DXR165の備忘録

自分用の備忘録です。

Plextor M8Pe M.2 PCIe NVMe SSD 128GB 購入しました  

ご注意!!
ここでご紹介する機能は設定によって、マザーボードのBIOSがハングアップ(フリーズ)する、ディスプレイ表示が消えシステムをリセットしてもセットアップ画面が表示されないなどの深刻なトラブルに陥る場合があります。BIOSのCMOSクリアを実行することで、セットアップ画面にもどり、設定値を規定に戻せる場合があります。詳しくは、各マザーボードメーカーのマニュアルをご参照ください。また、実施にあたりましては、自己責任でお願いします。


2016/10/09 OpROM関連の記事を追加
2016/10/10 他製品のOpROM有無についての記事を追加
2016/10/23 まとめ等で文章を修正加筆
2016/11/28 Asrock H170 PRO4の調査結果を追記


ほんとうは、数週間前に購入したのですが、確かめたいことがいろいろあり、記事のアップが今日となってしまいました(笑)。大阪日本橋にあるPCパーツショップ数軒を256GBモデルを求めて探し回りました。しかし、在庫があったのは、やはり128GBモデルのみでした。とりあえず、M8PeがOption ROMを搭載しているかを確かめたかったので、やむなく128GBモデルの購入となりました。


IMG_20161002_134942.jpg 
まずはパッケージ外見からです。リテールに強いPlextorさんだけにパッケージもかっこいい。購入意欲をそそられますね。


IMG_20161002_211031.jpg 
また、細かい点ですが、SSDをM.2スロットに装着するネジが付属でついています。これよく無くします。ありがたい。



IMG_20161002_134348.jpg 
今回購入したのはM.2タイプでもヒートシンク付きです。デザインが従来の製品と比べ、かなり斬新な気がします。思ったよりしっかりしたヒートシンクです。



IMG_20161002_134417.jpg 
裏面です。ヒートシンクは基盤をしっかり覆うように装着されています。




それでは、実機に取り付けてみましょう!
今回の実機環境は
マザーボード  ASUS H170M-PLUS BIOS Ver 2002 (NVMe 対応)
CPU  i5-6400 2.70GHz
Memory  DDR4 2133MHz 8G × 2(Dual Channel)
GPU  Intel HD Graphics 530 (CPU内臓)
Storage  Plextor M8Pe / PCIe NVMe SSD 128GB  M.2スロットでの装着

OS  Win 10 Home 64 bit レッドストーン更新済みを使用

Winデバイスドライバ  Win10 64bit 標準NVMeコントローラードライバ
OSブートドライブ(起動ドライブ)  Plextor M8Pe
OSブート(起動)方式  UEFIブート

となります。

Win10 64bit 標準NVMeコントローラードライバの詳細
2016-10-15.png

NVMeコントローラードライバ詳細 レッドストーンでNVMeコントローラードライバも更新されています。



IMG_20161002_122329.jpg 
マザーボードに映える赤い矢。CPUのリテールクーラーの風がヒートシンクに当たり、冷却してくれそうです。




Option ROM (OpROM、オプションROM) の搭載について
M8Peを上記実機環境で調べたところ、M8PeはLegacy OpROM (レガシーオプション ROM)と UEFI x64 OpROMの両方を搭載していることが判明しました。Legacy OpROMは従来のBIOS(x86 16bit code)用のコードが格納されています。また、UEFI x64 OpROMはx64 UEFI BIOS用のUEFI x64 driverなどが格納されています。このため、M8Peは次の環境でブートドライブ(起動ドライブ)とすることが可能です。

1.マザーボードのBIOSがレガシBIOS(UEFI BIOSでない)
2.マザーボードのBIOSがUEFI BIOS(x64) であるがNVMeには未対応
3.マザーボードのBIOSがUEFI BIOS(x64) であり、NVMeにも対応

3.はブートできて当たり前といえば当たり前ですが、このように、M8Peはほとんどの環境でブート可能です。今回の実機環境のマザーボード H170M-PLUSのBIOSはx64 UEFI仕様でNVMeに対応しており、上記の3.に該当します。このため、OpROMがなくとも、M8Peをブートドライブにすることが可能です。また、このBIOSは互換性維持のため、CSMとい機能を持っています。このCSMにより、UEFI OpROMを持たずLegacy OpROMのみを持つ拡張デバイスもブート可能になります。

BIOSのブート関連のデフォルト設定は以下のようになっています。

h170mplus_boot.png 
Boot メニュの設定値

h170mplus_csm.png 
Boot メニュー CSMの設定値



この設定値で、BIOSを走らせると、デバイス初期化時につぎのLegacy OpROMのメッセージ表示が現れました。

IMG_20160919_203806.jpg 
お馴染みPLEXTOR のロゴが表示、LITE-ON PCIE SSD Option ROM とあります。また、PCIe Gen 3.0 x 4 で接続であることも確認できます。


M8Pe 起動の様子(動画)

OpROMのビットマップの表示に時間がかかっています。CSMでエミュエートしているせいでしょうしょうか?




このようにASUS H170M-PLUSのUEFI BIOSのデフォルト設定では、
CSM : Enable 
Boot from Storage Devices : Legacy only 
となっているため、M8PeのLegacy OpROM のレガシ用コードが実行されてしまい、起動に時間がかっかているようです。マザーボードのBIOSがUEFI仕様で、接続された全ての拡張PCIeカード(ビデオカード含む)がUEFI対応であれば、CSMを無効にでき、Legacy OpROMのレガシ用コードは実行されず、UEFI OpROMのUEFI x64 driver が組み込まれます。

それでは、そのBIOS設定を見ていきましょう。

h170mplus_csm_dis.png CSM機能を無効化する設定



h170mplus_csm_warr.png CSMをDisabledに設定すると上図の注意メッセージが表示される。「マイクロソフトのセキュアブート規定によると、CSMを無効化設定すると、M.2、SATA-Express SSDを含むPCIe ストレージはマイクロソフトの認証を受けたUEFI ドライバを含む必要がある」と書いてあるようです。要は、M.2やPCIeスロットに装着したストレージがUEFI対応していれば、CSMを無効化してもだいじょうぶということと思われます。今回のM8peはUEFI対応OpROMを持っているため、問題ないようです。また、最近のNVMe SSDはOpROMを持っていない製品もあり、そもそもOpROMをもっていなければ、この規定は関係ないと思われます。

それでは、この設定でBIOSを走らせてみましょう

CSM無効化 M8Pe 起動の様子(動画)

Legacy OpROMの表示がなくなりました。



M8PeDRV.pngBIOSセットアップメニュー表示後、EFIシェルのDRIVERSコマンドでメモリーにロードされているUEFI driverを表示させたところ。赤線で囲んだ部分にLITEON PCIe SSD Driver とあり、また、格納場所がPciRoot(0x0)/Pci…とあることから、M8Pe のUEFI driverが組み込まれたことがわかります。

以上の内容は、あくまでも、ASUSのIntel 100シリーズのマザーボードのUEFI BIOSでの設定です。他メーカーのそれでは、CSM設定は異なるようです。


それでは、マザーボードを他メーカに変更して動かし、M8Pe のOpROMをさらに詳しく調べてみましょう。
上記のテスト環境の内、マザーボードのみをmsi H170A PC MATE BIOS Ver B.8(NVMe 対応)に変更します。

BIOSのブート関連のデフォルト設定は以下のようになっています。
Advanced / Windows OS Configration 
    Windows 8.1/10 WHQL Support  [Disabled]
Boot
    Boot mode select    [LEGACY + UEFI ]

この設定でBIOSを実行すると、やはりLegacy OpROM画面が表示され、UEFI Driverは読み込まれませんでした。
IMG_20160919_203806.jpg 


次に、BIOSのブート関連を以下の設定に変えてみましょう。
Advanced / Windows OS Configration 
    Windows 8.1/10 WHQL Support  [Enabled]
Boot
    Boot mode select    [UEFI ]←上記設定にすると強制的にUEFIの設定になります。

この設定でBIOSを起動すると、Legacy OpROM画面は表示されず、UEFI Driverが読み込まれました。



M8Pe のOpROMをより詳しく探るため、Ubuntu(Linux)の導入です。

テストマシンに挿したUSBメモリより、Ubuntu 16.04 LTS 64 bit をUEFIブートし、OpROMを検証します。

lspci_ed.png 
lspci -vを実行した結果のスクリーンショット。M8PeがPCIデバイスとして認識され、Expasion ROMと表示があることから、M8PeはOpROM搭載と確認できます。

続いて、
そのOpROMの概要情報を得られる、フリーツール rom-parserでM8PeのOpROMを解析しました。

romparser_ed.png 
rom-parserの解析結果スクリーンショット。x86 (Legacy 用)と EFI (X64 UEFI 用)の2つのOpROMを搭載していることがわります。また、UEFI用のOpROMは「署名は有効」となっているようです。


最後に、テスト環境のマザーボードをASRock H170 PRO4 BIOS ver P7.00(NVMe 対応)に変更します。
BIOSのブート関連のデフォルト設定は以下のようになっています。
Boot タブ
Fast Boot [Disabled]
Full Screen Logo [Enabled]
AddOn ROM Display [Enabled]
CSM [Enabled]
  Launch PXE OpROM Policy [Legacy]
  Launch Strage OpROM Policy [Legacy]
  Launch Video OpROM Policy [Legacy]
この設定で起動すると、Legacy OpROMメッセージ画面は表示されず、UEFI Driverもロードされませんでした。

つぎに、上記設定の内、CSMを[Disabled]に変更し、BIOSを走らせました。その結果、Legacy OpROMメッセージ画面は表示されず、UEFI Driverもロードされませんでした。

これまでの、実機テストの結果から、このBIOSはM8PeのOpROMを実行していないようです。
ASRock H170 PRO4 BIOS はUEFI仕様に準拠となっていますが、OpROMの扱いなどはその仕様で定めらていないようです。このBIOSのOpROM仕様について、今後、調べてみたいと思います。
2016/11/28 追記
ASRock H170 PRO4 の上記挙動について、調べてみましたがはっきりとしたことはわかりませんでした。しかし、M8Pe はCSMが [Enabled]でも[Disabled]でもマザーボードのBIOS ROM内にあるAMI NVMe BUS Driver によってM8Peを認識し、ディスクアクセスしています。UEFI BIOSのこの部分の仕様は UEFI Platform Initialization Specification になるようです。BIOSアップデートにより最近発売の自作PCマザーボードでは、BIOS自身で NVMe Driverを持つようになり、 OpROMの NVMe Driverにたよらずとも、NVMe SSD よりOSをブートできます。今後、自作PCマザーボードのBIOSでは標準でNVMe Driverが搭載されると思われます。また、今後NVMe SSD にレガシOpROMが搭載されることもないようです。このため、ASRock H170 PRO4のBIOSがOpROMをどのように扱っているかをこれ以上調べないこととさせていただきます。


他製品のOpROM搭載有無について調べてみました。(NVMe SSDに限る。わかる範囲で)
Intel SSD 750 HHHL PCIe GEN 3.0 x4 NVMe-> UEFI用OpROM搭載
Samsung SM951 M.2 PCIe Gen 3.0 x 4 NVMe -> 組み込み向けのためOpROM非搭載
Samsung 950 PRO M.2 PCIe Gen 3.0 x 4 NVMe -> UEFI用OpROM搭載 
Intel 600p M.2 PCIe Gen 3.0 x 4 NVMe -> OpROM非搭載
Samsung 960 EVO M.2 PCIe Gen 3.0 x 4 NVMe -> OpROM非搭載



まとめ
M8Peは古いマザーボードでも起動ドライブにできるように、従来のBIOS(レガシBIOS、UEFI仕様でないBIOS)向けのLegacy OpROMを搭載しています。自作PC市場では第2世代 Core iシリーズ(Sandy Bridge)のマザーボードからUEFI BIOSとなりした。それより前のマザーボードはレガシーBIOS(UEFI対応でない)であり、その頃のPCIeスロットはグラフィックボード用途スロットを除けばPCIe Gen1 (250MB/s)の帯域になりx4では1GB/sの帯域となります。Legacy OpROMが必要な古い従来BIOSのマザーボードにM8Peを装着しても、その性能を活かせないため、この選択をする自作ユーザーはほとんどいないと思われます。したがって、今後、PCIe NVMe SSDにはUEFI 用のOpROMのみ搭載されるようになると思われます。また、インテル9シリーズ以降のマザーボードではUEFI BIOSアップデートでNVMeに対応しているため、UEFI用のOpROMが必要な場合は少ないようです。
上記テスト結果のように、SSDのOpROMにLegacy OpROMが搭載されることで、BIOSの設定如何ではBIOSの挙動がユーザが予期しない結果となります。UEFI BIOS環境の場合は、この記事を参考にしていただき、Legacy OpROMを実行しない設定にすることをおすすめします。



補足
M8PeのWindows 用デバイスドライバは2016/10/3現在、メーカー配布のドライバは用意されていない。NVMeコントローラーのドライバはWindowsインボックスドライバで機能十分との判断なのでしょうか?
2016/10/3現在 Plextool はM8Peに未対応。
シリーズ前作のPlextor M6eもOption ROMを搭載していました。





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