SSD-Schnittstellen

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SSD-Schnittstellen SSD-Schnittstellen sind Steckverbindungen, um SSDs mit dem Motherboard zu verbinden. Für herkömmliche Festplatten war die SATA-Schnittstelle lange Zeit maßgeblich. Mit der Einführung von SSDs und deren Geschwindigkeitssteigerung konnte die Weiterentwicklung der SATA-Schnittstelle nicht mithalten. Sie war zu langsam und der weiteren Geschwindigkeitssteigerung physikalische Grenzen gesetzt. Bisher war es so, dass die Geschwindigkeit von Festplatten-Schnittstellen sich an der tatsächlichen Geschwindigkeit der Festplatten orientiert haben. Immer dann wenn Festplatten schneller wurden, ist die Geschwindigkeit der Schnittstelle (bspw. EIDE, SATA oder SCSI) angepasst worden. Beim Wechsel von herkömmlichen Festplatten auf SSDs (mit Flash-Speicher) hat aber eine reine Geschwindigkeitssteigerung nicht gereicht. Denn SSDs sind nicht nur viel schneller als herkömmliche Festplatten, sondern arbeiten intern auch ganz anders. Das heißt, eine schnellere Schnittstelle reicht nicht aus. Wir brauchen auch ein neues Protokoll.

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Übersicht: SSD-Schnittstellen

Zur Auswahl stehen SATA 6G, SATA Express (SATAe), m.2 und PCIe. Das bedeutet, bei der Auswahl einer SSD muss man berücksichtigen, welche der Schnittstellen man im Computer zur Verfügung hat.

SATA 6G / SATA 600

SATA 6G ist eine Massenspeicherschnittstelle für Festplatten und Wechselspeicher-Laufwerke, die sich grundsätzlich auch für SSDs eignet. Leider ist SATA 6G auf eine Datentransferrate von 600 MByte/s begrenzt, was für herkömmliche Festplatten ausreichend wäre. Allerdings gibt es SSDs, deren Flash-Speicher viel schneller sind und eine entsprechend schnelle Schnittstelle benötigen.
Für Desktop-PCs und deren typische Nutzung einer SSD wäre SATA 6G sogar ausreichend. Selbst schnelle SSDs kommen hier nicht an 600 MByte/s heran.

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SATAe - SATA Express

SATA Express ist der offizielle Nachfolger von SATA 6G und nutzt einen zu SATA 6G abwärtskompatiblen Steckverbinder. Dieser Steckverbinder bündelt zwei SATA-Ports die wahlweise für die SATA-6G- oder PCIe-Übertragung genutzt werden können. Denn SATA Express beherrscht sowohl SATA-6G, als auch PCIe. Die SATAe-SSD hat dabei die Form einer herkömmlichen Festplatte.
Mit PCIe 2.0 bringt SATA Express aber nur 1 GByte/s und mit PCIe 3.0 wären es auch "nur" 2 GByte/s. Das ist für viele Anwendungen viel zu wenig. SATA Express scheint schon vor seiner breiten Nutzung veraltet.

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m.2 (NGFF)

Die verschiedenen Bauformen von m.2 basieren auf dem Next Generation Form Factor (NGFF). Bei m.2-SSDs handelt es sich um ein streifenförmiges Speichermodul, das an PCIe-Mini-Cards und mSATA-SSDs erinnert. Genau genommen löst der kleine Slot-artige m.2-Steckverbinder den mSATA-Anschluss ab.
Theoretisch können schnelle m.2-SSDs mit vier PCIe-3.0-Lanes eine Geschwindigkeit von 4 GByte/s erreichen. In der Regel ist es jedoch so, dass die m.2-Schnittstelle am Chipsatz hängt und dort nur zwei Lanes von PCIe 2.0 zur Verfügung stehen. Also PCIe 2.0 x2. Damit erreicht man aber nur 1 GByte/s, was im Vergleich zu SATA 6G mit 600 MByte/s nicht wesentlich mehr ist. Wie schnell die m.2-Schnittstelle tatsächlich ist hängt also vom SSD-Controller ab und wie genau die PCIe-Anbindung aussieht.

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PCIe - PCI Express

Der PCIe ist eigentlich eine Schnittstelle für Erweiterungskarten. Zum Beispiel Grafikkarten. PCIe ermöglicht aber auch PCIe-SSDs direkt an den PCIe der CPU anzuschließen. Die Anbindung erfolgt dann zum Beispiel mit PCIe 3.0 x4 mit rund 4 GByte/s pro Richtung. Optimal für SSDs mit einer Lesegeschwindigkeit von 2 GByte/s und einer Schreibgeschwindigkeit von 1 GByte/s mit Luft nach oben.
Ob die Anbindung einer SSD immer so gelingt, hängt von der Anzahl der vorhandenen PCIe-Lanes ab. Je nach Systemarchitektur (Motherboard, Chipsatz, CPU) müssen sich mehrere Komponenten über einen Switch mehrere PCIe-Lanes teilen.
Bei PCIe-SSDs besteht die Wahl zwischen den Protokollen AHCI und NVMe. Wobei in Zukunft nur PCIe-SSDs mit NVMe eine Rolle spielen werden. Die andere Betriebsart ist nur aus Kompatibilitätsgründen vorhanden.
Als Steckverbindung dient der PCIe-Slot. Die SSD entspräche dann einer PCIe-Steckkarte. Alternativ gibt PCIe-Ausführungen mit dem SFF-8639-Steckverbinder, der einem SATA- beziehungsweise SAS-Anschluss ähnelt, aber für PCIe 3.0 x4 geeignet sit. Doch bei Desktop-PC-Mainboards ist SFF-8639 eher selten und wird die Ausnahme bleiben. Und Enterprise-SSDs werden eher die Form einer Steckkarte haben.

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SATA 6G, SATAe, m.2 oder PCIe

Mit SATAe, m.2 und PCIe in Verbindung mit NVMe können SSDs neue Geschwindigkeitspotentiale erschließen, die SATA 6G in den Schatten stellen.
Grundsätzlich beseitigen die Anschlüsse SATAe und m.2 den Flaschenhals SATA 6G. Der tatsächliche Unterschied liegt im wesentlichen in der Bauform und der Art des Steckverbinders. m.2 als kompaktes Speichermodul für die Montage auf dem Motherboard oder im Notebook und SATAe für SSDs in 2,5- oder 3,5-Zoll-Bauform mit der Anbindung per Kabel. Beiden ist gemeinsam, dass sie wahlweise PCIe (NVMe oder AHCI) oder SATA 6G (AHCI) beherrschen.

Was noch nicht sicher ist, welche Steckverbindung und Bauform sich durchsetzen wird. Kompakte SSDs in Form einer Speicherkarte mit m.2, die besonders für Notebooks geeignet und auch schon auf Motherboards für Desktop-PCs zu finden sind. Oder in Form klassischer Laufwerke mit SATAe, die sich am ehesten für herkömmliche Desktop-PCs eignen, deren Resonanz aber durchwachsen ist.

Es ist davon auszugehen, dass es sich bei SATAe und m.2 nur um Übergangslösungen handelt. Mittelfristig wird sich für SSDs der PCI Express als Standardschnittstelle durchsetzen.

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