PCIe-ssd's optimaal gebruiken
Stel je BIOS optimaal in voor PCIe-ssd's
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)