Seite 3: Die Schnittstellen - SATA oder NVME?

In Kooperation mit WD

Passende Schnittstellen gibt es viele - zum einen externe, über Thunderbolt und USB für externe SSDs mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, aber natürlich insbesondere interne, wie SATA und NVME.

SATA: Einfach und in zwei Formaten

Die meist genutzte und verbreitetste Schnittstelle ist sicherlich die SATA-Schnittstelle. In ihrer aktuellen dritten Version, auch "SATA-600" genannt, sind damit Übertragungsraten von bis zu 600 MB/s möglich. Zu unterscheiden sind hier einmal die mechanische Schnittstelle und das zugehörige Protokoll. Physikalisch kennt man die schwarzen Ports, von denen meistens vier oder sechs auf aktuellen Mainboards zu finden sind. Aber auch M.2-Ports können das SATA-Protokoll nutzen und nichts anderes verstehen - entsprechend unterstützen sie dann auch die theoretische maximale Übertragungsrate von 600 MB/s. Für Festplatten und gar optische Laufwerke, die ebenfalls per SATA an das Mainboard angeschlossen sind, ist dieses Limit  unerreichbar. Für SSDs hingegen nicht - sie können diese Grenze leicht erreichen. So erreichen die meisten SSDs im SATA-Format heute nominell 550 MB/s - also die theoretische Bandbreite abzüglich des üblichen Overheads. 

Wird das M.2-Format genutzt, so ergibt sich ein Problem: Optisch lassen sich die M.2-Ports auf dem Mainboard, sowie die M.2-Laufwerke selbst nicht anhand ihrer Schnittstelle voneinander unterscheiden. Dazu bedarf es eines genaueren Blicks auf die jeweiligen Datenblätter oder in das Handbuch. SATA-basierende M.2-SSDs können nicht in NVME-fähigen M.2-Slots eingesetzt werden und umgekehrt. 

Manchmal ändern Hersteller auch innerhalb einer Serie beim Generationswechsel die jeweilige Schnittstelle. So ist die neue Western Digital WD_Blue SN500 (Test folgt in Kürze) anders als ihr Vorgänger nun mit NVMe statt SATA angebunden und ermöglicht somit eine deutlich höhere Bandbreite.

NVME: Für schnellere SSDs unabdingbar

Sind schließlich größere Datenübertragungsraten gewünscht, entwickelte sich in den letzten Jahren das NVMe-Protokoll (Non-Volatile Memory Express) zur meistgenutzten Alternative. Hier kann das Speichermedium über den M.2-Slot direkt an PCIe angebunden werden, was natürlich deutlich höhere Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Mit dem gerade vorgestellten PCIe-4.0-Standard sind so bei einer x4-Anbindung theoretisch bis zu 7,8 GB/s möglich. Beim aktuellen PCIe-Standard 3.x sind es schnelle 3,9 GB/s, also fast die achtfache SATA-Performance. Dass diese Bandbreiten meist nur auf dem Papier zu lesen sind, hat dabei vielfältige Gründe. Dennoch konnten wir in der Vergangenheit bei den synthetischen Benchmarks im Idealzustand bereits Transferraten messen, die nahe an diese Spezifikationsgrenze gelangen konnten.

Hier gilt allerdings der Hinweis, sich nicht allein vom Begriff NVMe verleiten zu lassen. Oft können die preisgünstigen Varianten der Hersteller nur mit weniger Lanes als ihre Top-Modelle angesteuert werden, was eine Reduktion der maximalen Bandbreite zur Folge hat. Nicht alle SSDs nutzen die volle Performance wie die WD Black PCIe, die mit vier PCIe-3.0-Lanes angebunden ist. 

Zeitgleich jedoch sollte bedacht werden, dass bei einigen älteren Consumer-Mainboards von AMD und Intel auch die zur Verfügung stehenden Lanes begrenzt sind. Gerade günstige Mainboards, die damit werben, mehrere m.2-Slots zu bieten, steuern den zweiten (oder gar dritten) Port oft nur mit zwei Lanes an. In Laptops finden sich solche Limitierungen sogar regelmäßig. Soll also in einem solchen System eine (zweite) SSD verbaut werden, sollte man vorher das Handbuch konsultieren, um nicht Leistung zu verschenken.

Außerdem zeigt sich in Benchmarks wie bei Anwendungen mit extremen Schreiblasten, dass die hohe Bandbreite von NVMe auch Nachteile mit sich bringt. Durch die hohe Belastung werden die Speicherchips in diesen Situationen sehr warm, zum Teil sogar sehr heiß. Kurzfristige Temperaturen von 70°C sind dabei keine Seltenheit, was zur Folge hat, dass die SSDs selbstständig ihre Geschwindigkeit drosseln und so ihre Performance einbüßen. Gehören solche Schreibzyklen zu den ständigen Anwendungen, ist eine Kühlung also Pflicht. Die bereits erwähnte SN750 von Western Digital gibt es aufgrund der hohen Leistung für genau solche User mit einem Heatspreader zu kaufen. Abhängig vom Luftzug im Gehäuse kann so das Drosseln vermieden werden.

SAS: Sonderfall für Server

Für heimische Computer irrelevant, soll an dieser Stelle auch noch kurz das Serial Attached Small Computer System Interface (oder kurz: SAS) in der dritten Generation erwähnt werden. Diese Schnittstelle erinnert optisch stark an die handelsüblichen SATA-Schnittstellen, was kein Zufall ist. Der SAS-Anschluss übernahm im Grunde die SATA-Form, sodass auch SAS-Kabel für ein SATA-Laufwerk verwendet werden können – nicht aber umgekehrt. Die Nettoübertragungsrate ist im Vergleich zu SATA-600 verdoppelt, im Vergleich zu NVMe allerdings natürlich immer noch geringer. Ihr spezieller Nutzen zeigt sich beispielsweise beim sogenannten Dual Porting, das es ermöglicht, zwei Systeme zeitgleich an ein Laufwerk anzuschließen und simultan darauf zuzugreifen.

Die Schnittstelle ist allerdings eher für Serversysteme gedacht: Mit entsprechenden RAID-Controllern war es möglich, Server mit leistungsfähigeren Laufwerken zu versorgen, aber trotzdem den 2,5-Zoll-Formfaktor beizubehalten, um diese von vorne in die Server einschieben zu können. Letztendlich ist das Preis-Leistungsverhältnis aber bei SAS-Laufwerken aufgrund von teuren Controllern nicht sehr gut - und die Ablösung steht schon in den Startlöchern. 

Die Möglichkeit, SSDs im laufenden Betrieb bei einem Defekt auszutauschen, ist bei Servern oftmals notwendig. NVME-Laufwerke, die auf den Mainboards verbaut sind, oder PCIe-Steckkarten, kommen deshalb im Server-Umfeld meistens nicht in Frage. Um die Vorteile von NVME mit der Austauschbarkeit von klassischen 2,5-Zoll-Laufwerken zu verbinden, wurde das U.2-Interface geschaffen. Auch einige High-End-Consumer-Mainboards besitzen eine derartige Schnittstelle bereits. Auch existieren bereits Steckkarten-Systeme für SSDs in Servern, die das NVME-Protokoll nutzen und im sogenannten "NGSFF"-Format (Next Generation Small Form Format) kommen. Welche dieser Formate sich durchsetzt, werden die nächsten Jahre zeigen. 

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