NVMe-SSDs: Alles, was Sie über diesen wahnsinnig schnellen Speicher wissen müssen

NVMe ist nicht länger eine „Nice-to-have“-Speichertechnologie – wenn Sie einen neuen PC kaufen, sollten Sie aktiv nach dieser Funktion suchen. Und auch wenn Ihr PC schon etwas älter ist, sollten Sie auf NVMe aufrüsten. Hier erfahren Sie, warum.

Was NVMe ist

NVMe ist ein Kommunikationsstandard, der speziell für SSDs von einem Konsortium von Anbietern wie Intel, Samsung, Sandisk, Dell und Seagate entwickelt wurde. Er funktioniert über den PCIe-Bus (daher das „Express“ im Namen), wodurch sich die Laufwerke eher wie der schnelle Speicher verhalten, der sie sind, und nicht wie die Festplatten, die sie imitieren. Unterm Strich: NVMe ist schnell. Wirklich schnell. So schnell, dass man nie wieder auf seinen Computer warten muss.

Speicher als Engpass beseitigen

Nicht, dass ich die Bemühungen der CPU- und GPU-Anbieter des letzten Jahrzehnts schmälern möchte, aber der Grund, warum die neuesten Spitzen-PCs so viel schneller erscheinen, ist der Quantensprung in der Speicherleistung, der durch SSDs, zuerst SATA und jetzt NVMe, ermöglicht wird. Der Speicher war der letzte Engpass für die tatsächliche und gefühlte Leistung, aber jetzt ist er mit voller Wucht durchbrochen.

Wenn Sie in den letzten zwei Jahren zum Beispiel ein MacBook Pro gekauft haben, ist Ihnen vielleicht aufgefallen, dass Sie bei alltäglichen Vorgängen kaum noch warten müssen. Programme öffnen sich blitzschnell, Dateien werden im Handumdrehen geladen und gespeichert, und das Gerät fährt in nur wenigen Sekunden hoch und herunter.

Das liegt daran, dass die NVMe SSD im neuesten MacBook Pro Daten buchstäblich viermal schneller liest und schreibt als die SATA SSDs der vorherigen Generationen. Und nicht nur das, sie findet die Daten auch 10-mal so schnell (seek). Das kommt zu der vier- bis fünffachen Verbesserung des Durchsatzes und der zehnfachen Verbesserung der Suchzeiten hinzu, die SATA-SSDs im Vergleich zu Festplattenlaufwerken bereits bieten.

Die ungefähren Leistungsobergrenzen für die drei Mainstream-Speichertechnologien lauten nach derzeitigem Stand:

IDG

IDG

Festplatten bieten nach wie vor ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis in Bezug auf die Kapazität und sind wunderbar für weniger genutzte Daten. Aber für Ihr Betriebssystem, Ihre Programme und häufig genutzte Daten sollten Sie eine NVMe-SSD verwenden, wenn Ihr System dies unterstützt, oder eine SATA-SSD, wenn dies nicht der Fall ist.

SATA-SSDs vs. NVMe-SSDs

Da die Industrie das ultimative Leistungspotenzial von NAND-basierten SSDs schon bei ihrem ersten Erscheinen kannte, war es klar, dass ein neuer Bus und ein neues Protokoll erforderlich sein würden. Da die ersten SSDs jedoch relativ langsam (und sperrig) waren, erwies es sich als weitaus bequemer, die bestehende SATA-Speicherinfrastruktur zu nutzen.

Obwohl sich der SATA-Bus ab Version 3.3 auf 16 Gbps weiterentwickelt hat, bleiben fast alle kommerziellen Implementierungen bei 6 Gbps (etwa 550MBps nach Kommunikations-Overhead). Selbst die Version 3.3 ist weit langsamer als das, was die heutige SSD-Technologie leisten kann, insbesondere in RAID-Konfigurationen.

Sandisk

Als Ersatz für den SATA-Bus wurde beschlossen, eine bereits vorhandene Bustechnologie mit viel höherer Bandbreite zu nutzen – PCI Express, oder PCIe. PCIe ist die zugrundeliegende Datentransportschicht für Grafik- und andere Add-in-Karten. Ab der Generation 3.x bietet es mehrere Lanes (bis zu 16 für die Verwendung mit einem Gerät in den meisten PCs), die jeweils fast 1 GBit/s (985 MBit/s) bewältigen.

PCIe ist auch die Grundlage für die Thunderbolt-Schnittstelle, die sich bei externen Grafikkarten für Spiele sowie bei externen NVMe-Speichern, die fast so schnell sind wie interne NVMe, auszuzahlen beginnt. Intels Weigerung, Thunderbolt sterben zu lassen, war eine sehr gute Sache, wie viele Nutzer jetzt feststellen. Obwohl Intel die Technologie mit dem USB-Forum geteilt hat, um die Implementierung zu erleichtern, ist sie immer noch seltener, als man hoffen könnte.

Natürlich ist PCIe-Speicher einige Jahre älter als NVMe. Aber frühere Lösungen wurden durch ältere Datenübertragungsprotokolle wie SATA, SCSI und AHCI behindert, die alle entwickelt wurden, als die Festplatte noch die Spitze der Speichertechnologie war. NVMe beseitigt diese Beschränkungen, indem es Befehle mit niedriger Latenz und mehrere Warteschlangen – bis zu 64K – bietet. Letzteres ist besonders effektiv, da die Daten auf SSDs nach dem Shotgun-Prinzip geschrieben werden, d. h. über die Chips und Blöcke verstreut und nicht zusammenhängend im Kreis wie bei einer Festplatte.

Der NVMe-Standard wurde bis zur aktuellen Version 1.31 weiterentwickelt und um Funktionen wie die Möglichkeit, einen Teil des Systemspeichers Ihres Computers als Cache zu verwenden, ergänzt. Wir haben diesen Cache bereits bei der supergünstigen Toshiba RC100 gesehen, die wir kürzlich getestet haben. Sie verzichtet auf den Onboard-DRAM-Cache, den die meisten NVMe-Laufwerke verwenden, bietet aber immer noch genug Leistung, um Ihrem System den NVMe-Kick für alltägliche Aufgaben zu geben.

Was Sie für NVMe brauchen

Es ist natürlich am besten, wenn Ihr System bereits NVMe unterstützt und über M.2-Steckplätze verfügt, aber es ist immer noch möglich, jedem PC mit einem PCIe-Steckplatz über eine 25-Dollar-Adapterkarte ein NVMe-Laufwerk hinzuzufügen. Alle neueren Versionen der wichtigsten Betriebssysteme stellen Treiber zur Verfügung, und unabhängig vom Alter des Systems haben Sie ein sehr schnelles Laufwerk zur Hand. Aber die Sache hat einen Haken.

Um die Vorteile einer NVMe-SSD voll ausschöpfen zu können, müssen Sie in der Lage sein, das Betriebssystem von ihr zu starten. Das erfordert BIOS-Unterstützung. Seufz. Die meisten älteren Mainstream-BIOS unterstützen das Booten von NVMe nicht und werden es höchstwahrscheinlich auch nie tun. Es gibt einfach keinen Vorteil für die Hersteller, dies hinzuzufügen, und einen sehr realen Nachteil: Es ist unwahrscheinlich, dass Sie ein mit NVMe aktualisiertes System aufrüsten, es sei denn, Sie spielen PC-Spiele oder machen etwas wirklich CPU-intensives, wie die Bearbeitung von 2160p (4K)/4320p(8K)-Videos.

Samsung

Alle NVMe-SSDs, die im Consumer-Bereich verkauft werden, verwenden den M.2-Formfaktor, obwohl es auch andere Anschlüsse gibt (siehe unten). Aber ein M.2-Steckplatz allein ist noch keine Garantie für NVMe-Kompatibilität. M.2 wurde entwickelt, um USB 3.0, SATA und PCIe zu unterstützen, und die meisten frühen M.2-Steckplätze unterstützten nur SATA. Lesen Sie das Benutzerhandbuch Ihres Systems oder Motherboards oder informieren Sie sich online. Beachten Sie, dass der MSATA-Steckplatz, der Vorläufer des M.2-Steckplatzes, sehr ähnlich aussieht.

Es gibt keine Möglichkeit, einem Steckplatz anzusehen, ob er PCIe und NVMe unterstützt, aber Sie können den Unterschied zwischen einem PCIe x2 und PCIe x4-Steckplatz erkennen. Ersterer, B-keyed genannt (ein Schlüssel ist ein Anstieg, der sich mit einer Lücke in den Kontakten auf dem Laufwerk verbindet), hat sechs vom Rest getrennte Kontakte, während der zweite, M-keyed, fünf vom Rest getrennte Kontakte auf der gegenüberliegenden Seite hat. Es gibt keine feste Regel, aber viele B-Key-Steckplätze waren nur für SATA ausgelegt. Wenn Sie einen B/M-Steckplatz mit getrennten Kontakten haben, wie es heute meist der Fall ist, sind Sie auf der sicheren Seite. Diese werden manchmal auch als Sockel 2 und Sockel 3 bezeichnet.

Melissa Riofrio/IDG

Wenn Ihr Sockel Sie im Stich lässt, ist es Zeit für die erwähnte PCIe-M.2-Adapterkarte für 25 $. Die M9Pe von Plextor und andere sind bereits auf PCIe-Karten montiert als einbaufertige Produkte erhältlich.

Was Sie als Endnutzer vermeiden sollten, sind 2,5-Zoll-NVMe-Laufwerke. Diese benötigen den U.2-Anschluss SFF-8639 (Small Form Factor). Ein U.2-Anschluss verfügt über vier Gen 3-PCIe-Lanes, zwei SATA-Ports sowie Sideband-Kanäle und sowohl 3,3-Volt- als auch 12-Volt-Stromversorgung, ist aber nur in Speicheradaptern und -systemen auf Unternehmensebene zu finden.

Wenn Sie einen der wenigen Windows-PCs verwenden, die Thunderbolt unterstützen (viele mit Asus-Motherboards tun dies), können Sie möglicherweise ein externes Thunderbolt-PCIe-Gehäuse verwenden, um Ihrem System NVMe hinzuzufügen. Auf einem Thunderbolt-Mac, der neu genug ist, um High Sierra auszuführen, funktioniert das wunderbar.

Nicht alle NVMe-Laufwerke sind gleich

Während so ziemlich jedes NVMe-Laufwerk dein System schneller machen sollte, sind sie nicht alle gleich. Nicht einmal annähernd. Während die 970 Pro von Samsung mit über 3 GB/s liest und mit über 2,5 GB/s schreibt, liest die RC100 von Toshiba mit 1,2 GB/s und schreibt mit knapp 900 MB/s. Der Unterschied kann sogar noch größer sein, wenn die Menge der geschriebenen Daten die Menge des Cache an Bord übersteigt.

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die sich auf die Leistung auswirken, darunter der Controller, die Menge an NAND auf dem Board, die Anzahl der PCIe-Lanes (siehe oben) und der Typ des NAND. Hier sind einige Faustregeln:

• x4 PCIe NVMe SSDs sind schneller als x2 PCIe-Typen.
• Je mehr NAND-Chips, desto mehr Pfade und Ziele muss der Controller verteilen und Daten dort speichern. Die Versionen desselben Modells mit kleinerer Kapazität (insbesondere 128 GB und 256 GB) sind oft langsamer als die Varianten mit größerer Kapazität.
• Der verwendete NAND-Typ ist wichtig. SLC (Single-Level Cell/1-Bit) ist am schnellsten, MLC (Multi-Level Cell/2-Bit) am nächsten, TLC (Triple-Level Cell/3-Bit) ist langsamer und QLC (Quad-Level Cell/4-Bit) ist am langsamsten. Die Formel wird jedoch durch die Tatsache kompliziert, dass man jeden NAND-Typ (außer SLC) wie seinen schnelleren Vorgänger behandeln kann, indem man einfach weniger Bits schreibt. Das bedeutet, dass ein TLC- oder QLC-Laufwerk genauso schnell sein kann wie ein SLC-Laufwerk, bis dieser Cache aufgebraucht ist.
• Die meisten Controller sind heutzutage sehr effizient, aber einige, wie die von Intel und Sandisk, sind intelligenter, was die Nutzung des Cache angeht, und können die Schreibleistung bei größeren Datensätzen aufrechterhalten.

Werfen Sie einen Blick auf unsere SSD-Tests, um mehr über die einzelnen Laufwerke zu erfahren.

Kapazität ist wichtig

Da fast alle NVMe-SSDs einen Teil ihres NANDs als sekundären Cache und viele auch als primären Cache verwenden. Für diesen Zweck muss NAND verfügbar sein. Wenn Sie z. B. eine 1 TB SSD kaufen und 900 GB darauf speichern, steht viel weniger NAND für Caching-Aufgaben zur Verfügung. Die Leistung wird darunter leiden. Unserer Erfahrung nach werden Sie einen Unterschied bemerken, sobald Sie die 80 %-Marke erreicht haben.

Behalten Sie dies im Hinterkopf, wenn Sie entscheiden, welche Größe Sie kaufen möchten. Eine gute Faustregel lautet: Kaufen Sie das Doppelte der Kapazität, die Sie voraussichtlich benötigen werden, und denken Sie daran, dass Daten dazu neigen, sich auszudehnen, um den verfügbaren Platz auszufüllen.

NVMe bedeutet, dass Sie es lange Zeit nicht bereuen werden

Wenn Ihnen das alles noch nicht klar genug ist, wiederholen wir es noch einmal: NVMe ist die Speichertechnologie, die Sie für Ihren aktuellen oder nächsten PC benötigen. Sofern Sie kein Gamer oder hochauflösender Videobearbeiter sind, ist praktisch garantiert, dass Sie Ihr aktuelles System noch eine ganze Weile nicht ersetzen müssen – zumindest nicht aus Leistungsgründen. Ich habe in der Tat keinerlei Zwang verspürt, meine sechs bis sieben Jahre alten Systeme zu ersetzen, seit sie mit NVMe-SSDs aufgerüstet wurden. Null.