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Die SSD-FAQ

SSD-Technologien im Überblick - Die Schnittstellen - SATA oder NVME?

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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: Der bewährte Standard

Die SATA-Schnittstelle ist eine häufig genutzte, weit verbreitete Schnittstelle, welche Übertragungsraten von bis zu 600 MB/s ermöglicht. Die aktuelle dritte Version wird auch "SATA-600" genannt. Hierbei ist zu unterscheiden zwischen der mechanischen Schnittstelle und dem zugehörigen Protokoll. Auf aktuellen Mainboards sind meist vier bis sechs schwarze Ports vorhanden, die physikalisch als Anschlüsse dienen. M.2-Ports können das SATA-Protokoll auch ohne andere Protokolle nutzen und verstehen, unterstützen also die theoretisch maximale Übertragungsrate von 600 MB/s. Festplatten und optische Laufwerke, die ebenfalls per SATA ans Mainboard angeschlossen sind, können dieses Limit nicht erreichen. SSDs hingegen können diese Grenze leicht übertreffen. Die meisten heutzutage im SATA-Format verfügbaren SSDs erreichen nominell 550 MB/s - also die theoretische Bandbreite abzüglich des üblichen Overheads.  

Ob sich diese Begrenzung in der Praxis bemerkbar macht, hängt natürlich von der jeweiligen Anwendung ab. Eine bewährte Anbindung kann andererseits jedoch eine hohe Kompatibilität gewährleisten. Es ist nicht überraschend, dass in den letzten Jahren Solid State Drives auch im Network Attached Storage (NAS-Systemen) immer beliebter geworden sind. Eine moderne SATA-SSD kann hier viele Vorteile bieten: Die meisten, auch älteren NAS-Geräte können dank SATA einfach mit einer SSD aufgerüstet werden. Über die Netzwerkverbindung können dann die kurzen Latenzen ausgenutzt werden, ohne dass die Bandbreitenbeschränkung zum Flaschenhals wird. Zudem hilft der geringere Energieverbrauch von SSDs gegenüber Festplatten, die Betriebskosten zu senken - bei letztlich mehr Leistung.

NVME: Für schnellere SSDs unabdingbar

Da in den letzten Jahren höhere Transferraten etabliert wurden, ist das NVMe-Protokoll (Non-Volatile Memory Express) zur meistgenutzten Anbindungen im Consumer-Bereich geworden. Das Speichermedium kann über den M.2-Slot direkt an PCIe angeschlossen werden, was zu deutlich höheren Übertragungsgeschwindigkeiten führt. Mit dem kürzlich vorgestellten PCIe-5.0-Standard können bei einer x4-Anbindung theoretisch bis zu 15,6 GB/s erreicht werden. Diese sind jedoch bislang eher als Early-Adopters zu sehen, PCIe4 mit vier Lanes als Anbindung stellen noch den faktischen Standard dar. Die Messungen dieser Bandbreiten sind allerdings meist nur theoretisch möglich, was viele Gründe hat. Trotzdem konnten in der Vergangenheit durch synthetische Benchmarks im Idealzustand Übertragungsraten gemessen werden, die nahe an diese Spezifikationsgrenze herankamen.

Baum Kauf einer NVMe-SSD sollte jedoch berücksichtigt werden, dass ältere Consumer-Mainboards von AMD und Intel auch begrenzte zur Verfügung stehende Lanes aufweisen können und diese unterschiedliche PCIe-Generationen bieten. Auch in Laptops sind solche Limitierungen regelmäßig zu finden. Wenn eine zusätzliche SSD in einem solchen System eingebaut werden soll, sollte das Handbuch vorher konsultiert werden, um ungewollten Leistungsverlust zu vermeiden. 

In Benchmarks und bei Anwendungen mit extremen Schreiblasten zeigt sich jedoch, dass die hohe Bandbreite von NVMe auch Nachteile birgt. Aufgrund der hohen Belastung, erwärmen sich die Speicherchips in diesen Situationen stark und können sogar sehr heiß werden. Es ist keine Seltenheit, dass kurzfristige Temperaturen von 70 °C erreicht werden, was dazu führt, dass die SSDs ihre Geschwindigkeit automatisch drosseln und somit an Leistung einbüßen. Wenn solche Schreibzyklen regelmäßig stattfinden, ist eine Kühlung unbedingt erforderlich. Die bereits erwähnte Kingston FURY RENEGADE ist wie viele HighEnd-SSDs aufgrund ihrer hohen Leistung mit einem Heatspreader erhältlich, bietet in der Basis-Variante allerdings bereits ein Label aus einem Aluminium-Grafit-Gemisch, das bereits zu einer verbesserten Wärmeübertragung beiträgt. Dies verbessert auch die Kühlung beispielsweise beim Einsatz von vorinstallierten Mainboard-Kühlkörpern, die dadurch eine bessere Auflagefläche erhalten. Durch die Berücksichtigung des Luftstroms im Gehäuse kann somit eine Überhitzung vermieden werden.

SAS: Sonderfall für Server

Für den Heimgebrauch ist das Serial Attached Small Computer System Interface (kurz SAS) in der dritten Generation irrelevant. Dennoch soll an dieser Stelle erwähnt werden, dass diese Schnittstelle optisch stark an die handelsüblichen SATA-Schnittstellen erinnert und dies kein Zufall ist. Der SAS-Anschluss hat die SATA-Form im Grunde übernommen, sodass auch SAS-Kabel für ein SATA-Laufwerk verwendet werden können - jedoch nicht umgekehrt. Die Nettodatenübertragungsrate ist im Vergleich zu SATA-600 verdoppelt, aber im Vergleich zu NVMe immer noch geringer. Ein spezieller Nutzen lässt sich zum Beispiel beim Dual-Port-Betrieb erkennen, bei dem das Laufwerk gleichzeitig von zwei Systemen genutzt werden kann.

Die Schnittstelle ist für Serversysteme vorgesehen. Durch entsprechende RAID-Controller können leistungsfähigere Laufwerke in Servern verwendet werden, während der 2,5-Zoll-Formfaktor beibehalten wird, um diese von vorne in die Server einzuschieben. Das Preis-Leistungsverhältnis von SAS-Laufwerken ist jedoch aufgrund der teuren Controller nicht sehr gut - und die Ablösung steht bereits in den Startlöchern. 

In Serverumgebungen ist es oft notwendig, SSDs im laufenden Betrieb auszutauschen, wenn ein Defekt auftritt. Aus diesem Grund kommen NVME-Laufwerke, die auf den Mainboards verbaut oder als PCIe-Steckkarten verwendet werden, im Serverumfeld meist nicht in Frage. Um die Austauschbarkeit klassischer 2,5-Zoll-Laufwerke mit den Vorteilen von NVME zu kombinieren, wurde das U.2-Interface entwickelt. Einige wenige High-End-Mainboards sowie vor allem Server-Systeme verfügen über diese Schnittstelle. Es gibt bereits Steckkarten-Systeme für SSDs in Servern, welche das NVME-Protokoll nutzen und im sogenannten "NGSFF"-Format (Next Generation Small Form Format) vorliegen. Die nächste Zeit wird zeigen, welches dieser Formate sich durchsetzen wird.

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