SSD versus NVMe: Was ist der Unterschied?

Die jüngsten technologischen Fortschritte im Bereich der Datenspeicher haben Unternehmen und Verbraucher dazu veranlasst, von herkömmlichen Festplattenlaufwerken (HDDs) auf schnellere Solid-State Drive (SSD)-Technologie mit geringerer Latenz umzusteigen. In diesem Beitrag werden wir uns diese neue Technologie sowie das schnellste und beliebteste verfügbare Protokoll ansehen, um sie mit der Hauptplatine eines Computers zu verbinden – Non-Volatile Memory Express (NVMe).

Obwohl die Begriffe SSD und NVMe häufig zur Beschreibung von zwei verschiedenen Laufwerkstypen verwendet werden, handelt es sich um unterschiedliche Datenspeichertechnologien, die sich gegenseitig ergänzen können. SSDs sind eine Art von halbleiterbasiertem Speicher, der mit Flash-Speichern verwendet wird, und NVMe ist ein Protokoll für die Datenübertragung mit reduziertem Systemaufwand pro Eingabe-/Ausgabeoperationen pro Sekunde (I/O oder IOPS), das in SSDs mit Flash-Speicher verwendet wird.

Die Unterschiede zwischen NVMe- und SSD-Technologie sind subtil und können verwirrend sein. Zwar ist jedes NVMe-Gerät auch ein SSD-Laufwerk, aber nicht alle SSDs sind NVMe-Laufwerke. Laut einem Bericht der International Data Corporation (IDC) von 2023 sollten Daten mit NVMe schneller an per PCI express verbundene Systeme übertragen werden. PCIe ist ein serieller Erweiterungsbus, der zum Standard für den Anschluss eines Computers an ein oder mehrere Peripheriegeräte gehört. Allerdings nutzen nicht alle SSDs die PCIe-Technologie; einige verwenden die älteren SATA- und SAS-Schnittstellen, die für HDDs entwickelt wurden, wodurch sie mit älteren Geräten kompatibel sind.

Vor der Erfindung der SSDs waren HDDs und Diskettenlaufwerke die am häufigsten verwendeten Speicherlaufwerke auf dem Markt. Doch während HDDs und Diskettenlaufwerke auf Magneten angewiesen sind, um Daten zu speichern, verwenden SSDs eine neue Technologie namens NAND – einen nichtflüchtigen Speichertyp, der keinen Strom benötigt, um die Daten zu speichern. In einer SSD besteht jeder Speicherchip aus Blöcken, die Zellen (auch als Seiten oder Sektoren bezeichnet) enthalten, die jeweils über eigene Speicherbits verfügen.
Im Gegensatz zu HDDs, die aufgrund ihrer Platten, rotierenden Scheiben und Lese-/Schreibköpfe eine systembedingte Latenz und Zugriffszeit aufweisen, enthalten SSDs keine beweglichen Teile, wodurch sie wesentlich schneller sind. Seit Anfang bis Mitte der 2000er Jahre erfreuen sich SSDs aufgrund ihrer überlegenen Leistung und blitzschnellen Geschwindigkeiten sowohl im Konsumenten- als auch im Unternehmensmarkt zunehmender Beliebtheit.

Für die schnellsten verfügbaren Datenübertragungsgeschwindigkeiten ist die NVMe SSD die richtige Lösung. Über den PCIe-Bus (Peripheral Component Interconnect Express) können NVMe-SSDs Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 20 Gigabyte pro Sekunde (Gbit/s) erreichen – mehr als dreimal so schnell wie eine SATA-SSD. Ein weiteres attraktives Merkmal eines NVMe-Laufwerks ist direkt in seinem Namen enthalten – nichtflüchtiger Speicher. Diese Spezifikation bedeutet, dass ein NVMe-Gerät im Gegensatz zu anderen Laufwerkstypen keinen Strom benötigt, um seinen Speicher zu erhalten. Außerdem kann NVMe-Speicher im Gegensatz zu anderen Technologien über einen PCIe-Sockel direkt mit der CPU eines Computers verbunden werden, sodass der Flash-Speicher des Laufwerks über PCIe und nicht über einen langsameren SATA-Treiber funktioniert. 

Ein weiterer beliebter SSD-Typ ist das SATA-Laufwerk, das in letzter Zeit aufgrund seiner Kompatibilität mit älteren Technologien immer beliebter geworden ist. NVMe-SSDs haben zwar immer noch mehr Bandbreite, aber viele ältere Computer unterstützen weder die NVMe- noch die PCIe-Technologie, sodass eine SATA-Schnittstelle die beste Option ist. SATA-SSDs können eine maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit von sechs Gigabyte pro Sekunde (Gbit/s) erreichen, langsamer als andere, neuere Schnittstellen, aber immer noch deutlich schneller als eine herkömmliche HDD.

M.2-Laufwerke, die 2012 eingeführt wurden, sind eine Art von SSD, die über einen M.2-Formfaktor direkt mit der Hauptplatine eines Computers verbunden werden kann. Im Vergleich zu anderen Arten von SSDs sind M.2-Laufwerke energieeffizienter und benötigen weniger Platz. Sie sind außerdem kleiner und schneller als die weit verbreiteten 2,5-Zoll-SSDs und benötigen keinerlei Kabel für die Verbindung. Trotz ihrer relativ geringen Größe können M.2-Geräte genauso viele Daten speichern wie ihre Kollegen – bis zu acht Terabyte (TB) – und sind mit jedem Motherboard kompatibel, das über einen M.2-Steckplatz verfügt. Bei Verwendung der NVMe-Schnittstelle können M.2-NVMe-SSDs einige der schnellsten Datenübertragungsgeschwindigkeiten bieten, die heute verfügbar sind.

Eine PCIe SSD ist eine Erweiterungskarte, die einen Computer über den seriellen PCIe-Erweiterungsbusstandard mit verschiedenen Komponenten (wie einer Grafikkarte oder einem externen Speichergerät) verbindet. PCIe-Steckplätze gibt es in fünf verschiedenen Größen (x2, x3, x4 ... usw.), wobei sich das X auf die Anzahl der Lanes bezieht, die jede Karte für eine Datenübertragung hat.
ID

NVMe (Non-Volatile Memory Express) ist ein Datenübertragungsprotokoll, das für Flash-Speicher und SSDs entwickelt wurde. Es wurde 2011 als Alternative zu den damals branchenüblichen SATA- und Serial Attached SCSI-Protokollen (SAS) eingeführt und bietet einen besseren Durchsatz als seine Vorgänger. 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).

Seit 2011 zeichnet sich die NVMe-Technologie durch ihre hohe Bandbreite und schnelle Datenübertragung aus. Aufgrund von Verbesserungen an den NVMe-Treibern, die Parallelität und Polling ermöglichen, können NVMe-SSDs Antwortzeiten und Schreibgeschwindigkeiten optimieren und die Latenz reduzieren, um CPU-Engpässe zu vermeiden. Darüber hinaus hat die NVMe-Technologie einen geringeren Platzbedarf auf Unternehmensebene und verbraucht weniger Strom als die beliebte Small Computer System Interface (SCSI).

Die leistungsstärksten NVMe-Laufwerke können mehr als 3000 Megabyte pro Sekunde (MB/s) erreichen, wobei einige der neueren Modelle Geschwindigkeiten von bis zu 7500 MB/s erreichen. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger Serial Advanced Technologie Attachment (SATA) wurde NVMe für leistungsstarke, nichtflüchtige Speichermedien entwickelt und ist daher eine ausgezeichnete Wahl für anspruchsvolle, datenreiche Rechenumgebungen.

NVMe-SSDs können Zehntausende parallele Befehlswarteschlangen gleichzeitig ausführen. Dies ist ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu Laufwerken, die das ältere, langsamere SCSI-Protokoll verwenden und nur eine einzige Befehlswarteschlange bereitstellen können. 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. 

NVMe-SSDs greifen über einen PCIe-Bus auf den Flash-Speicher zu, wodurch der „Zwischenhändler“-Controller entfällt und die Latenz erheblich reduziert wird. 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-PCIes eine Übertragungsrate von acht Gigaübertragungen pro Sekunde (GT/s) pro PCIe-Lane haben, liegt die Rate der Gen4 bei 16 GT/s oder 2 GB/s pro PCIe-Lane.

NVMe-SSDs können Zehntausende parallele Befehlswarteschlangen gleichzeitig ausführen. Dies ist ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu Laufwerken, die das ältere, langsamere SCSI-Protokoll verwenden und nur eine einzige Befehlswarteschlange bereitstellen können. 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. 

Es gibt keine Möglichkeit, die NVMe- und SSD-Technologie genau zu vergleichen, da sie unterschiedlich sind und sich oft ergänzen. NVMe-SSDs bieten einige der schnellsten verfügbaren Datenübertragungsgeschwindigkeiten, aber das bedeutet nicht, dass sie unbedingt die richtige Wahl für Ihre Anforderungen sind. Bei der Auswahl einer Datenspeicherlösung spielen viele Faktoren eine Rolle. Zur Unterstützung des Prozesses haben wir einige der beliebtesten Optionen anhand von vier entscheidend Faktoren verglichen: Preis, technische Spezifikationen, Speicherkapazität und Geschwindigkeit.

• Preis: Bis vor kurzem waren SATA-SSDs vergleichsweise günstiger als NVMe-SSDs, was sie zu einer attraktiven Wahl für preisbewusste Benutzer macht. Die Preise für NVMe-SSDs sind in den letzten Jahren jedoch gesunken, da die Technologie immer häufiger verfügbar wird, sodass der Preis immer weniger ein Unterscheidungsmerkmal darstellt. Heute ist die beliebte SSD-Marke Samsung – sowohl in NVMe- als auch als SATA-Variante und mit vergleichbarem Speicher – bei Amazon zu Preisen zwischen 64 und 130 US-Dollar erhältlich.
• Technische Spezifikationen: Viele ältere Geräte unterstützen die neuere, schnellere NVMe-Technologie nicht, sodass eine SATA-SSD die notwendige Wahl ist. Vor dem Kauf einer SSD sollten Benutzer auch sicherstellen, dass ihr System über genügend PCIe-Verbindungen verfügt, um die Anzahl der Geräte zu unterstützen, die sie anschließen möchten. Viele Motherboards haben nur zwei oder drei Steckplätze, was die Anzahl der Geräte, die sie anschließen können, begrenzt.
• Speicherkapazität: NVMe- und SATA-SSDs sind in der Regel entweder als 1-TB- oder 2-TB-Option erhältlich. Benutzer, die mehr Kapazität suchen, können auf die 4-TB- und 8-TB-Modelle umsteigen, allerdings zu einem höheren Preis. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels kosteten 4 TB NVMe- und SATA-SSDs bei Amazon zwischen 200 und 300 US-Dollar, während 8-TB-SSDs eher für 400 US-Dollar verkauft wurden.
• Geschwindigkeit: Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal von NVMe-SSDs ist Geschwindigkeit und Leistung. Die NVMe-Technologie verwendet eine PCIe-Schnittstelle, die eine direkte Verbindung zu einer CPU ermöglicht, wodurch die Latenz reduziert und die Reaktionsfähigkeit verbessert wird. Aber einige Benutzer brauchen diese Geschwindigkeit einfach nicht, in diesem Fall könnte eine SATA-SSD eine etwas günstigere Option sein. SATA-SSDs sind zwar nicht ganz so schnell, aber übertragen Daten immer noch schneller als ihre älteren HDD-Gegenstücke. Je nach Bedarf können die Geschwindigkeiten einer SATA-SSD ausreichend sein.

Auf Unternehmensebene sind die Geschwindigkeit und Leistung der NVMe-Technologie schwer zu ignorieren. Während einige Unternehmen immer noch SATA-SSDs verwenden, sind sie häufiger bei Verbrauchern anzutreffen, die die Leistung und Geschwindigkeit eines Laptops oder PCs aufrüsten möchten, den sie zum Spielen oder für die Ausführung grundlegender Büroanwendungen verwenden. Hier sind einige der häufigsten Anwendungsfälle für SSDs.

• Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung: Die Fähigkeit von NVMe-SSDs, parallele Verarbeitung zu verarbeiten, macht sie zu einer idealen Lösung für viele der anspruchsvollsten und komplexesten Computerumgebungen von heute. Viele Anwendungen mit hohem Bedarf, wie z. B. hochfrequente Finanzhandels-Apps und KI- und ML-Implementierungen, verlassen sich auf NVMe-SSDs, um schnell auf große Datenmengen zuzugreifen.
• Rechenintensive Anwendungen: Apps, die eine Funktion in Echtzeit-Kundeninteraktionen bieten, verlassen sich bei der Ausführung ihrer Workloads häufig auf NVMe-Technologie. Beispiele für diese Apps sind E-Commerce, persönliche Finanzen und viele cloudnative Anwendungen.
• Rechenzentrum: NVMe-SSDs helfen Rechenzentren überall dabei, ihre Speicherfunktionen zu erweitern und blitzschnelle Übertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Während SATA-SSDs noch auf Enterprise-Ebene im Einsatz sind, haben laut einem aktuellen Bericht der Enterprise Strategy Group (ESG) fast drei Viertel der Unternehmen entweder bereits auf NVMe-SSD-Speicher umgestellt oder planen dies für das nächste Jahr.
• Videobearbeitung: Viele Videoeditoren verwenden NVMe- und SATA-SSDs, um ihren Speicher zu erweitern und dennoch die hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen, die sie benötigen. Ein Beispiel ist die schlanke, kleine und hochgradig portable NVMe M.2 SSD, die eine ideale Lösung für leichtgewichtige Computer wie Laptops, Notebooks und Ultrabooks darstellt.
• Gaming: Ernsthafte Gamer auf der ganzen Welt verlassen sich auf die schnellen Ladezeiten, die sowohl NVMe- als auch SATA-SSDs bieten. Beide Arten von SSDs bieten ein reibungsloses, schnelles Spielerlebnis zu vergleichbaren Preisen und verbessern die Geschwindigkeit und Leistung von Routineanwendungen für jeden PC-Build.

SSDs helfen Verbrauchern und Unternehmen, die erforderlichen schnellen Datenübertragungen zu erreichen. Für Gaming-Enthusiasten und Videoeditoren reichen ältere SATA-SSDs oft aus, aber für Unternehmens-Workloads entwickelt sich die NVMe-SSD schnell zum Branchenstandard. IBM Storage FlashSystem 5300 bietet kompakten, leistungsstarken Speicher zusammen mit allen Vorteilen der NVMe-Technologie. Mit dem 5300 erhalten Unternehmen eine schnellere, leistungsfähigere und skalierbarere Datenspeicherlösung.