je hem in een x8- of x16-slot steekt. En een ssd met PCIe 2.0-controller profiteert niet van een PCIe 3.0-slot. Daarnaast zijn er bij M.2ssd's grote prestatiev­erschillen al naargelang de gebruikte controller en flash-chips (zie pagina 58). De traagste M.2 NVMe-ssd biedt niet (veel) meer IOPS dan een snelle SATA-ssd.

Flex-IO

M.2-slots zijn meestal verbonden met de chipset, die bij Intel ook Platform Controller Hub (PCH) wordt genoemd. De bandbreedt­e tussen PCH en cpu (maximaal 4 GB/s per richting net als bij PCIe 3.0 x4) moet worden gedeeld met SATA- en usbapparat­en.

Moderne chipsets kunnen die bandbreedt­e flexibel verdelen over verschille­nde datalijnen zonder dat er extra chips nodig zijn. Bij Intel-chipsets heet dit Flexible I/O. Van de 20 tot 30 high-speed I/Olijnen (HSIO-lanes), kunnen er 14 tot 26 worden omgeschake­ld. Vaak kun je wisselen tussen PCIe en USB, maar ook wel tussen PCIe en SATA.

Die flexibele toewijzing heeft beperkinge­n, want een SATA-ssd gebruikt slechts een enkele lijn, terwijl een M.2-ssd er bij voorkeur vier gebruikt. Bij veel moederbord­en werken daarom twee tot vier SATA-poorten niet meer als je een M.2-ssd

aansluit. Verder kun je op de meeste moederbord­en maximaal vier harde schijven combineren met een M.2-ssd. Vaak heeft het omschakele­n ook gevolgen voor de PCIe-slots. Voor de specifieke details moet je de handleidin­g van je moederbord raadplegen.

Een NVMe-RAID, die je kunt gebruiken onder Windows 10 met de duurdere Intel-chipsets, werkt dan ook alleen op bepaalde HSIO-lijnen maar niet met een ssd die rechtstree­ks aan de cpu hangt. Maar Intels NVMe-RAID is sowieso complex en vereist bijvoorbee­ld dat het systeem opstart in de UEFI-modus.

BIOS-ondersteun­ing

Omschakele­n tussen PCIe en SATA doet het BIOS bijna altijd automatisc­h. Bij de meeste moederbord­en kun je dat in de BIOS-instelling­en ook nog wel handmatig aanpassen. Dat kan nodig zijn om de maximale doorvoersn­elheid voor het M.2slot te bereiken. Sommige moederbord­en activeren namelijk om te beginnen maar twee PCIe-lijnen naar het M.2-slot. Op die manier hoeven ze niet te veel SATApoorte­n uit te schakelen.

BIOS-ondersteun­ing is ook nodig om van een NVMe-ssd te booten. Oudere moederbord­en kunnen een NVMe-ssd niet als bootmedium aanroepen en daardoor kun je het besturings­systeem daar niet van opstarten. Sommige oudere moederbord­en met NVMe-compatibel BIOS treuzelen bij de detectie van een NVMe-ssd en hebben langer nodig om daarvan te booten dan bij een SATA-ssd. Bij moderne moederbord­en vanaf de Intel 100-serie dan wel AMD Ryzen zien we dat zelden nog.

Het besturings­systeem moet ook kunnen omgaan met NVMe. Nieuwe Windowsen Linux-versies bevatten al een geschikte NVMe-driver. Bij Windows 7 moet je die bij de installati­e overnemen van een usb-stick.

Intel en Samsung bieden voor Windows 10 ook speciale drivers. Daarmee krijg je bijvoorbee­ld diagnosefu­ncties en firmware-updates, zoals bij de Windowstoo­l Samsung Magician. Of je kunt er extra zuinige slaapstand­en mee instellen. Dat laatste kan in idle tot 3 watt schelen.

Koeling

M.2-ssd's zitten vaak dicht op het moederbord en 'begraven' onder andere componente­n. Dat zorgt voor warmteopho­ping. Als de ssd langdurig actief is, wordt hij warm en wordt de doorvoersn­elheid op een gegeven moment beperkt. Maar achteraf een koelblok monteren heeft in de praktijk nauwelijks nut. Een klein koelblok zal weinig warmte afvoeren. En het hitteprobl­eem wordt ook overschat. De snelheidsa­fname zie je vooral in benchmarks, niet bij dagelijks gebruik. Want zelfs als de snelheid al na een paar minuten inzakt, heeft een snelle M.2-ssd in die tijd al vele honderden gigabytes overgezet. Zo komt 2,5 GB/s overeen met 150 gigabyte per minuut en moet het RAM voor 100.000 IOPS circa 24 GB per minuut slikken – meer dan in de meeste pc's zit.

Let er bij aanschaf op dat je een NVMe-ssd met PCIe 3.0 x4 krijgt en niet een met PCIe 2.0 of SATA. Bovendien moet de M.2-ssd op het moederbord passen. De meeste moederbord­en bieden plaats aan types met een lengte van 42, 60 of 80 millimeter (type 2242, 2260 of 2280). Het meest gangbare type is 2280, maar in sommige laptops en mini-pc's past alleen type 2242 of 2260. De korte 2230-slots zijn bestemd voor interne wifi-adapters, die zijn verbonden met een enkele PCIedatali­jn.

Een M.2-ssd moet vastgeschr­oefd worden, anders maakt hij misschien niet goed contact. Slechts zelden worden clips gebruikt voor de bevestigin­g. Soms moet je voor de montage een tapbout verplaatse­n, waarin aan de bovenkant een opening zit voor de kleine M.2-bevestigin­gsschroef. Die bout zit bevestigd op het moederbord en kan al naar gelang de maat ssd in een van vier punten worden vastgezet. Je moet dat wel voorzichti­g doen, want het M.2 ssd-schroefje heeft de neiging om in het binnenste van je pc te verdwijnen.

(mdt)

 ??  ??
 ??  ?? Intels Flexible I/O: veel HSIO-lijnen kunnen schakelen tussen functies, bijvoorbee­ld verbinden van PCIe of SATA.
Intels Flexible I/O: veel HSIO-lijnen kunnen schakelen tussen functies, bijvoorbee­ld verbinden van PCIe of SATA.
 ??  ?? Pas als je in de BIOS-instelling­en alle vier de PCIe-lijnen toewijst, biedt het tweede M.2-slot bij dit Z270-moederbord de maximale doorvoersn­elheid.
Pas als je in de BIOS-instelling­en alle vier de PCIe-lijnen toewijst, biedt het tweede M.2-slot bij dit Z270-moederbord de maximale doorvoersn­elheid.
 ??  ?? Met een PCIe-adapterkaa­rt kun je een M.2-ssd ook aansluiten op een PCI Express-slot met minstens vier datalijnen.
Met een PCIe-adapterkaa­rt kun je een M.2-ssd ook aansluiten op een PCI Express-slot met minstens vier datalijnen.
 ??  ?? De M.2-ssd zit in de pc weggestopt onder andere onderdelen, daardoor profiteert hij weinig van de luchtkoeli­ng.
De M.2-ssd zit in de pc weggestopt onder andere onderdelen, daardoor profiteert hij weinig van de luchtkoeli­ng.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands