Heutzutage verlangen alle, von Gamern und Videobearbeitern bis hin zu Führungskräften von Software-Start-ups, die Apps in der Cloud starten, schnellere Lösungen für die Datenspeicherung. Der Grund ist einfach: Bessere Speichertechnologien bedeuten schnellere, leistungsfähigere Rechenumgebungen. Für Gamer bedeutet dies weniger Verzögerungszeit; für Redakteure bedeutet dies kürzere Video-Renderings; und für Unternehmen bedeutet dies, dass sie Workloads schnell und reibungslos in der Cloud ausführen können.
Leider kann es schwierig sein, die richtige Lösung auszuwählen. Unbekannte Begriffe, komplexe technische Spezifikationen und eine scheinbar endlose Anzahl möglicher Optionen sorgen für Verwirrung. Um das Feld einzugrenzen und den Benutzern zu helfen, die richtige Lösung für ihre Anforderungen zu finden, sehen wir uns zwei der beliebtesten verfügbaren Datenspeichertechnologien an: NVMe und SATA.
Sowohl NVMe- als auch SATA-Protokolle unterstützen SSDs, eine Technologie, die in den letzten zehn Jahren HDDs als Industriestandard für Anwendungen im privaten und professionellen Bereich sowie für Unternehmens-Workloads abgelöst hat. Im Gegensatz zu HDDs, die eine inhärente Latenz und Zugriffszeit aufweisen, basieren SSDs auf Flash-Speicher und haben keine beweglichen Teile, wodurch sie viel schneller sind.
SSDs sind halbleiterbasierte Speichergeräte, die auf Flash-Speicher angewiesen sind, um dauerhafte Daten in Computersystemen zu speichern. Im Gegensatz zu magnetischen Speichern (wie HDDs und Diskettenlaufwerken), die Daten mithilfe von Magneten speichern, verwenden Solid-State-Speicherlaufwerke NAND-Chips, eine nichtflüchtige Speichertechnologie, die keine Stromquelle benötigt, um ihre Daten zu erhalten. Laut einem aktuellen Gartner-Bericht (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), lösen SSDs derzeit Magnetplatten als bevorzugten Branchenstandard für strukturierte Daten-Workloads ab.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) ist ein Protokoll für den Zugriff auf und den Transport von Daten für SSDs, das einen besseren Durchsatz und schnellere Reaktionszeiten als seine Konkurrenten bietet. Es wurde für hochleistungsfähige, nichtflüchtige Speichermedien entwickelt und ist damit eine hervorragende Lösung für die anspruchsvollsten Rechenumgebungen von heute.
NVMe kann Unternehmens-Workloads mit einem geringeren Infrastruktur-Fußabdruck und weniger Stromverbrauch bereitstellen als das weit verbreitete Small Computer System Interface (SCSI). NVMe-Laufwerke können aufgrund von Verbesserungen am Gerätetreiber bessere Reaktionszeiten als HDDs bieten, da sie Parallelität und Polling ermöglichen und dazu beitragen, die Latenz zu reduzieren, um CPU-Engpässe zu vermeiden.
Die NVMe-Speichertechnologie wurde entwickelt, um die SATA- (Serial Advanced Technology Attachment) und die Serial-Attached-SCSI-Protokolle (SAS) zu ersetzen, die bis zur Einführung von NVMe im Jahr 2011 den Branchenstandard bildeten. Neben der Verbesserung der Datenspeicherkapazität und der Übertragungstechnologie trug NVMe auch zur Entwicklung anderer wichtiger Technologien bei, die etwa zur gleichen Zeit entwickelt wurden, darunter das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML).
Einer der wichtigsten Unterschiede zwischen NVMe SSDs und SATA SSDs besteht darin, dass NVME SSDs einen Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)-Bus verwenden, um auf Flash-Speicher zuzugreifen. Diese Funktion ermöglicht es einer NVMe-SSD, den zwischengeschalteten „Middleman“-Controller zu entfernen, wodurch die Latenz reduziert wird. NVMe 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.
Im Gegensatz zu Laufwerken mit SCSI-Protokoll, die nur eine einzige Befehlswarteschlange bereitstellen können, können NVMe-SSDs Zehntausende parallele Befehlswarteschlangen gleichzeitig ausführen. Bei NVMe-SSDs ist die Verbindungsmethode protokollunabhängig. So kann beispielsweise ein NVMe-PCIe-Steckverbinder über eine PCIe-Verbindung, auf der das NVMe-Protokoll ausgeführt wird, auf ein einzelnes Laufwerk zugreifen.
M.2-SSDs sind ein Formfaktor oder Steckverbinder, der in SSDs verwendet wird. Obwohl der Begriff oft synonym mit NVMe verwendet wird, handelt es sich tatsächlich um zwei verschiedene Arten von Speichertechnologien. Während NVMe an einen PCIe-Steckplatz auf einem Motherboard angeschlossen wird, wodurch die Datenübertragungsrate erhöht wird, sind m.2 NVMe SSDs ein physischer Formfaktor, der eine leistungsstarke Speicherung in kleinen, stromsparenden Geräten wie ultradünnen Laptops und Tablets ermöglicht.
In den letzten anderthalb Jahrzehnten war SATA (Serial Advanced Technology Attachment) die beliebteste Schnittstelle für den Datentransfer zwischen der Leiterplatte eines Computers und einem internen oder externen Speichergerät. Bis vor kurzem enthielten fast alle Desktops und Laptops SATA-kompatible Hardware. Mit der wachsenden Beliebtheit von SSDs und der Entwicklung der speziell für sie entwickelten NVMe-Technologie hat die Popularität von SATA jedoch in den letzten Jahren abgenommen.
SATA wurde 2003 als Verbesserung von Parallel Advanced Technology Attachment (PATA) eingeführt, einem Branchenstandard für interne Disketten-, HDD- und optische Laufwerke. Als die SATA-Protokollspezifikationen erstmals im Jahr 2003 veröffentlicht wurden, wurde sofort deutlich, dass sie gegenüber PATA-Schnittstellen mehrere entscheidende Vorteile aufwiesen, darunter die folgenden:
Einer der Vorteile, die SATA gegenüber NVMe noch immer hat, ist jedoch die Kompatibilität mit älterer Hardware. SATA-HDDs und -SSDs werden über Controller-Hardware mit einem Motherboard verbunden. In der einfachsten Konfiguration (IDE-Modus) kann die angeschlossene Festplatte als PATA-Gerät erkannt werden. Dies ermöglicht eine bessere Kompatibilität mit älteren Systemen, allerdings mit einem Leistungsabfall, wenn sich das SATA-Laufwerk im IDE-Modus befindet.
Wenn die Kompatibilität mit einem älteren Gerät keine Voraussetzung ist, können Benutzer einen SATA-Controller für eine bessere Leistung in den AHCI-Modus (Advanced Host Controller Interface) versetzen. Der AHCI-Modus unterstützt auch externe Schnittstellen und das Hot-Swapping von Laufwerken – das Entfernen und Anschließen von Laufwerken ohne Herunterfahren.
Ein weiterer SATA-Modus – der RAID-Modus (Redundant Array of Independent Disks) – bietet eine zusätzliche Ebene des Datenschutzes, indem er Benutzern die Möglichkeit bietet, Kopien derselben Daten an verschiedenen Orten zu speichern, z. B. auf mehreren HDDs oder SSDs.
Externes SATA (eSATA) ist eine weitere wichtige Funktion der SATA-Technologie, die externe Laufwerke über bestimmte Steckplätze, sogenannte Ports, unterstützt. eSATA ist schneller als seine Konkurrenten und mit vielen vorhandenen Laufwerkstechnologien kompatibel, wie z. B. HDDs, Floppy-Laufwerken, Wechseldatenträgern, Blu-rays, CD-ROMs und DVDs. Es gibt viele gängige Einsatzmöglichkeiten für eSATA-Laufwerke, darunter Video- und Audiobearbeitung und Datensicherung.
In einem direkten Vergleich, bei dem nur Geschwindigkeit und Leistung berücksichtigt werden, ist das NVMe-Protokoll SATA weit überlegen. Während SATA als SCSI-Speicherschnittstelle konzipiert wurde, um die Übertragung von Daten speziell zu und von HDDs zu erleichtern, wurde NVMe speziell für die Verwendung mit SSDs entwickelt, die Flash-Technologie verwenden.
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 (PCIe) verbunden sind – einen seriellen Erweiterungsbus, der Standard für den Anschluss eines Computers an ein oder mehrere Peripheriegeräte ist.
Aufgrund ihrer Designunterschiede ist NVMe besser für die Verwendung von PCIe-Sockeln und die Datenübertragung zwischen Speicher und CPU gerüstet als SATA. Als HDDs noch der Industriestandard für die Speicherung und den Zugriff auf Daten waren, war SATA sinnvoll, aber als SSDs immer beliebter wurden, wurde NVMe schnell zu einer besseren Option für die meisten Benutzer. Darüber hinaus eignet sich das optimierte Protokoll von NVMe besser als SATA für Echtzeitanwendungen wie ML und KI, die in den letzten Jahren immer beliebter geworden sind. NVMe ist auch gut positioniert, um Hybrid-Cloud-, Multicloud- und Mainframe-Speicherumgebungen zu unterstützen, da es über eine integrierte hohe Leistung und Datensicherheit verfügt.
Es gibt jedoch immer noch einige Fälle, in denen SATA für bestimmte Benutzer sinnvoll ist. SATA ist beispielsweise immer noch günstiger als NVMe, obwohl die Beliebtheit von NVMe-SSDs den Preis nach unten treibt. Hier ist ein Vergleich der beiden Technologien nach Fähigkeiten.
NVMe-SSDs können viel höhere Geschwindigkeiten und Leistungen als SATA-SSDs bieten, da sie NVMe-Befehle schneller senden und empfangen und einen besseren Durchsatz bieten können. Während NVMe-SSDs PCIe verwenden, um SSD-Speicher direkt mit einem Server oder einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) zu verbinden, verwenden SATA-SSDs die Serial ATA Express-Busschnittstelle, die langsamer ist.
Die PCIe-Verbindung, die NVMe verwendet, ist größer und hat mehr Bandbreite als ein SATA-Anschluss. Darüber hinaus verdoppelt jede PCIe-Generation die Bandbreite der vorherigen Generation. SATA hingegen hat eine geringere Bandbreite als PCIe und ist fest installiert, sodass sich die Verbindungen bei gleichzeitigen Generationen nicht verbessern. PCIe-Verbindungen sind auch besser skalierbar als SATA, da sie „Lanes“ verwenden, die es Benutzern ermöglichen, die Bandbreite in derselben Generation zu verdoppeln.
Eine der wichtigsten Funktionen von NVMe ist die Fähigkeit, gleichzeitige Operationen auf mehreren Threads auszuführen, was als Parallelität bezeichnet wird. NVMe-SSDs haben eine Warteschlangentiefe von 64.000, während SATA nur 32 E/A-Anfragen in einer Warteschlange gleichzeitig unterstützen kann. NVMe verwendet parallele Befehlswarteschlangen und eine „Polling-Schleife“ anstelle des „Interrupt“-basierten Gerätetreibers seiner Vorgänger, wodurch Latenz und System-Overhead reduziert werden.
Wenn es um neuere Technologien wie KI, ML und die Cloud geht, ist NVMe eine weitaus kompatiblere Option als SATA, da es parallel zu diesen Technologien im gleichen Zeitraum entwickelt wurde. NVMe funktioniert auch nahtlos mit allen modernen Betriebssystemen, einschließlich Mobiltelefonen, Laptops und Spielekonsolen. Was jedoch die Kompatibilität mit älteren Technologien (wie Festplatten) betrifft, so sind viele ältere Geräte, die SATA unterstützen, nicht mit NVMe kompatibel, da ihnen die erforderlichen Anschlüsse für die NVMe-PCIe-Sockel fehlen.
Zwar sind sowohl NVMe als auch SATA in den letzten Jahren erschwinglicher geworden, doch SATA-SSDs sind immer noch etwas günstiger. Ein 2,5-Zoll-Samsung-SATA-Laufwerk mit 1 TB kostet beispielsweise etwas mehr als 100 USD, während das NVMe-Äquivalent etwa 170 USD kostet (zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels). Die Preise für SSDs der Unternehmensklasse variieren noch stärker und liegen oft im vierstelligen Bereich. Während NVMe zum Branchenstandard für Unternehmens-Workloads geworden ist, werden SATA-SSDs immer noch häufig in PC-Konfigurationen anstelle von HDDs verwendet, da sie erheblich schneller sind.
Die Wahl zwischen NVMe und SATA hängt von den Bedürfnissen eines Benutzers ab. Für PCs ist SATA zweifellos eine günstigere Option, wenn der Benutzer bereit ist, eine geringere Geschwindigkeit in Kauf zu nehmen. Für geschäftliche Anforderungen auf Unternehmensebene sind die Vorteile der Verwendung von NVMe selbst bei einem höheren Preis immer schwieriger zu ignorieren. Hier sind einige Beispiele für reale Anwendungen beider Technologien:
Für viele Benutzer sind SATA-SSDs schnell genug, um ihre täglichen Anforderungen an die Datenspeicherung und -übertragung zu erfüllen. Zu einem niedrigeren Preis bleiben sie – zumindest vorerst – eine attraktive Option. Auf Unternehmensebene entwickelt sich NVMe jedoch schnell zum Branchenstandard.
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