In den letzten zehn Jahren haben sich Solid-State-Laufwerke (SSDs) aufgrund ihrer besseren Lese-/Schreibgeschwindigkeiten und des Fehlens beweglicher Teile im Vergleich zu Festplattenlaufwerken (HDDs) zur ersten Wahl für viele Rechenumgebungen entwickelt. Bei der großen Auswahl an Optionen kann es jedoch eine Herausforderung sein, die richtige Lösung für Ihre Bedürfnisse zu finden.

In diesem Beitrag befassen wir uns mit einer der am häufigsten verwendeten SSD-Typen, der M.2, und dem beliebtesten (und schnellsten) Protokoll, das für die Verbindung von SSDs mit Motherboards, Non-Volatile Memory Express (NVMe), verfügbar ist.

Die Begriffe M.2 und NVMe werden zwar oft synonym verwendet, beziehen sich aber eigentlich auf unterschiedliche Technologien, die zusammen oder getrennt verwendet werden können. Einfach ausgedrückt:

• NVMe ist ein Speicher- und Übertragungsprotokoll, das speziell für hochleistungsfähige, nichtflüchtige Speichermedien entwickelt wurde.
• M.2 ist ein SSD-Formfaktor, der Hochleistungsspeicher ermöglicht.

M.2-SSDs, die über die NVMe-Schnittstelle verbunden sind, bieten einige der schnellsten verfügbaren Datenübertragungsgeschwindigkeiten.

SSDs sind eine Art Halbleiter-Speichergerät, das auf Flash-Speicher basiert, um Daten auf einem Computer zu speichern. Im Gegensatz zu magnetischen Speichern wie Festplattenlaufwerken (HDDs) und Diskettenlaufwerken, die Daten mithilfe von Magneten speichern, verwenden SSDs die NAND-Technologie, eine Art nichtflüchtigen Speicher, der ohne Strom auskommt, um seine Daten zu erhalten. In einer SSD besteht jeder Speicherchip aus Blöcken mit Speicherzellen (auch als Seiten oder Sektoren bezeichnet), die jeweils über Speicherbits verfügen. Während HDD-Festplatten aufgrund der Platten und der Bewegung der Lese-/Schreibköpfe eine inhärente Latenz und Zugriffszeit aufweisen, haben SSDs keine beweglichen Teile, wodurch sie viel schneller sind.

NVMe (Non-Volatile Memory Express) ist ein Protokoll für die Datenübertragung mit reduzierten System-Overheads pro Eingabe/Ausgabe pro Sekunde (I/O oder IOPS), das in SSDs und in Flash-Speicher verwendet wird. Laut einem International Data Corporation (IDC)-Bericht von 2023 (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) wurde NVMe entwickelt, um die Datenübertragung zu Systemen zu beschleunigen, die über einen PCI-Express verbunden sind, einen seriellen Erweiterungsbus, der standardmäßig für den Anschluss eines Computers an ein oder mehrere Peripheriegeräte verwendet wird. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger, dem Serial Advanced Technology Attachment (SATA), wurde NVMe für leistungsstarke, nichtflüchtige Speichermedien entwickelt und ist somit eine ausgezeichnete Wahl für Verbraucher- und Unternehmens-Workloads.

NVMe kann auf Unternehmensebene mit einer kleineren Infrastruktur und einem geringeren Stromverbrauch als das beliebte Small Computer System Interface (SCSI) eingesetzt werden. NVMe-SSDs können aufgrund von Verbesserungen an ihren Treibern bessere Reaktionszeiten als HDDs bieten, da sie Parallelität und Polling ermöglichen und dazu beitragen, die Latenz zu reduzieren, um CPU-Engpässe zu vermeiden.

Im Jahr 2011 wurde die NVMe-Speichertechnologie als Alternative zu den SATA- und Serial-Attached-SCSI-Protokollen (SAS) eingeführt, die mehrere Jahre lang der Branchenstandard waren. Zusätzlich zu den Verbesserungen bei der Speicherung und Technologie gegenüber seinen Vorgängern trug NVMe zur Entwicklung wichtiger Technologien bei, die zur gleichen Zeit entwickelt wurden, darunter das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML).

Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) Bus

Einer der wichtigsten Alleinstellungsmerkmale von NVMe-SSDs ist der Zugriff auf Flash-Speicher. Durch die Verwendung eines Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)-Busses wird der „Middleman“-Controller entfernt, was die Latenz deutlich reduziert. NVMes können jedoch auch auf jeder Art von „Fabric“-Verbindung ausgeführt werden, z. B. Fibre Channel und Ethernet, sowie innerhalb von Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER und NVMe-TCP.

PCIe Gen4 ist die neueste PCI-Express-Spezifikation und ihre Datenübertragungsrate ist doppelt so hoch wie die von Gen3. Während Gen3-PCIe-Karten eine Übertragungsrate von 8 Gigatransfers pro Sekunde (GT/s) pro PCIe-Lane haben, beträgt die Rate von Gen4 16 GT/s oder zwei GB/s pro PCIe-Lane.

Parallele Befehlswarteschlangen

Im Gegensatz zu Laufwerken, die das SCSI-Protokoll verwenden und nur eine einzige Befehlswarteschlange bereitstellen können, können NVMe-SSDs Zehntausende paralleler Befehlswarteschlangen gleichzeitig ausführen. Bei NVMe-SSDs ist die Verbindungsmethode unabhängig vom Protokoll. Beispielsweise können NVMe-PCIe-Anschlüsse über eine PCIe-Verbindung, auf der das NVMe-Protokoll ausgeführt wird, auf ein einzelnes Laufwerk zugreifen.

M.2-Laufwerke (oder NGFF-Laufwerke (Next Generation Form Factor)) sind eine Art SSD, die über eine M.2-Schnittstelle mit dem Motherboard eines Computers verbunden wird. M.2-Laufwerke sind im Vergleich zu anderen Arten von SSDs äußerst energieeffizient und nehmen weniger Platz ein. Darüber hinaus benötigen sie keinerlei Kabel zum Anschließen und sind sowohl kleiner als auch schneller als die weit verbreiteten 2,5-Zoll-SSDs.

Trotz ihrer relativ geringen Größe speichern M.2-Laufwerke immer noch genauso viele Daten wie ihre Kollegen (bis zu 8 Terabyte oder TB) und laufen in der Regel schneller. Sie sind einfach zu installieren und mit jedem Motherboard kompatibel, das über einen M.2-Steckplatz verfügt. Auch wenn Ihr Motherboard nicht über einen M.2-Anschluss verfügt, kann ein M.2-Laufwerk mit einer Adapterkarte angeschlossen werden, die in einen PCIe-Steckplatz passt.

SATA M.2 SSDs

SATA-Laufwerke erfreuen sich aufgrund ihrer Kompatibilität mit älteren Technologien zunehmender Beliebtheit. NVMe-SSDs verfügen zwar immer noch über mehr Bandbreite, aber viele ältere Computer unterstützen weder die NVMe- noch die PCIe-Technologie, sodass eine M.2-SATA-Schnittstelle die beste Option ist.

SATA-SSDs können eine maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit von 6 Gigabyte pro Sekunde (GBit/s) erreichen, was langsamer ist als bei anderen, neueren Schnittstellen. Rein leistungsmäßig ist SATA M.2 der niedrigste SSD-Typ auf dem Markt. Aber die Technologie ist immer noch deutlich schneller als eine HDD, mit einer drei- oder sogar viermal so hohen Bandbreite. Darüber hinaus sind SATA-M.2-SSDs günstiger als NVME-SSDs, und für Motherboards, die keinen Platz für ein 2,5-Zoll-Laufwerk bieten, ist SATA M.2 eine großartige Alternative.

M.2 NVMe SSDs

Die NVMe-Technologie zeichnet sich durch eine hohe Bandbreite und schnelle Datenübertragungsgeschwindigkeiten aus. Die leistungsstärksten NVMe-Laufwerke erreichen mehr als 3.000 Megabyte pro Sekunde (MB/s), und einige der neueren Modelle können bis zu 7.500 MB/s erreichen. NVMe M.2 SSDs bieten mit Abstand die schnellsten Datenübertragungsgeschwindigkeiten auf dem Markt. Ein weiteres attraktives Merkmal der NVMe-Technologie ist bereits in ihrem Namen enthalten: Nichtflüchtiger Speicher. Diese Spezifikation bedeutet, dass ein NVMe-Gerät keinen Strom benötigt, um seine Daten zu speichern.

Im Gegensatz zu anderen Technologien werden NVMe M.2 SSDs über einen PCIe-Sockel direkt mit der CPU eines Computers verbunden. Diese Funktion ermöglicht es, dass der Flash-Speicher des Laufwerks über PCIe funktioniert, im Gegensatz zu einem SATA-Treiber, der mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit arbeitet. Über den PCIe-Bus kann ein NVMe M.2 SSD-Laufwerk eine Übertragungsgeschwindigkeit von satten 20 GBit/s erreichen, mehr als dreimal so viel wie bei einem SATA M.2.

Nutzer, die mit diesen Technologien noch nicht vertraut sind, fragen sich vielleicht, was besser ist – NVMe oder M.2? Die Realität ist, dass es wirklich keinen Vergleich gibt. Es sind verschiedene Technologien und Sie müssen sich nicht zwischen ihnen entscheiden, weil Sie beide haben können. Bei der Wahl eines Speicherlaufwerks ist eine NVMe M.2 SSD eine der schnellsten und am einfachsten zu installierenden Laufwerke auf dem Markt.

Beim Kauf eines Laufwerks sind jedoch neben Geschwindigkeit und Leistung noch viele weitere Faktoren zu berücksichtigen. Um den Prozess zu optimieren, haben wir die beliebtesten Technologien anhand von vier entscheidenden Faktoren verglichen: Preis, technische Spezifikationen, Speicherkapazität und Geschwindigkeit.

• Preis: Bis vor kurzem waren SATA-M.2-SSDs vergleichsweise günstiger als NVMe-M.2-SSDs, was sie zu einer attraktiven Option für preisbewusste Benutzer machte. Da der Preis für NVMe M.2s jedoch jedes Jahr sinkt, ist der Preis als Faktor nicht mehr so wichtig wie früher. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels lagen die Preise für eine Samsung NVMe und eine Samsung SATA M.2 SSD mit Speicherkapazitäten von entweder einem oder zwei TB bei Amazon zwischen 64 und 130 USD.
• Technische Spezifikationen: Hier wird der Unterschied zwischen den beiden Technologien wirklich deutlich. Einige ältere Geräte unterstützen die NVMe-Technologie einfach nicht, sodass ein SATA M.2 die beste Wahl ist. Außerdem sollten Benutzer vor dem Kauf einer NVMe-Festplatte die Kompatibilität ihres Systems überprüfen und sicherstellen, dass es über genügend PCIe-Anschlüsse verfügt, um mehrere Geräte zu unterstützen.
• Speicherkapazität: NVMe- und SATA-M.2-Laufwerke werden in der Regel mit 1 TB oder 2 TB angeboten. Nutzer, die nach etwas Größerem suchen, können zu einem deutlich höheren Preis auf 4-TB- und 8-TB-Modelle aufrüsten. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels kosteten 4-TB-M.2-SSDs sowohl der NVMe- als auch der SATA-Variante zwischen 200 und 300 US-Dollar bei Amazon, und ihre 8-TB-SSD-Pendants lagen näher bei 400 US-Dollar.
• Geschwindigkeit: NVMe M.2 SSDs zeichnen sich durch hohe Leistung, hohen Durchsatz und schnelle Datenübertragung aus und sind damit ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal auf dem Markt. Die NVMe-Technologie nutzt die PCIe-Schnittstelle und ermöglicht so eine direkte Verbindung zu CPU und SSD. Dies trägt dazu bei, die Latenz zu verringern und die Reaktionsfähigkeit des Systems zu verbessern. Je nach Bedarf benötigen Sie jedoch möglicherweise nicht die blitzschnellen Geschwindigkeiten, die eine NVMe M.2 SSD bietet. In diesem Fall ist eine SATA M.2 SSD eine etwas günstigere Option. SATA-Laufwerke sind zwar nicht so schnell wie NVMe-SSDs, aber immer noch deutlich schneller als jede HDD. Wenn Sie ein Gamer sind oder Ihren PC für Büroanwendungen nutzen, ist eine SATA M.2 SSD wahrscheinlich eine gute Wahl.

An dieser Stelle haben wir festgestellt, dass NVMe und M.2 keine konkurrierenden Technologien sind – stattdessen können sie sich tatsächlich ergänzen. Für geschäftliche Anforderungen auf Unternehmensebene sind die Vorteile der Verwendung von NVMe einfach nicht zu ignorieren. M.2-SSDs haben sicherlich viele Anwendungsfälle in Unternehmen, sind aber auch bei Verbrauchern sehr beliebt, die ein Laptop- oder PC-Upgrade durchführen möchten. Hier sind einige der beliebtesten Anwendungsfälle für beide Technologien:

• High-Performance-Computing: NVMe verfügt über die Geschwindigkeit und Speicherkapazität, die für die parallele Verarbeitung erforderlich sind, eine der wichtigsten Anforderungen anspruchsvoller Anwendungen wie Hochfrequenz-Finanzhandel, KI und ML.
• Anspruchsvolle Anwendungen: Anwendungen, die Kundeninteraktionen in Echtzeit und schnellen Zugriff auf große Datenmengen bieten, sind bei der Ausführung ihrer Workloads häufig auf NVMe-Technologie angewiesen. Beispiele hierfür sind E-Commerce, persönliche Finanzen und viele cloudnative Apps.
• Rechenzentren: NVMe M.2 SSDs helfen Rechenzentren, ihre Speicherkapazitäten zu erweitern und dennoch blitzschnelle Geschwindigkeiten zu liefern. Laut einem aktuellen Bericht der Enterprise Strategy Group (ESG) (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) nutzen fast drei Viertel der Unternehmen bereits NVMe-SSD-Speicher oder planen, diese im nächsten Jahr zu erwerben.
• Video- und Grafikbearbeitung: Viele Video-Editoren verwenden NVMe M.2 SSDs, um ihren Speicher zu erweitern und dennoch die hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen, die ihre Anwendungen erfordern. Darüber hinaus sind die tragbaren NVMe M.2 dank ihres schlanken, kleinen Profils ideal für leichte Computer wie Laptops, Notebooks und Ultrabooks für Redakteure, die viel unterwegs sind.
• Gaming: Viele ernsthafte Gamer sind mittlerweile auf die schnellen Ladezeiten angewiesen, die NVMe M.2 SSDs bieten. Als erschwingliches, einfach zu installierendes Upgrade sorgen NVMe SSDs für ein reibungsloses Gaming-Erlebnis und verbessern die tägliche PC-Nutzung auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen.

Die NVMe-Technologie in Kombination mit dem M.2-Formfaktor ermöglicht Verbrauchern und Unternehmen die schnellsten Datenübertragungsgeschwindigkeiten auf dem Markt. Für Gaming-Enthusiasten, Videobearbeiter und andere Benutzer, die ihre PC-Speicher- und Übertragungskapazitäten aufrüsten möchten, sind NVMe M.2 SSDs eine attraktive Option.

Auf Unternehmensebene bietet IBM Storage FlashSystem 5300 eine kompakte, leistungsstarke Speicherlösung mit allen Vorteilen der NVMe-Technologie. Mit dem 5200 erhalten Unternehmen eine schnellere, leistungsfähigere und skalierbarere Datenspeicherlösung.