NVMe-Laufwerke: Ein Quantensprung in der Datenspeicherung
NVMe-Laufwerke haben sich in der Welt der Computerspeicher als revolutionär erwiesen, und das aus gutem Grund. Ein NVMe-Solid-State-Drive (SSD) übertrifft nicht nur die meisten älteren SSDs in Sachen Geschwindigkeit, sondern ist auch im Vergleich zu traditionellen 3,5- und 2,5-Zoll-Festplatten rasend schnell.
NVMe im Vergleich zu SATA III
Betrachten wir beispielsweise die 1 TB Samsung 860 Pro, eine 2,5-Zoll-SSD mit einer maximalen sequenziellen Lesegeschwindigkeit von 560 Megabyte pro Sekunde (MB/s). Ihr Nachfolger, die NVMe-basierte 960 Pro, ist mit einer Spitzengeschwindigkeit von 3.500 MB/s mehr als sechsmal schneller.
Dieser Unterschied ist darauf zurückzuführen, dass ältere Laufwerke über SATA III, die dritte Revision der Serial ATA-Computerschnittstelle, mit einem PC verbunden sind. NVMe hingegen fungiert als Host-Controller-Schnittstelle für modernere und fortschrittlichere SSDs.
Die Begriffe SATA III und NVMe werden häufig verwendet, um zwischen herkömmlichen Laufwerken und den aktuellen Hochleistungslösungen zu unterscheiden, die sich viele Anwender wünschen. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass NVMe keine bloße Weiterentwicklung von SATA III ist.
Wir werden später genauer erläutern, warum wir die Begriffe „SATA III“ und „NVMe“ verwenden, um diese Technologien zu vergleichen.
Was genau ist SATA III?
Im Jahr 2000 wurde SATA als Nachfolger des Parallel ATA-Standards eingeführt. SATA ermöglichte schnellere Verbindungen und bot somit eine deutliche Leistungssteigerung im Vergleich zum Vorgänger. Acht Jahre später kam SATA III mit einer maximalen Übertragungsrate von 600 MB/s auf den Markt.
SATA III-Komponenten verwenden spezielle Anschlüsse zum Einstecken in Laptops und spezielle Kabel für die Verbindung mit einem Desktop-Motherboard.
Die physische Verbindung des Laufwerks über SATA III ist nur der erste Schritt. Damit das Laufwerk tatsächlich mit dem System kommunizieren kann, benötigt es eine Host-Controller-Schnittstelle. Diese Aufgabe übernimmt AHCI, die gängigste Methode für SATA III-Laufwerke zur Kommunikation mit einem Computersystem.
Über viele Jahre haben SATA III und AHCI beachtliche Dienste geleistet, auch in den frühen Tagen der SSD-Technologie. AHCI wurde jedoch primär für rotierende Medien mit hoher Latenz optimiert, nicht für nichtflüchtigen Speicher mit geringer Latenz wie SSDs, wie ein Vertreter des Laufwerksherstellers Kingston erklärte.
Die Entwicklung der Solid-State-Laufwerke verlief so rasant, dass sie schließlich die SATA-III-Verbindung auslasteten. SATA III und AHCI waren schlichtweg nicht in der Lage, die für immer leistungsfähigere SSDs erforderliche Bandbreite bereitzustellen.
Mit der zunehmenden Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit der Laufwerke wurde eine bessere Alternative gesucht, die glücklicherweise bereits in PCs implementiert war.
Was ist PCIe?
PCIe ist eine weitere wichtige Hardwareschnittstelle, die vor allem für die Verbindung von Grafikkarten in Desktop-PCs bekannt ist. Sie wird jedoch auch für Soundkarten, Thunderbolt-Erweiterungskarten und M.2-Laufwerke verwendet (mehr dazu später).
Auf einem Motherboard (siehe oben) sind die PCIe-Steckplätze leicht zu erkennen. Sie sind in den Varianten x16, x8, x4 und x1 vorhanden. Diese Zahlen geben die Anzahl der Datenübertragungsspuren (Lanes) an, die ein Slot hat. Je höher die Anzahl der Lanes, desto mehr Daten können gleichzeitig verschoben werden. Daher nutzen Grafikkarten in der Regel x16-Slots.
Auf dem Bild oben befindet sich auch ein M.2-Steckplatz, direkt unter dem oberen x16-Steckplatz. M.2-Slots können bis zu vier Lanes nutzen, sind also x4.
Die primären PCIe-Steckplätze eines jeden Computers sind mit der CPU verbunden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Die übrigen PCIe-Steckplätze sind mit dem Chipsatz verbunden, der zwar auch eine schnelle Verbindung zur CPU bietet, jedoch nicht so schnell wie die direkten Verbindungen.
Derzeit sind zwei PCIe-Generationen verbreitet: 3.0 (die gängigste) und 4.0. Mitte 2019 war PCIe 4.0 noch relativ neu und wurde nur von AMDs Ryzen 3000-Prozessoren und X570-Mainboards unterstützt. Version 4 ist erwartungsgemäß schneller.
Die meisten Komponenten schöpfen jedoch noch nicht die maximale Bandbreite von PCIe 3.0 aus. Obwohl PCIe 4.0 beeindruckend ist, ist es für aktuelle Computersysteme noch keine Notwendigkeit.
NVMe über PCIe
PCIe ist also ähnlich wie SATA III: Beide dienen dazu, einzelne Komponenten mit einem Computersystem zu verbinden. So wie SATA III AHCI benötigt, damit eine Festplatte oder SSD mit dem Computersystem kommunizieren kann, basieren PCIe-basierte Laufwerke auf einem Host-Controller namens Non-Volatile Memory Express (NVMe).
Aber warum sprechen wir nicht von SATA III- gegenüber PCIe-Laufwerken oder AHCI- gegenüber NVMe?
Der Grund ist recht einfach. Wir haben Laufwerke immer als SATA-basiert bezeichnet, also SATA, SATA II und SATA III – keine Überraschung.
Als die Laufwerkshersteller mit der Produktion von PCIe-Laufwerken begannen, wurde kurz von PCIe-SSDs gesprochen.
Wie Western Digital erläutert, gab es in der Branche jedoch keine einheitlichen Standards wie bei SATA-Laufwerken. Stattdessen verwendeten die Unternehmen AHCI und entwickelten eigene Treiber und Firmware, um diese Laufwerke zu betreiben.
Dies führte zu einem unübersichtlichen Zustand, und AHCI war immer noch nicht optimal. Wie Kingston uns mitteilte, war es für die Anwender auch schwierig, schnellere Laufwerke als SATA zu nutzen, da sie neben der eigentlichen Installation spezielle Treiber installieren mussten, anstatt eine Plug-and-Play-Erfahrung zu erhalten.
Schließlich einigte sich die Branche auf den Standard, der zu NVMe wurde und AHCI ablöste. Der neue Standard war so viel besser, dass es sinnvoll war, von NVMe zu sprechen. Und der Rest ist, wie man so schön sagt, Geschichte.
NVMe wurde speziell für moderne, PCIe-basierte SSDs entwickelt. NVMe-Laufwerke können wesentlich mehr Befehle gleichzeitig verarbeiten als mechanische SATA-III-Festplatten oder SSDs. In Verbindung mit der geringeren Latenz führt dies zu einer höheren Geschwindigkeit und Reaktionsfähigkeit von NVMe-Laufwerken.
Wie sehen NVMe-Laufwerke aus?
Wenn Sie heute ein NVMe-basiertes Laufwerk kaufen möchten, werden Sie wahrscheinlich auf einen M.2-Stick stoßen. M.2 beschreibt den Formfaktor des Laufwerks – also, wie es aussieht. M.2-Laufwerke bieten in der Regel bis zu 1 TB Speicherplatz, sind aber klein genug, um bequem zwischen Daumen und Zeigefinger zu passen.
M.2-Laufwerke werden an spezielle M.2-PCIe-Steckplätze angeschlossen, die bis zu vier Datenübertragungsspuren unterstützen. Diese Laufwerke basieren in der Regel auf NVMe, aber es gibt auch M.2-Laufwerke, die SATA III nutzen – achten Sie hierbei auf die Angaben auf der Verpackung.
SATA III-basierte M.2-Laufwerke sind heutzutage seltener, aber es gibt sie noch. Einige bekannte Beispiele sind die WD Blue 3D-NAND und die Samsung 860 Evo.
Sollten Sie auf SATA III-Laufwerke verzichten?
Obwohl NVMe eine fantastische Technologie ist, gibt es noch keinen Grund, auf SATA-III-Laufwerke zu verzichten. Trotz ihrer Einschränkungen sind sie immer noch eine gute Wahl für sekundären Speicher.
Jeder, der beispielsweise einen neuen PC zusammenstellt, sollte ein M.2-NVMe-Laufwerk als Boot-Laufwerk und primären Speicher verwenden. Danach kann man eine kostengünstigere Festplatte oder eine 2,5-Zoll-SSD mit größerer Kapazität als Sekundärspeicher hinzufügen.
Theoretisch wäre es ideal, den gesamten Speicher über PCIe laufen zu lassen, aber NVMe-Laufwerke sind derzeit auf etwa 2 TB begrenzt, und höhere Kapazitäten sind unverhältnismäßig teuer. Ein preisgünstiges 1-TB-M.2-NVMe-Laufwerk kostet in der Regel etwa 100 US-Dollar (was ungefähr dem Preis einer 2-TB-Hochleistungs-SATA-III-Festplatte entspricht).
Die Preise könnten sich natürlich ändern, wenn wir M.2-Laufwerke mit noch höheren Kapazitäten erhalten. Kingston prognostiziert, dass wir ab Anfang 2021 mit M.2-Laufwerken mit 4 und 8 TB Kapazität rechnen können.
Bis dahin ist die Kombination aus M.2 mit sekundären SSDs und Festplatten die beste Option.
Die gleiche Idee gilt für Laptops. Wenn Sie ein neues Gerät kaufen, achten Sie auf ein Modell mit NVMe-Flash-Speicher und einem 2,5-Zoll-Schacht für eine SATA-III-Festplatte oder SSD.
Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass nicht alle NVMe-Laufwerke gleich sind. Es ist immer ratsam, Bewertungen des gewünschten Laufwerks zu lesen, bevor Sie es kaufen.
Wenn Sie einen neueren Desktop-PC oder Laptop haben, stehen die Chancen gut, dass dieser über M.2-Steckplätze verfügt, die NVMe unterstützen. Es lohnt sich also, Ihren PC aufzurüsten!