nvme vs m.2 vs sata

NVMe vs M.2 vs SATA – Was ist der Unterschied?

SSDs werden heutzutage erschwinglicher und damit mehr Mainstream. Es ist nicht ungewöhnlich, eine SSD selbst in budgetorientierten Maschinen zu sehen. Wir gehen davon aus, dass SSDs in naher Zukunft traditionelle mechanische Festplatten fast vollständig ersetzt haben werden.

Aber während Sie sich nur um die HDD-Größe und Drehzahl kümmern mussten, wenn Sie eine mechanische Festplatte kaufen wollten, müssen Sie sich mit Jargons wie NVMe, M.2 und SATA auseinandersetzen, wenn Sie sich eine SSD zulegen möchten.

In diesem Artikel erklären wir genau, was diese Begriffe bedeuten und wie sie Ihre Wahl der SSD für Ihr System beeinflussen können.

SATA

SATA-Daten-und-Power-Port

Serial-ATA (SATA) ist eine Computerbusschnittstelle zum Anschluss von Massenspeichermedien an einen Computer. Es wurde entwickelt, um den älteren Parallel-ATA-Standard zu ersetzen.  Bei der Einführung wurden Funktionen wie reduzierte Kabelgröße, natives Hot-Swapping, schnellere Datenübertragungsrate usw. eingeführt.

Es verwendet einen kombinierten Daten- und Stromanschluss. Der Datenanschluss hat 7 Pins, während der Stromanschluss 15 Pins hat.

Die SATA-Architektur besteht aus drei verschiedenen Protokollschichten:

  1. Bitübertragungsschicht
  2. Link-Ebene
  3. Transportschicht

Bitübertragungsschicht

Die physikalische Schicht definiert die physikalischen und elektrischen Eigenschaften von SATA und das Codierungssubsystem. Es ist verantwortlich für die Erkennung, ob SATA-Geräte angeschlossen sind, und für die Link-Initialisierung.

Link-Ebene

Die Verbindungsschicht übernimmt, sobald die Link-Initialisierung durch die physikalische Schicht abgeschlossen wurde. Es ist verantwortlich für die Übertragung und den Empfang von Frame Information Structures (FISs) über die SATA-Verbindung. FIS sind Pakete, die Steuerinformationen oder Nutzlastdaten enthalten. Jedes Paket enthält einen Header, der den Nutzlasttyp und die Nutzlast identifiziert.

Transportschicht

Die Transportschicht übernimmt den Auf- und Abbau von FISs. Um Daten zu übertragen, hängt die Transportschicht den FIS-Steuerkopf an die Nutzlast an und informiert die Verbindungsschicht, um die Übertragung vorzubereiten.

Wenn Daten empfangen werden, informiert die Verbindungsschicht die Transportschicht über die eingehenden Daten. Die Transportschicht überprüft dann den FIS-Header, entfernt ihn und meldet (Erfolg oder Fehler) an die Befehlsschicht.

SATA-Revisionen und SSD-Unterstützung

Die SATA-Schnittstelle hat bisher 10 Revisionen erfahren. Die neueste Version ist SATA Revision 3.5. Das SATA III-Protokoll wird derzeit von modernen Geräten verwendet, wenn es implementiert ist, und ist in der Lage, eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von bis zu 600 MBps zu erreichen.

Der SATA-Standard wurde ursprünglich für die Anbindung an mechanische Festplatten entwickelt. Ab Revision 3.1 wurde das SATA-Protokoll mSATA als Feature eingeführt. mSATA konzentrierte sich auf die Verbesserung der Leistung von SSDs.

Während SATA jedoch völlig ausreichend ist, um die Übertragungsrate mechanischer Festplatten zu adressieren, bedeutete die Einführung einer neueren und schnelleren PCIe-basierten NVMe-Schnittstelle, dass SSD-Laufwerke sich schließlich von der Verwendung von SATA als Schnittstelle entfernen würden.

Profis:
  • Die SATA-Schnittstelle bietet eine viel höhere Bandbreite als die ältere PATA-Schnittstelle.
  • Kompatibel mit mechanischen Festplatten.
  • Billiger als NVMe-Laufwerke, insbesondere für Laufwerke mit hoher Kapazität.
Nachteile:
  • Langsamer als NVMe-Schnittstelle.
  • Bald zu ersetzen

NVMe

Unterstützt mein Motherboard NVMe

Non-Volatile Memory Express (NVMe) ist eine Schnittstellenspezifikation für den Zugriff auf ein nichtflüchtiges Speichermedium, das über den PCIe-Bus an den Computer angeschlossen ist. Es ist ein NUMA-Protokoll (Non-Uniform Memory Access), das in der Lage ist, zufällige Daten viel schneller abzutasten als herkömmliche mechanische Festplatten.

Es wurde speziell entwickelt, um die Vorteile von SSDs zu maximieren. Die NVMe-Technologie betont den gleichzeitigen Zugriff und minimiert die Latenz.

NVMe entfernt auch unnötige Anwendungsschichten, die im SATA-Protokoll vorhanden sind, um eine direkte Verbindung zwischen NAND-Flashes und der CPU herzustellen, was zu einer effizienten Datenübertragung und einer reduzierten Latenz führt.

Einer der größten Unterschiede zwischen SATA und NVMe besteht darin, dass SATA das Advanced Host Controller Interface (AHCI) verwendet, das eine maximale Warteschlangentiefe von einem Befehl hat und jede Warteschlange nur 32 Befehle enthalten kann. Dies liegt daran, dass AHCI auf rotierenden magnetischen Medien arbeiten sollte.

In der Zwischenzeit hat NVMe eine maximale Warteschlangentiefe von 65535 Warteschlangen, wobei jede Warteschlange 65535 Befehle ausführen kann. Als NUMA-Protokoll ist NVMe benefits von Multi-Core-CPUs, wobei jeder Kern in der Lage ist, den Besitz einer Warteschlange zu übernehmen.

Moderne NVMe-Laufwerke auf PCIe 3.0- und 4.0-Bussen sind in der Lage, eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von rund 2.400 MB/s bzw. 6.900 MB/s zu erreichen. Die kommende PCIe 5.0-Busschnittstelle ist in der Lage, diese Übertragungsgeschwindigkeit auf 13.800 MB / s zu erhöhen.

Aufgrund grundlegender Unterschiede in den Architekturen der mechanischen HDD- und NVMe-Schnittstelle können mechanische HDDs diese Schnittstelle nicht verwenden.

Profis:
  • Schnellste verfügbare Speicherschnittstelle.
  • Flexible Implementierung von Formfaktoren.
  • Effizientere Leistung mit NAND-Flash-Speicher als SATA.
Nachteile:
  • Deutlich teurer als SATA.
  • Kompatibilitätsproblem mit älteren Festplatten

M.2

M.2

M.2, auch bekannt als Next Generation Form Factor (NGFF), ist ein Formfaktor für Solid State Drives (SSDs). Sie werden diesen Begriff ziemlich häufig hören, wenn Sie mit SSDs zu tun haben, aber im Gegensatz zu NVMe und SATA ist dies keine Schnittstelle für die Speicherung. Tatsächlich können M.2-SSDs je nach Implementierung sowohl NVMe- als auch SATA-Schnittstellen verwenden.

M.2-Module haben eine rechteckige Form und sehen aus wie ein RAM-Stick. Sie haben einen 75-poligen Kantenanschluss an einem Ende und eine Einzelbefestigungsschraube am gegenüberliegenden Ende, um das Modul an Ort und Stelle zu halten.

Der M.2-Standard ermöglicht Modulbreiten von 12, 16, 22 und 30 mm, abhängig vom angeschlossenen M.2-Gerät. Es kann eine Vielzahl von Geräten wie WiFi, Bluetooth, NFC, Digitalradio, SSDs usw. unterstützen. M.2 SSDs sind 22mm breit.

Die Länge eines M.2-Geräts kann 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 und 100 mm betragen. Die Abmessungen eines M.2-Moduls können anhand seines Namens identifiziert werden. Eine 2280 SSD zeigt beispielsweise an, dass die SSD 22 mm dick und 80 mm lang ist. Wenn Sie diese SSD installieren möchten, müssen Sie sicherstellen, dass Sie einen 2280 M.2-Steckplatz in Ihrem System zur Verfügung haben.

Die M.2-Spezifikation bietet Unterstützung für eine einzelne PCIe x4- oder eine SATA III-Schnittstellenverbindung.

Profis:
  • M.2-Laufwerke können das NVMe-Protokoll verwenden, was eine viel schnellere Datenübertragung ermöglicht als SATA-Laufwerke mit 2,5-Zoll-Formfaktor.
  • M.2-Laufwerke sind einfacher zu installieren.
  • M.2-Laufwerke sind kompakt und leicht, was besonders bei Geräten der Ultrabook-Klasse wünschenswert ist.
Nachteile:
  • M.2-Geräte sind im Allgemeinen teurer als ihre 2,5-Zoll-SATA-Gegenstücke.
  • Inkompatibilität mit älteren Geräten ohne M.2-Steckplatz.
  • Da M.2-NVMe-Laufwerke PCIe-Bus verwenden, reduziert sich die Anzahl der für andere Geräte verfügbaren Busse

Vergleich zwischen NVMe- und SATA-Schnittstellen

Geschwindigkeit der Datenübertragung

Geschwindigkeit der HDD-Datenübertragung

Der NVMe-Standard wurde für die Arbeit mit SSD-Geräten in einer PCIe-Busschnittstelle entwickelt. PCIe-Bus ist bereits viel schneller als die SATA-Schnittstelle, und fügen Sie hinzu, dass SSDs viel schneller sind als mechanische HDDs, das Bild, für welche Schnittstelle Sie sich entscheiden sollten, wenn Sie nach Geschwindigkeit suchen, könnte nicht klarer als Tag sein.

Darüber hinaus ist die schnellste SATA-Schnittstelle, die heute in der Lage ist, 600 MB / s, während die theoretische maximale Übertragungsgeschwindigkeit der NVMe-Schnittstelle mit der Entwicklung der PCIe-Bustechnologie weiter zunimmt. Während ein Standard-NVMe-Laufwerk, das an einen PCIe 3.0-Bus angeschlossen ist, typischerweise etwa 2000-3000 MB/s erreichen konnte, wird erwartet, dass die Laufwerke, die mit dem kommenden PCIe 5.0-Standard kompatibel sind, mit etwa 12000-13000 MB/s übertragen werden können.

Wenn es um die Datenübertragungsgeschwindigkeit geht, gibt es keinen Wettbewerb. NVMe ist der klare Gewinner.

Formfaktor

Verschiedene SSD-Anschlüsse

Die aktuelle Generation von NVMe-SSDs hat im Allgemeinen den M.2-Formfaktor. Obwohl ältere Laufwerke, die AIC- oder U.2-Formfaktoren verwendeten, sind diese heutzutage vergleichsweise selten. Die Beschränkung auf den M.2-Formfaktor bedeutet, dass die Geräteauswahl bei NVMe-Laufwerken relativ eingeschränkt ist.

Auf der anderen Seite verwenden SATA-Laufwerke meist den 2,5-Zoll-Formfaktor, sind aber auch in M.2-Formfaktoren erhältlich, was eine größere Auswahl an Laufwerken ermöglicht.

Legacy-Unterstützung

Da es sich um einen neueren Schnittstellenstandard handelt, gibt es fast keine Legacy-Unterstützung, wenn es um NVMe geht. Darüber hinaus wurde die Schnittstelle nicht so konzipiert, dass sie mit mechanischen Festplatten kompatibel ist.

Die SATA-Schnittstelle hingegen war designiert für die Verwendung mit mechanischen Festplatten. Darüber hinaus bedeutet Abwärtskompatibilität, dass Sie ein Laufwerk, das SATA 3-Spezifikationen erfüllt, mit einer SATA 2- oder sogar SATA 1-Schnittstelle koppeln können.

Kostenwirksamkeit

Preis Kosten Dollar

NVMe-Laufwerke und SSDs im Allgemeinen sind in der Regel teurer als HDDs. Während die Lücke für Geräte mit geringerer Kapazität (etwa 128-256 GB) heutzutage nicht so groß ist, kann sich das Kostenverhältnis schnell oder mehr verdoppeln, wenn Sie nach oben von Geräten mit 1 TB oder mehr Kapazität suchen.

Daher sind SATA-Laufwerke für Massenspeicherlösungen in der Regel immer noch kostengünstiger als NVMe.

NVMe oder SATA: Für welche Schnittstelle sollten Sie sich entscheiden?

Wie wir beim Vergleich von NVMe- und SATA-Laufwerken gesehen haben, ist es offensichtlich, dass Sie ein NVMe-Laufwerk erhalten sollten, wenn Sie eine viel höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit wünschen. Auf diese Weise haben Sie eine viel schnellere Startzeit, ein verbessertes Laden von Anwendungen, Spiele werden schneller geladen und Sie können Daten viel schneller zwischen Laufwerken übertragen.

NVMe-Laufwerke sind jedoch teurer. Wenn Sie also ein Laufwerk für die Massenspeicherung erhalten möchten, können Sie sich wahrscheinlich für ein SATA-Gerät entscheiden. Dies gilt insbesondere, wenn Sie ein Medienkonsument sind, da NVMe-Laufwerke beim Abspielen von Audio-Video-Dateien praktisch keinen Vorteil bieten.

Am Ende des Tages wird Ihre Wahl der zu verwendenden Schnittstelle jedoch davon abhängen, ob sie von Ihrem Gerät unterstützt wird oder nicht. Wenn Sie einen älteren PC oder Laptop haben, der nur die SATA-Schnittstelle unterstützt, können Sie kein NVMe-Laufwerk darauf verwenden.

Die gute Nachricht ist, dass die meisten neuen Geräte sowohl NVMe- als auch SATA-Standards unterstützen und mit mehreren M.2- und 2,5-Zoll-SATA-Laufwerksschächten für die Installation der Speichermedien Ihrer Wahl ausgestattet sind. Sie können kombinieren und kombinieren, um die Effizienz zu optimieren.

NVMe vs SATA Differenztabelle

Faktor NVMe SATA
Geschwindigkeit PCI 5.0 x4-Laufwerk mit einer Kapazität von 13800 MB/s Limitiert auf 600 MB/s
Formfaktor M.2, U.2, AIC M.2, 2,5″ Formfaktoren
Legacy-Unterstützung Nichts Abwärtskompatibel mit früheren SATA-Versionen.
Kostenwirksamkeit Sehr teuer für große Volumina. Günstiger für größere Volumina.

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