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Ratgeber: HDD, SSD, NVMe – wer braucht welchen Speicher?

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Magnetplatten gegen Flash-Speicher, SATA gegen PCIe. Wir zeigen, welcher Datenspeicher wann punktet und warum man im PC eine SSD verbauen sollte.

Drei verschiedene Arten buhlen um Kunden: klassische Festplatten und SSDs mit SATA-Anschluss sowie NVMe-Speicher, der wie die SSD auf Flash-Speicher basiert, aber per PCI-Express angebunden wird. Alle drei sind inzwischen preislich interessant, für alle drei gibt Plus- und Minuspunkte. In diesem Ratgeber stellen wir die drei Typen vor und zeigen, für welchen Einsatzzweck sie sich eignen.

Vorab eine kurze Definition: Der Lesbarkeit halber nutzen wir in diesem Artikel den Begriff SSD für alle per SATA angeschlossenen Flash-Speicher. Flash-Speicher mit PCI-Express-Schnittstelle (egal ob M.2 oder PCIe) bezeichnen wir als NVMe (Nonvolatile Memory Express), auch wenn das eigentlich nur für den Protokollstandard des Flash-Speichers steht und er technisch gesehen ebenfalls eine SSD ist. Zudem gehen wir in diesem Artikel auf Consumer-Geräte ein, sprich auf Speicher für Desktop-PCs und Notebooks. Um eine preisliche Einschätzung zu geben, verlinken wir im Beitrag jeweils die fünf beliebtesten Speichermedien unserer Partnerseite Geizhals.

Langsam (hinten) zu schnell (vorne). Drei Formfaktoren von HDDs, SSDs und NVMes.

Der Anschluss des Datenspeichers an das Mainboard ist ein wichtiger Maßstab für die Geschwindigkeit. Festplatten und SSDs werden inzwischen nur noch per SATA angeschlossen, die ATA/ATAPI-Steckplätze sind fast komplett verschwunden. Kein Wunder, denn wo ATA/ATAPI in Version 7 eine maximale Datenrate von theoretischen 133 MByte/s erreicht, liegt der maximale theoretische Durchsatz aktueller SATA-3-Schnittstellen bei 600 MByte/s. Hier setzen NVMe-basierte Systeme eins drauf. Sie sind direkt in den PCI-Express-Bus des Mainboards eingebunden und nutzen eine oder mehrere Lanes zur Datenübertragung. Damit fällt die Limitierung der SATA-Schnittstelle weg. Eine NVMe in einem M.2-Anschluss schafft in unseren Benchmarks bis zu 3400 MByte/s - ein deutlicher Sprung nach oben.

Bei den Formfaktoren ist es wenig kompliziert. Festplatten kommen weiterhin in 3,5 Zoll, 2,5 Zoll und, meist in mobilen Systemen, 1,8 Zoll. SSDs sind fast ausschließlich im 2,5-Zoll-Formfaktor im Handel, die Formate 1,8 Zoll und 3,5 Zoll sind Ausnahmen.

NVMes gibt es dagegen in unterschiedlich Ausführungen, die M.2-Speicher teilen sich auf fünf Gruppen auf: 2230, 2242, 2260, 2280, 22110. Das klingt kryptisch, steht aber einfach für die Abmessungen in Millimeter: Die ersten beiden Zahlen sind die Breite (22mm), die letzten Zahlen die Länge (etwa 80mm). Die meisten Produkte (und damit die größte Auswahl) gibt es für die Formate 2242 und 2280.

Ein M.2-Steckplatz für NVMe-Speicher. Dieser unterstützt drei verschiedene Formate, 2242, 2260 und 2280,

Alternativ gibt es NVMes im Format Solid State Card (SSC). Das ist nichts anderes als ein Flash-Speicher, der mit einem PCIe-x4-Anschluss kommt. Damit lässt sich der Speicher in Systemen nachrüsten, die keinen M.2-Anschluss haben. Preislich liegen diese Karten aber deutlich über vergleichbaren Speichern mit M.2-Formfaktor.

In den Benchmarks bestätigt sich der klare Vorteil von NVMe und SSD gegenüber der klassischen Festplatte. Das zeigt sich schön im Crystal Disk Mark, einem einfach zu nutzenden Benchmark. Die einzelnen Begriffe zu den Werten erklären wir im Test zur WD Black NVMe im Detail.

Benchmark HDD - SSD - NVME
Crystal Disk Mark 5 (9 x 1 GB)
Seagate Firecuda HDD Samsung 860 Evo SSD WD Black NVMe
Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s)
Sequenziell, Q32T1 129,1 120,8 561,5 532 3436 2455
4K, Q32T1 1,469 1,471 231,7 217,5 331,3 225,9
Sequenziell 128,8 126,4 541,9 515,5 2386 2338
4K 0,566 1,418 46,22 96,09 43,58 123,7

Während die SSD in einem Wert sogar an die NVMe herankommt, ist die HDD weit abgeschlagen. Wichtig für alle, die aufrüsten wollen: Essenziell für die maximale Geschwindigkeit ist, wie der jeweilige Steckplatz am System angebunden ist. In vielen Notebooks etwa gibt es zusätzliche M.2-Steckplätze, die aber nur mit einer PCIe-Lane oder gar als SATA angebunden sind. Das bremst einen verbauten NVMe-Datenspeicher auf SATA-Niveau herunter. In der Praxis kann das so aussehen:

Benchmark intern
Crystal Disk Mark 5 (9 x 1 GB)
Speicher 1 Speicher 2
Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s)
Sequenziell, Q32T1 1548,1 1231,6 552,2 310,6
4K, Q32T1 456,2 134,9 294,9 276,8
Sequenziell 257,1 118,1 267,1 230,9
4K 35,92 74,55 25,41 97,37

Speicher 1 ist der standardmäßig im Notebook verbaute NVMe, Speicher 2 steckt in einem Erweiterungsslot, der etwa auch eine WWAN-Karte aufnehmen könnte. Man sieht schön, wie der zweite Flash-Speicher limitiert ist und dennoch teilweise den Hauptspeicher übertrifft.

Die Geschwindigkeitstests zeigen es, selbst schnelle HDDs kommen nicht an Flash-Speicher heran. Die Begrenzung durch die mechanischen Vorgänge lässt sich nicht beseitigen. Man kann mit gutem Gewissen sagen, dass es bei klassischen Festplatten keine großen technologischen Sprünge mehr geben wird.

Der große Vorteil der mechanischen Festplatten ist ihre Kapazität. Es gibt sie inzwischen mit bis zu 14 TByte Speicher, davon sind Flash-Systeme noch weit entfernt – und viel zu teuer. Festplatten lohnen sich immer dann, wenn Speicherplatz wichtiger ist als Geschwindigkeit. Das gilt beispielsweise für Backup-Festplatten oder für Netzwerkspeicher. Gerade bei NAS-Systemen ergibt es wenig Sinn, SSDs für die Daten verbauen (Ratgeber: die besten NAS-Festplatten). Der limitierende Faktor ist das Netzwerk selbst, in einem Gigabit-LAN liegt der maximale theoretische Durchsatz bei 125 MByte/s. In der Praxis schaffen NAS-Speicher meist maximal 118 MByte/s, wie unser 2-Bay-NAS Vergleichstest zeigt:

Benchmark Netzwerk
Datendurchsatz NAS - PC
QNAP TS-228A Synology DS216j WD My Cloud Home Duo
2000x 128-KByte-Dateien: Lesen 25,2 MByte/s 22,6 MByte/s 8,9 MByte/s
2000x 128-KByte-Dateien: Schreiben 11,8 MByte/s 11,3 MByte/s 0,8 MByte/s
600x 2,5-MByte-Dateien: Lesen 83,6 MByte/s 86,1 MByte/s 56,0 MByte/s
600x 2,5-MByte-Dateien: Schreiben 61,9 MByte/s 58,6 MByte/s 4,2 MByte/s
1x 7,94-GByte-Datei: Lesen 116,0 MByte/s 106,8 MByte/s 112,5 MByte/s
1x 7,94-GByte-Datei: Schreiben 116,7 MByte/s 102,3 MByte/s 71,2 MByte/s
Gemischter Ordner (9,53 GByte): Lesen 02:54 min 02:58 min 06:04 min
Gemischter Ordner (9,53 GByte): Schreiben 04:14 min 04:44 min 55:47 min
Western Digital WD Red   4TB, SATA 6Gb/s (WD40EFRX)

Western Digital WD Red 4TB

Seagate BarraCuda Compute   2TB, 3.5\

Seagate BarraCuda Compute 2TB

Toshiba DT01ACA   1TB, SATA 6Gb/s (DT01ACA100)

Toshiba DT01ACA 1TB

Western Digital WD Blue   4TB, SATA 6Gb/s (WD40EZRZ)

Western Digital WD Blue 4TB

Toshiba P300 High-Performance   3TB, SATA 6Gb/s, bulk (HDWD130UZSVA)

Toshiba P300 High-Performance 3TB

Der aktuelle Spitzenreiter im Bereich Preis-Leistung ist die SSD. Das liegt mit daran, dass die Preise für die notwendigen Chips in den letzten Jahren drastisch gefallen sind. Die Samsung 860 EVO etwa kostete im März 2018 in der 1-TByte-Version um die 300 Euro, jetzt liegt sie bei 135 Euro. Andere Hersteller haben einen ähnlichen Preisverfall hinter sich.

Mit Ausnahme des Speicherplatzes sind SSDs den klassischen Festplatten in allen Belangen überlegen. Sie sind schneller, geräuschlos und verzichten auf mechanische Teile, die kaputt gehen können. Ein häufig genanntes Manko ist die begrenzte Lebenszeit. Diese wird vom Hersteller in TBW (Tera Bytes Written) angegeben. Die Kollegen von heise online haben diese Werte im Dauertest überprüft und mehrere 250 GByte große SSDs einem Dauerlasttest ausgesetzt. Das Ergebnis war überraschend: Selbst das Schlusslicht im Test übertraf die Herstellerangaben um das 2,5-fache.

Unserer Meinung nach sollte eine SSD der Hauptdatenträger in jedem PC oder Notebook sein. Die hohe Geschwindigkeit macht sich bei jeder Nutzung des PCs bemerkbar, unabhängig vom Betriebssystem. SSDs mit 240 GByte Speicherplatz beginnen bei um die 30 Euro. In vielen Desktop-Systemen lohnt es sich, das Betriebssystem auf einer SSD zu installieren und für die Daten notfalls eine große HDD zu installieren.

Samsung SSD 860 EVO   1TB, SATA (MZ-76E1T0B)

Samsung SSD 860 EVO 1TB

Crucial MX500    500GB, SATA (CT500MX500SSD1)

Crucial MX500 500GB

Kingston A400 SSD    240GB, SATA (SA400S37/240G)

Kingston A400 SSD 240GB

SanDisk SSD Plus   1TB, SATA (SDSSDA-1T00-G26)

SanDisk Plus 1TB

Patriot Burst    240GB, SATA (PBU240GS25SSDR)

Patriot Burst 240GB

NVMe-Datenspeicher sind die jüngsten Zugänge im Storage-Bereich. Die Spezifikation wurde zwar bereits 2011 verabschiedet, die Produkte profitieren aber erst jetzt vom Preisverfall der Flash-Speicher. Bei den meisten Produkten hat sich der Preis im letzten Jahr etwa halbiert.

NVMe verbessert SSDs weiter. Die direkte Anbindung an den PCIe-Bus macht die Speichermedien deutlich schneller - 3400 MByte/s sind bei sequenziellen Daten kein Problem.

In Notebooks haben sich NVMe-Speicher bereits weiter verbreitet als in Desktop-Umgebungen. Das liegt vor allem am relativ beschränkten Platz. Die kleinen Speicherriegel der M.2-NVMes benötigen deutlich weniger Platz als eine klassische 2,5-Zoll-SSD.

Ein Problem bei NVMes ist aktuell eher, dass sie kaum ein Programm wirklich ausreizt. Die Stärke der Datenträger liegt im Verarbeiten großer Dateien. Das macht sie ideal für alle, die mit Videodateien hantieren, aber weniger perfekt für die Otto-Normal-Nutzer. Gamern sei gesagt, dass ein schnellerer Datenspeicher nicht zu mehr Frames pro Sekunde führt. Wer allerdings nicht nur spielt, sondern gleichzeitig aufnimmt, etwa für Let’s Plays, der entfernt mit einer NVMe einen potenziellen Flaschenhals im System.

Es kann sich zudem in Spielen lohnen, die viele hochauflösende Dateien nachladen. In Doom von 2016, auf unserem Testsystem in 4K und mit maximaler Grafik eingerichtet, dauerte es vom Start des Spiels bis zum Eintritt ins Level mit einer SSD von Toshiba (OCZ TR200) 1:29 Minuten. Der gleiche Ladevorgang mit einer NVMe von Samsung (970 Evo) nahm 1:10 Minuten in Anspruch. Wer also etwa Skyrim oder Minecraft mit fotorealistischen Mods spielt, der profitiert wahrscheinlich von der NVMe.

Samsung SSD 970 EVO Plus    500GB, M.2 (MZ-V7S500BW)

Samsung SSD 970 EVO Plus 500GB

Intel SSD 660p   2TB, M.2 (SSDPEKNW020T801/SSDPEKNW020T8XT/SSDPEKNW020T8X1)

Intel SSD 660p 2TB

Crucial P1 SSD   1TB, M.2 (CT1000P1SSD8)

Crucial P1 SSD 1TB

Corsair Force Series MP510    960GB, M.2 (CSSD-F960GBMP510)

Corsair Force Series MP510 960GB

Western Digital WD Black NVMe SSD 2018    500GB, M.2 (WDS500G2X0C)

Western Digital WD Black NVMe SSD 500GB

Bei den mobilen Datenspeichern greift man entweder zu einem USB-Stick, dann ist sowieso ein Flash-Speicher gesetzt. Wer aber lieber eine Festplatte möchte, sollte auf den Anwendungsfall achten. Externe Speicher, die man etwa täglich mit sich herumträgt, sind hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Hier sollte man lieber zu einem Flash-basierten System als zu klassischen Festplatten greifen, auch wenn letztere billiger sind. Das Risiko eines mechanischen Ausfalls ist zu groß, dem Autor des Textes etwa sind auf diese Art zahlreiche Urlaubsbilder verloren gegangen.

Anders ist es, wenn man einen Datenspeicher für ein externes Backup oder einen relativ stationären Einsatzort sucht. Hier ist eine klassische Festplatte in einem externen Gehäuse eine gute Wahl, passende Produkte stellen wir in unserer Themenwelt und dem Artikel „Fünf externe Festplatten im Test” vor.

Wer es auf ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis abgesehen hat, kommt an einer SSD nicht vorbei. Die Preise sind dermaßen gefallen, dass es im Desktop oder Notebook kein Argument mehr für eine klassische Festplatte gibt. Das gleiche gilt für alle, die eine mobile Festplatte für den täglichen Einsatz suchen. Der Verzicht auf mechanische Komponenten prädestiniert SSDs als mobilen Datenspeicher.

Die klassische Festplatte spielt ihre Stärken dann aus, wenn viel Speicher benötigt wird. Egal ob NAS oder USB-Backup, wenn die Geschwindigkeit sowieso begrenzt ist und das System wenig mobil ist, lohnt sich der Aufpreis für eine SSD nicht. Mechanische Festplatten besitzen noch immer das beste Preis-pro-MByte-Verhältnis.

NVMes sind gerade erst am Anfang. Sie liefern eine sensationelle Geschwindigkeit, die aber nur von wenigen Programmen wirklich ausgereizt wird. Im Desktop sind sie vor allem etwas für Video-Profis, für Modder, die ein aufgeräumtes System wollen und für alle, die einfach an aktueller Technik interessiert sind.

Übrigens: Wer auf eine größere SSD oder eine NVMe aufrüstet, findet im heise+-Artikel „Windows schnell umziehen“ Hilfen zum Wechsel. Und wer danach Probleme mit der Windows-Aktivierung hat, sollte die FAQ zur Windows-Aktivierung lesen.

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