NVMe vs. SATA: Welche SSD-Technologie ist schneller?

• Ian Paul

  @ianpaul

• February 27, 2020, 6:40am EDT

NVMe-Laufwerke sind derzeit eine große Sache im Bereich der Computerspeicherung, und das aus gutem Grund. Ein NVMe-Solid-State-Laufwerk (SSD) lässt nicht nur die meisten älteren SSDs im Staub zurück, sondern ist im Vergleich zu herkömmlichen 3,5- und 2,5-Zoll-Laufwerken auch rasend schnell.

NVMe vs. SATA III

Nehmen wir zum Beispiel das 1-TB-Samsung 860 Pro, ein 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 so schnell.

Das liegt daran, dass die Vor-NVMe-Laufwerke über SATA III, die dritte Revision der Serial-ATA-Computerbusschnittstelle, an einen PC angeschlossen werden. NVMe hingegen ist die Host-Controller-Schnittstelle für neuere, fortschrittlichere SSDs.

SATA III und NVMe sind die Begriffe, die am häufigsten verwendet werden, um zwischen Laufwerken der alten Schule und den neuen heißen Dingern zu unterscheiden, die alle wollen. NVMe ist jedoch nicht dieselbe Art von Technologie wie SATA III.

Warum wir die Begriffe „SATA III“ und „NVMe“ verwenden, um die Technologien zu vergleichen, erfahren Sie später.

Was ist SATA III?

Im Jahr 2000 wurde SATA eingeführt, um den vorhergehenden Standard Parallel ATA zu ersetzen. SATA bot Verbindungen mit höherer Geschwindigkeit, was im Vergleich zu seinem Vorgänger eine erheblich verbesserte Leistung bedeutete. SATA III kam acht Jahre später mit einer maximalen Übertragungsrate von 600 MB/s auf den Markt.

SATA-III-Komponenten verwenden einen speziellen Steckertyp für den Anschluss an einen Laptop und einen speziellen Kabeltyp für den Anschluss an die Hauptplatine eines Desktop-PCs.

Wenn ein Laufwerk über SATA III an das Computersystem angeschlossen ist, ist die Arbeit erst halb getan. 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, mit einem Computersystem zu kommunizieren.

Viele Jahre lang haben SATA III und AHCI hervorragend funktioniert, auch in der Anfangszeit der SSDs. AHCI wurde jedoch für rotierende Medien mit hoher Latenz optimiert, nicht für nichtflüchtige Speicher mit niedriger Latenz wie SSDs, erklärte ein Vertreter des Laufwerksherstellers Kingston.

Solid-State-Laufwerke wurden so schnell, dass sie schließlich die SATA-III-Verbindung überlasteten. SATA III und AHCI konnten einfach nicht genug Bandbreite für die immer leistungsfähigeren SSDS bereitstellen.

Da die Laufwerke immer schneller und leistungsfähiger wurden, musste nach einer besseren Alternative gesucht werden. Und glücklicherweise wurde sie bereits in PCs eingesetzt.

Was ist PCIe?

PCIe ist eine weitere Hardware-Schnittstelle. Am bekanntesten ist sie als Steckplatz für Grafikkarten in Desktop-PCs, aber sie wird auch für Soundkarten, Thunderbolt-Erweiterungskarten und M.2-Laufwerke verwendet (dazu später mehr).

Wenn Sie auf ein Motherboard schauen (siehe oben), können Sie leicht erkennen, wo die PCIe-Steckplätze sind. Es gibt sie meist in den Varianten x16, x8, x4 und x1. Diese Zahlen geben an, wie viele Lanes zur Datenübertragung ein Steckplatz hat. Je höher die Anzahl der Lanes, desto mehr Daten können gleichzeitig übertragen werden, weshalb Grafikkarten x16-Steckplätze verwenden.

Auf dem Bild oben ist auch ein M.2-Steckplatz zu sehen, direkt unter dem oberen x16-Steckplatz. M.2-Steckplätze können bis zu vier Lanes verwenden, daher sind sie x4.

Die wichtigsten PCIe-Steckplätze in jedem Computer haben Lanes, die mit der CPU verbunden sind, um die bestmögliche Leistung zu erzielen. Der Rest der PCIe-Steckplätze ist mit dem Chipsatz verbunden. Dies ermöglicht ebenfalls eine recht schnelle Verbindung zur CPU, allerdings nicht so schnell wie die direkten Verbindungen.

Zurzeit sind zwei Generationen von PCIe im Einsatz: 3.0 (die am weitesten verbreitete) und 4.0. Mitte 2019 war PCIe 4.0 brandneu und wurde nur von AMDs Ryzen 3000-Prozessoren und X570-Motherboards unterstützt. Version 4 ist erwartungsgemäß schneller.

Doch die meisten Komponenten erreichen noch nicht die maximale Bandbreite von PCIe 3.0. PCIe 4.0 ist zwar beeindruckend, aber noch keine Notwendigkeit für moderne Computer.

VERWEIST: PCIe 4.0: What’s New and Why It Matters

NVMe Over PCIe

PCIe ist also wie SATA III; beide werden verwendet, um einzelne Komponenten mit einem Computersystem zu verbinden. Genauso wie SATA III AHCI benötigt, bevor eine Festplatte oder SSD mit einem Computersystem kommunizieren kann, sind PCIe-basierte Laufwerke auf einen Host-Controller angewiesen, der als Non-Volatile Memory Express (NVMe) bezeichnet wird.

Aber warum sprechen wir nicht über SATA III gegenüber PCIe-Laufwerken oder AHCI gegenüber NVMe?

Der Grund ist ziemlich einfach. Wir haben Laufwerke immer als SATA-basiert bezeichnet, wie SATA, SATA II und SATA III – das ist keine Überraschung.

Als die Laufwerkshersteller begannen, PCIe-Laufwerke herzustellen, gab es eine kurze Phase, in der wir über PCIe-SSDs sprachen.

Doch die Industrie hatte keine Standards, um die sie sich scharen konnte, wie es bei SATA-Laufwerken der Fall war. Wie Western Digital erklärte, verwendeten die Unternehmen stattdessen AHCI und entwickelten ihre eigenen Treiber und Firmware, um diese Laufwerke zu betreiben.

Das war ein Chaos, und AHCI war immer noch nicht gut genug. Wie Kingston uns erklärte, war es für die Menschen auch schwieriger, Laufwerke zu übernehmen, die schneller als SATA waren, weil sie statt eines Plug-and-Play-Erlebnisses auch noch spezielle Treiber installieren mussten.

Schließlich hat sich die Branche um den Standard geschart, der zu NVMe wurde und AHCI ersetzte. Der neue Standard war so viel besser, dass es Sinn machte, von NVMe zu sprechen. Und der Rest ist, wie man so schön sagt, Geschichte.

NVMe wurde mit Blick auf moderne, PCIe-basierte SSDs entwickelt. NVMe-Laufwerke können wesentlich mehr Befehle auf einmal annehmen als mechanische SATA-III-Festplatten oder SSDs. Das macht NVMe-Laufwerke in Kombination mit einer geringeren Latenzzeit schneller und reaktionsschneller.

Wie sehen NVMe-Laufwerke aus?

Wenn Sie heute ein NVMe-basiertes Laufwerk kaufen, suchen Sie ein M.2-Laufwerk. M.2 beschreibt den Formfaktor des Laufwerks – oder, für unsere Zwecke, wie es aussieht. M.2-Laufwerke haben in der Regel eine Speicherkapazität von bis zu 1 TB, sind aber klein genug, um sie zwischen Daumen und Zeigefinger zu halten.

M.2-Laufwerke werden an spezielle M.2-PCIe-Steckplätze angeschlossen, die bis zu vier Lanes für die Datenübertragung unterstützen. Diese Laufwerke sind in der Regel NVMe-basiert, aber Sie können auch M.2-Laufwerke finden, die SATA III verwenden – lesen Sie einfach die Verpackung sorgfältig durch.

SATA III-basierte M.2-Laufwerke sind heutzutage nicht mehr so häufig, aber es gibt sie. Einige beliebte Beispiele sind die WD Blue 3D NAND und die Samsung 860 Evo.

VERWANDT: Was ist der M.2-Erweiterungssteckplatz und wie kann ich ihn nutzen?

Sollten Sie SATA-III-Laufwerke aufgeben?

Während NVMe fantastisch ist, gibt es keinen Grund, SATA-III-Laufwerke einfach aufzugeben. Trotz der Einschränkungen von SATA III ist es immer noch eine gute Wahl für Sekundärspeicher.

Wer zum Beispiel einen neuen PC baut, tut gut daran, ein M.2-NVMe-Laufwerk für das Startlaufwerk und den Primärspeicher zu verwenden. Als Sekundärspeicher könnte man dann eine billigere Festplatte oder eine 2,5-Zoll-SSD mit größerer Kapazität hinzufügen.

Es könnte eine schöne Idee sein, den gesamten Speicher über PCIe laufen zu lassen. Im Moment sind NVMe-Laufwerke jedoch auf etwa 2 TB begrenzt. Höhere Kapazitäten sind außerdem unerschwinglich teuer. Ein günstiges 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 Preisgestaltung könnte sich natürlich ändern, wenn wir M.2-Laufwerke mit noch höherer Kapazität bekommen. Laut Kingston können wir Anfang 2021 mit M.2-Laufwerken mit 4 und 8 TB Kapazität rechnen.

Bis dahin ist die Kombination von M.2 mit sekundären SSDs und Festplatten die beste Option.

Das Gleiche gilt für Laptops. Wenn Sie ein neues Gerät kaufen, suchen Sie nach einem mit NVMe-Flash-Speicher und einem freien 2,5-Zoll-Schacht für eine SATA-III-Festplatte oder SSD.

Nicht alle NVMe-Laufwerke sind jedoch gleich. Es lohnt sich auf jeden Fall, vor dem Kauf eines Laufwerks die Testberichte über Ihr Ziellaufwerk zu lesen.

Wenn Sie einen neueren Desktop-PC oder Laptop haben, ist es wahrscheinlich, dass er über M.2-Steckplätze verfügt, die NVMe unterstützen. Ein Upgrade Ihres PCs lohnt sich auf jeden Fall!