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NVMe: Alle Infos zum schnel­len Speicher

Flottes Arbeiten aber auch Spielen ist mit NVMe-Speicher kein Problem. Das Protokoll ist somit gut für Privat- und Berufs-Anwendungen geeignet.

Nicht immer reicht der Spei­cher in einem Gerät wie einem PC oder Note­book aus. Manch­mal lohnt es sich, ein wenig davon nach­zu­rüs­ten. Dabei bist du viel­leicht schon auf die Bezeich­nung „NVMe“ gesto­ßen. Der ent­spre­chen­de Spei­cher kommt immer häu­fi­ger in mobi­len und sta­tio­nä­ren Rech­nern zum Ein­satz. In Zukunft spielt NVMe also wohl sogar noch eine grö­ße­re Rol­le als bis­her. Doch was hat es damit eigent­lich auf sich, wel­che Vor­tei­le hat der Spei­cher und wie schlägt er sich im Ver­gleich zu ande­ren Arten? Hier erfährst du alles dazu.

NVMe: Kei­ne kon­kre­te Hard­ware, son­dern ein Protokoll

Wich­tig zu wis­sen ist zunächst, dass es sich bei NVMe nicht um eine Art von Hard­ware han­delt. Viel­mehr kann NVMe bei unter­schied­li­chen Arten von Spei­chern zum Ein­satz kom­men. Dazu aber spä­ter mehr. Hier geht es um ein Pro­to­koll, genau­er um die Spe­zi­fi­ka­ti­on eines sol­chen. Damit Hard­ware in einem Rech­ner mit dem rest­li­chen Sys­tem kom­mu­ni­zie­ren kann, sind eben sol­che Pro­to­kol­le not­wen­dig. NVMe ist die Basis für eine schnel­le Über­tra­gung per PCIe („Peri­pheral Com­po­nent Inter­con­nect Express“). Die­sen Stan­dard fin­dest du übri­gens auch häu­fig bei Gra­fik- sowie Sound- und ande­ren Erweiterungskarten.

Maß­geb­lich an der Ent­wick­lung des NVMe-Pro­to­kolls betei­ligt ist Intel. Aber auch Spei­cher­her­stel­ler wie San­Disk, Sam­sung und Sea­gate ver­ber­gen sich hin­ter der Tech­nik. Begriff­lich steht NVMe für „Non-Vola­ti­le Memo­ry Express“. Über­setzt geht es also um nicht-flüch­ti­gen Spei­cher. Bes­ser bekannt ist die­ser als Flash-Spei­cher, wie er etwa auch in USB-Sticks und in Spei­cher­kar­ten zum Ein­satz kommt. In ers­ter Linie geht es hier um „Solid-Sta­te Dri­ves“, kurz SSDs. NVMe sorgt also dafür, dass Flash-Spei­cher über PCIe mit dei­nem Sys­tem kom­mu­ni­ziert und so Daten aus­tau­schen kann.

Hard­ware: Hier spielt die NVMe-Spe­zi­fi­ka­ti­on eine Rolle

NVMe ist also kei­ne Bezeich­nung für eine bestimm­te Art von Spei­cher. Da lohnt es sich, einen Blick auf die unter­schied­li­che Hard­ware zu wer­fen, in der die Spe­zi­fi­ka­ti­on Ver­wen­dung findet:

PCIe-Kar­ten

Die­se Form von SSD-Spei­cher kommt in Rech­nern für den Heim­ge­brauch eher sel­ten zum Ein­satz. Viel­mehr ste­cken PCIe-Kar­ten in Ser­vern um dort auf rela­tiv klei­nem Raum gro­ße Men­gen an Spei­cher zur Ver­fü­gung zu stel­len. Ein Vor­teil von PCIe-Kar­ten liegt in der ein­fa­cher zur rea­li­sie­ren­den Küh­lung, da zwi­schen den ein­zel­nen Steck­plät­zen etwas Raum ist. Sol­che Kar­ten sind nicht sel­ten mit meh­re­ren Tera­byte (TB) Spei­cher ausgerüstet.

M.2‑Karten

Beson­ders dün­ner Spei­cher ist gera­de bei mobi­len Gerä­ten wie Note­books gefragt. Genau hier kommt M.2 auch bevor­zugt zum Ein­satz. Die klei­nen SSDs ste­cken dar­in mitt­ler­wei­le als Haupt­spei­cher. In Rech­nern sind sie nicht sel­ten für das Betriebs­sys­tem zustän­dig. Dabei rei­chen schon klei­ne­re Grö­ßen wie 256 Giga­byte (GB) aus. Die Com­pu­ter fah­ren so deut­lich schnel­ler hoch als mit einer nor­ma­len Fest­plat­te. Durch ihre Bau­form las­sen sich M.2‑Karten platz­spa­rend flach auf dem Main­board montieren.

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U.2 und U.3‑SSDs

Bei U.2 und U.3‑SSDs han­delt es sich im Prin­zip um Flash-Spei­cher im 2,5‑Zoll-Format. Den gro­ßen Unter­schied zu den weit ver­brei­te­ten ande­ren SSDs mit die­sem Form­fak­tor ist ihre Hard­ware-Schnitt­stel­le. Statt SATA III, kommt hier eben eine U.2/U.3‑Steckverbindung zum Ein­satz. Sie unter­stützt auch NVMe. Ent­spre­chen­de Spei­cher sind aller­dings nur schwer zu bekom­men und meist teu­er. Ihr Ein­satz­ge­biet liegt eher in Unter­neh­men als bei Privatanwendern.

E1-SSDs

Für Daten­zen­tren gemacht ist der SSD-Form­fak­tor E1. Er sieht ein wenig wie eine „nack­te“ M.2‑SSD aus. Die Idee dahin­ter ist ein­fach: Die gerin­ge Dicke soll mög­lichst viel Spei­cher auf sehr klei­nem Raum ermög­li­chen. Den E1-Spei­cher gibt es in unter­schied­li­chen Län­gen und mit Kapa­zi­tä­ten von bis zu 32 TB. Meh­re­re Rie­gel sum­mie­ren sich in einem Ein­schub schnell zu gro­ßen Spei­cher­men­gen auf.

NVMe: Vor­tei­le des Speicher-Protokolls

Du weißt nun also, was NVMe eigent­lich bedeu­tet und wo das Pro­to­koll zu fin­den ist. Für den pri­va­ten Ein­satz ist vor allem der M.2‑Formfaktor inter­es­sant. Hast du ein Main­board mit M.2‑Steckplatz und ent­schei­dest dich für den Spei­cher, kannst du dich auf eini­ge Vor­tei­le freuen:

 

  • Kein neu­er Stan­dard not­wen­dig:Damit NVMe in einem Sys­tem funk­tio­niert, braucht es kei­ne neue Schnitt­stel­le. Statt­des­sen nutzt das Pro­to­koll PCIe, was in den aller­meis­ten Rech­nern zum Ein­satz kommt. Es ist also kein Auf- oder Umrüs­ten not­wen­dig. Beim Ein­bau man­cher NVMe-Spei­cher, etwa einer M.2‑Karte, kann aller­dings ein Adap­ter not­wen­dig sein.
  • Kei­ne her­stel­ler­spe­zi­fi­schen Trei­ber:NVMe ist ein her­stel­ler­un­ab­hän­gi­ges Pro­to­koll. Als sol­ches brauchst du auch kei­ne Trei­ber des Pro­du­zen­ten instal­lie­ren, damit der Spei­cher in dei­nem Sys­tem läuft. Win­dows 10 hat bei­spiels­wei­se eine ein­ge­bau­te Unter­stüt­zung für NVMe, erkennt den Spei­cher also und kann die aus­ge­tausch­ten Daten verarbeiten.
  • Hohe Daten­über­tra­gungs­ra­ten: Eigent­lich las­sen sich über PCIe recht hohe Daten­über­tra­gungs­ra­ten errei­chen. Das ist mit ande­ren Pro­to­kol­len aber nicht so ein­fach mög­lich. NVMe lässt hin­ge­gen die Über­tra­gung über gleich vier Lanes zu. Pro Lane sind in der Theo­rie 1.000 Mega­byte pro Sekun­de (MB/s) zu errei­chen. Bei vier macht das dann maxi­mal 4.000 MB/s.
  • Gerin­ge Laten­zen:Ein Pro­zes­sor war­tet stets auf Daten, die er ver­ar­bei­ten kann. In extrem kur­zen Zeit­ab­stän­den (Nano-Sekun­den) über­prüft er, ob wel­che zur Ver­fü­gung ste­hen. NVMe lei­tet Daten über weni­ger Zwi­schen­sta­tio­nen an die CPU wei­ter, wodurch die­se schnel­ler mit der Ver­ar­bei­tung begin­nen kann. Die Zeit der Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen CPU und Spei­cher lässt sich als Latenz bezeich­nen. Bei NVMe-Spei­cher ist sie also sehr gering.
  • Hohe Effi­zi­enz:Weil die Daten weni­ger Zwi­schen­sta­tio­nen neh­men, arbei­tet eine NVMe-SSD ohne­hin schon effi­zi­en­ter. Dank NVMe las­sen sich Daten sogar par­al­lel ver­ar­bei­ten, was die Effi­zi­enz wei­ter erhöht. Das Pro­to­koll ermög­licht bis zu 64.000 War­te­schlan­gen für Ein- und Aus­ga­ben. Dabei kann jede War­te­schlan­ge auch eben die­se Zahl an Befeh­len ent­hal­ten. Die hohe Effi­zi­enz und Daten­über­tra­gungs­ra­ten las­sen NVMe-Spei­cher sehr schnell sein.

Direk­ter Ver­gleich: NVMe gegen AHCI

Wäh­rend etwa bei M.2- und PCIe-Kar­ten heu­te NVMe als Pro­to­koll die Daten­ver­ar­bei­tung steu­ert, ist das bei vie­len SATA- und man­chen PCIe-SSDs noch AHCI. Die Abkür­zung steht für „Advan­ced Host Con­trol­ler Inter­face“. Das Pro­to­koll ist NVMe aller­dings in allen Belan­gen unter­le­gen, wie ein Blick auf fol­gen­de Ver­gleichs­ta­bel­le zeigt:

NVMeAHCI
Datenübertragungsrate(n)4.000 MB/srund 600 MB/s (SATA), rund 1.000 MB/s (PCIe)
Befehls­war­te­schlan­gen64.0001
Befeh­le pro Warteschlange64.00032
Latenz­zeitrund 2,8 Mikrosekundenrund 6 Mikrosekunden
Kom­mu­ni­ka­ti­ondirekt mit der CPUüber einen Controller
Maxi­ma­le Ein-/Aus­ga­ben pro Sekun­de (IOPS)1.000.000100.000

NVMe-SSDs: Gegen­wart und Zukunft

Es sind die vie­len Vor­tei­le, die NVMe für Pro­fi- und Pri­vat­an­wen­der glei­cher­ma­ßen inter­es­sant machen. Für nahe­zu jeden Rech­ner sind schnel­le Zugrif­fe auf Daten gut, da sie die Nut­zung des Rech­ners deut­lich beschleu­ni­gen. So fährt Win­dows 10 dank NVMe etwa schnel­ler hoch, Pro­gram­me laden schnel­ler und mehr. Gamer freu­en sich eben­falls über die hohen Über­tra­gungs­ra­ten, etwa dann, wenn gro­ße Level laden müs­sen. NVMe ist in der Gegen­wart die Tech­no­lo­gie der Wahl, wenn es um schnel­le Flash-Spei­cher geht. Die pri­vat gut nutz­ba­ren Spei­cher im For­mat M.2 sind recht güns­tig zu bekom­men. So gibt es 512 Giga­byte (GB) aktu­ell schon ab rund 50 Euro, 1 Tera­byte (TB) ab etwa 100 Euro.

NVMe löst das ver­al­te­te AHCI-Pro­to­koll des­halb zuneh­mend ab. Wie bei vie­len ande­ren Spe­zi­fi­ka­tio­nen ist auch bei NVMe eine fort­schrei­ten­de Ent­wick­lung zu erken­nen. Im Juni 2021 wur­de die Ver­si­on 2.0 ver­öf­fent­licht. Sie kommt mit eini­gen Ver­bes­se­run­gen im Detail daher. So ermög­licht die neue Spe­zi­fi­ka­ti­on etwa das Able­gen von Daten in bestimm­ten Zonen des Spei­chers, die direk­te Kom­mu­ni­ka­ti­on mit Pro­gram­men und lässt sich theo­re­tisch sogar mit mecha­ni­schen Fest­plat­ten (HDDs) nut­zen. Bei letz­te­rem gel­ten natür­lich gewis­se tech­ni­schen Limi­ta­tio­nen. NVMe ist also, zumin­dest für die nähe­re, Zukunft gerüstet.

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