SATA und NVMe sind beides Verbindungsschnittstellen für Laufwerke. SATA, kurz für Serial ATA, gibt es bereits seit der Ablösung von Parallel ATA um die Jahrtausendwende, während NVMe, kurz für Non-Volatile Memory Express, eine neuere und schnellere Technologie ist. Dieser Artikel betrachtet sowohl NVMe als auch SATA und erläutert, was sie sind, wie sie funktionieren und was Sie über sie wissen müssen.
Was ist SATA?
Serial Advanced Technology Attachment, kurz SATA, ist der Nachfolger der Parallel-ATA-Busschnittstelle, die zum Anschluss von Solid-State-Laufwerken (SSDs), Festplattenlaufwerken (HDDs), und optischen Laufwerken an Motherboards verwendet wird. Parallele Verbindungen setzten auf flache, breite, bandförmige Kabel, während SATA-Kabel dünner und leichter zu handhaben sind. SATA stellte eine deutliche Verbesserung gegenüber seinem Vorgänger dar.
Doch die Geschichte von SATA umfasst mehr als ordentlichere und besser handhabbare Kabel. Der Standard wurde mehrfach überarbeitet, um die Leistung zu steigern – darunter 2013 mit SATA Express, das in seiner Steckerspezifikation sowohl Verbindungen zu SATA als auch zu PCIe unterstützt. Trotz seiner vielversprechenden Datenübertragungsfähigkeiten konnte sich der Standard nicht durchsetzen und verlor gegenüber der Entwicklung neuerer, weniger voluminöser Laufwerke im M.2-Formfaktor an Boden.
Die neueste SATA-Version bietet höhere Leistung und eine bessere Integration mit anderen I/O-Industriestandards und ermöglicht Hot-Plug-Unterstützung. Das bedeutet, dass ein SATA-Speichergerät bei eingeschaltetem System angeschlossen oder entfernt werden kann und anschließend normal weiterarbeitet – etwas, das mit PATA nicht möglich war. Außerdem verwendet SATA die Schnittstelle Advanced Host Controller Interface (AHCI), die Native Command Queuing (NCQ) ermöglicht – eine Laufwerkoptimierungstechnologie zur Leistungssteigerung.
Was ist NVMe?
Non-Volatile Memory Express ist eine Spezifikation für eine Host-Controller-Schnittstelle, die den PCI-Express-Bus (PCIe) verwendet, um SSDs mit einem Server zu verbinden. NVMe-SSDs werden auch als PCIe-SSDs bezeichnet.
NVMe löst ein Problem, das entsteht, wenn schneller Flash-Speicher auf ältere Datentransporttechnologien trifft: einen Engpass. Im Wesentlichen kann ein NVMe-Laufwerk Speicherschnittstellen und Busarchitekturen übertreffen, die für rotierende Festplatten entwickelt wurden.
NVMe zur Rettung. Im Vergleich zu SATA- und SAS-Modellen können NVMe-Laufwerke Daten mit rasanter Geschwindigkeit übertragen und so eine hohe Leistung für anspruchsvolle Speicher-Workloads liefern, die Unternehmen in der Vergangenheit möglicherweise abgeschreckt haben.
Die NVMe-Verbindung über PCIe bringt die Daten zur Verarbeitung in den Hauptspeicher, ohne einen Controller zu durchlaufen. Die Schnittstelle ermöglicht es einer einzelnen Eingabe-/Ausgabe-Warteschlange (I/O), bis zu 64.000 Befehle und maximal 65.353 I/O-Warteschlangen zu unterstützen. Darüber hinaus bietet sie zahlreiche Funktionen auf Enterprise-Niveau, etwa Ende-zu-Ende-Schutz und Flusskontrolle sowie Unterstützung für NVMe/TCP.
Bei der Leistung ist NVMe ein echter Wendepunkt. Allerdings garantiert die Technologie nicht zwangsläufig eine höhere Flash-Leistung. Bevor sie den Schritt wagen, sollten Speicherverantwortliche sich gründlich informieren und die Technologie in der Praxis testen, um sicherzustellen, dass NVMe-Laufwerke zu ihren IT-Zielen und ihrer Infrastruktur passen – auch andere Faktoren können die Leistung beeinträchtigen und Engpässe verursachen.
Der gängigste Formfaktor für NVMe-SSDs ist M.2. Er ist klein, schlank und leicht. Eine M.2-NVMe-SSD sitzt zwischen CPU und PCIe-Steckplatz unter dem Motherboard, statt über ein externes Kabel angeschlossen zu werden. Es gibt auch M.2-SATA-Laufwerke, sie sind jedoch weniger verbreitet.
NVMe vs. SATA
Hier sehen Sie, wie NVMe- und SATA-Protokolle bei wichtigen Faktoren im Vergleich abschneiden.
Leistung
Die maximalen Lesegeschwindigkeiten von SATA-SSDs liegen bei 560 MB/s beim Lesen (1 TB) und 540 MB/s beim Schreiben (1 TB), doch das ist die Obergrenze unter idealen Bedingungen. Die aktuellen Geschwindigkeiten von SATA III liegen typischerweise etwas oder deutlich unter 500 MB/s.
Die maximalen Lesegeschwindigkeiten von NVMe-SSDs liegen bei etwa 12.400 MB/s beim Lesen (2 TB) und 11.800 MB/s beim Schreiben (2 TB). Es gibt auch einige NVMe-Laufwerke, die beim Lesen und Schreiben durchschnittlich 10.000 MB/s erreichen. Diese Werte werden jedoch unter sehr spezifischen Testbedingungen ermittelt.
Preis
Die Preise für SATA und NVMe sind in den vergangenen Jahren gesunken. Eine 2,5-Zoll-SATA-Samsung-SSD mit 1 TB kostet 109 US-Dollar, während eine 1-TB-M.2-PCIe-Gen-4-SSD etwa 169 US-Dollar kostet.
Die Preise beider SSD-Typen variieren je nach Größe und Kapazität erheblich; insgesamt ist eine SATA-SSD jedoch weiterhin günstiger. Für extrem hohe Leistungsanforderungen kann NVMe die bessere Wahl für Unternehmen sein, und die Technologie wird in der IT-Branche zunehmend eingesetzt. SATA ist keineswegs veraltet. Die Technologie eignet sich für Speicher- und Gaming-Zwecke – SSDs sind selbst als SATA-Laufwerke im Vergleich zu HDDs noch unglaublich schnell. Außerdem sind sie seit Langem etabliert, und ältere Rechner, die NVMe-Geräte möglicherweise nicht unterstützen, können weiterhin mit SATA-Laufwerken arbeiten.
Enterprise-SSDs sind eine ganz andere Geschichte. Die Preise variieren, vorsichtig ausgedrückt, stark, liegen aber typischerweise im hohen dreistelligen und teils im vierstelligen Bereich. Einige NVMe-Laufwerke sind teurer als SATA-Modelle, doch häufig liegen die Preise hier recht nah beieinander.
Parallelität
Die Parallelität von NVMe bezeichnet die Fähigkeit, über mehrere Threads zahlreiche Vorgänge gleichzeitig auszuführen. Die schnelle I/O von NVMe steigert die Verarbeitungsgeschwindigkeit erheblich. NVMe-Laufwerke verfügen typischerweise über eine Warteschlangentiefe von 64.000 und unterstützen ebenfalls 64K-Warteschlangen. SATA kommt mit einer Warteschlangentiefe von 32 und einer einzelnen Befehlswarteschlange aus; 32 I/O-Anfragen kann das Laufwerk zu jedem Zeitpunkt maximal in einer Warteschlange halten.
| NVMe | SATA | |
|---|---|---|
| Schnittstelle | Wird nur in Flash-Umgebungen eingesetzt | Unterstützt sowohl SSDs als auch HDDs |
| Leistung | Warteschlangentiefe von 64K pro Befehl und Unterstützung für 64K-Warteschlangen | Warteschlangentiefe von 32 und eine einzelne Befehlswarteschlange |
| Anwendungsfall | Geeignet für geschäftskritische Anwendungen und transaktionsintensive Datenbanken | Geeignet für hohe Kapazität, geringe Verfügbarkeit und sequenzielle Lesevorgänge |
| Kosten | Höhere Kosten, aber sinkende Preise | Im Allgemeinen günstiger als NVMe |
NVMe oder SATA?
Beide Technologien haben ihre Einsatzbereiche und Vorteile. Der wichtigste Vorteil von SATA sind die niedrigeren Preise. Da jedoch auch die Preise für NVMe rasch sinken, könnten Unternehmen feststellen, dass sich die schnellere SSD aufgrund des Leistungszuwachses lohnt. Kleinere Unternehmen, die noch kein Budget für eine NVMe-SSD eingeplant haben und weiterhin gut funktionierende SATA-SSDs einsetzen, fahren vorerst möglicherweise besser damit, ihre aktuellen Laufwerke zu behalten.
NVMe eignet sich ideal für die Verarbeitung großer Datenmengen und für hohe gespeicherte Datenvolumen. Technologien, die Enterprise-Speicher-Workloads schnell bewältigen, werden bei den heutigen Betreibern von Rechenzentren Anklang finden. Organisationen, die eine schnellere und reaktionsfreudigere Leistung von Anwendungen und Datenbanken anstreben, sollten den Markt für NVMe-fähige Systeme im Auge behalten.
Auf absehbare Zeit wird NVMe in Rechenzentrumsumgebungen neben SATA- und Serial-Attached-SCSI-Geräten (SAS) bestehen. Für die Zukunft gibt es weitere Anzeichen dafür, dass Speicheranbieter den Leistungsabstand zwischen NVMe und SATA weiter vergrößern wollen. Intel ist ein gutes Beispiel: Der Chiphersteller verkauft zwar Flash-basierte NVMe-SSDs, hat aber auch NVMe-Optane-SSDs auf den Markt gebracht. Optane basiert auf Intels 3D-XPoint-Technologie und ist eine Lösung für Persistent Memory beziehungsweise Storage-Class Memory (SCM), die die Leistungsmerkmale von Dynamic Random-Access Memory (DRAM) mit der Fähigkeit von Flash-Speicher kombiniert, Daten bei einem Stromausfall zu erhalten. 3D XPoint wurde gemeinsam von Intel und Micron entwickelt.
NVMe over Fabrics (NVMe-oF)
NVMe over Fabrics ermöglicht die Verarbeitung gespeicherter Daten über Ethernet- und Fibre-Channel-Netzwerke hinweg. Die Parallel-I/O-Technologie verwaltet Eingabe- und Ausgabeanforderungen in einem NVMe-Netzwerk, sodass mehrere Anfragen gleichzeitig statt nacheinander in einer Warteschlange verarbeitet werden können – ähnlich wie bei NVMe-Speicher auf nur einem Computer. NVMe-oF erweitert den Einsatz von NVMe-Speicher über eine einzelne Anwendung hinaus.
Fazit: NVMe vs. Flash
Die NVMe-Technologie erwies sich bei der Speicherung großer Datenmengen als Wendepunkt und übertraf herkömmliche SATA-SSDs mit ihrer schnellen I/O und überlegenen Leistung. SATA-SSDs bleiben aufgrund ihrer niedrigeren Kosten relevant, doch die sinkenden Preise für NVMe-Laufwerke veranlassen Unternehmen, Letztere für eine höhere Leistung in Betracht zu ziehen.
Für die Zukunft erscheint die Koexistenz von NVMe mit SATA- und SAS-Geräten in Rechenzentren vielversprechend. Die beeindruckenden Fähigkeiten der NVMe-Technologie revolutionieren die Datenspeicherung und prägen die Zukunft schneller, skalierbarer und reaktionsfreudiger Speicherlösungen für Unternehmen weltweit.
Weiterlesen: Geschwindigkeit und Leistung von NVMe-SSDs im Vergleich zu anderen SSDs