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

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Geht die Ära der SSD zu Ende? NVMe-Speicher ist inzwischen vergleichbar teuer und um ein Vielfaches schneller. TechStage zeigt, für wen sich welcher Datenspeicher lohnt.

Update 03.02.2021 : Seit der letzten Version dieses Artikels sind die Preise für Flash-Speicher im NVMe-Format mit PCIe-Anschluss unglaublich gefallen. Teilweise konkurrieren sie mit den SATA-SSDs. Da lohnt es sich, den kompletten Artikel zu überarbeiten.

Drei verschiedene Speicherarten buhlen um Kunden: klassische Festplatten, SSDs mit SATA-Anschluss und NVMe-Speicher, der wie die SSD auf Flash-Speicher basiert, aber per PCI-Express angebunden wird. Alle drei sind inzwischen preislich interessant, alle drei bieten Vor- und Nachteile. 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 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.

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 uralte ATA/ATAPI-Steckplätze sind fast komplett verschwunden. Kein Wunder, denn während 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 ändert sich nichts. 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 in unterschiedlichen 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 Ziffern sind die Breite (22mm), die letzten Ziffern die Länge (80mm). Die meisten Produkte (und damit die größte Auswahl) gibt es für die Formate 2242 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.

Ein Hinweis aus dem Forum: Digitale Speicher sollten regelmäßig mit Strom verbunden werden. SSDs können sonst ihre Ladung und die Daten verlieren. Das passiert nicht über Nacht, aber alle paar Monate sollte man den Rechner hochfahren oder die externe SSD anstecken.

Für unseren Test haben wir vier verschiedene Speichermedien durch zwei Benchmarks geschickt: Den Storage Benchmark des PC Mark sowie durch den Crystal Disk Mark 7.0 Bei diesem wählten wir das Profile Real World Performance und fügten eine zusätzliche Mix-Abfrage aus 70 Prozent Lesen und 30 Prozent schreiben durch. Anders als beim Peak-Performance-Profil setzt Real World auf eine geringe QD und wenige gleichzeitige Threads. Dadurch sind die Speicher zwar langsamer, es passt aber eher ans Anwendungsprofil der Nutzer. Folgende vier Speicher hatten wir im Test:

  • HDD: Eine zugegebenermaßen etwas ältere Seagate Desktop HDD mit 7200 Umdrehungen und drei TByte Speicher. Angeschlossen per SATA-6
  • SSD: Eine Toshiba OCZ TR200, ein TByte Speicher. Angeschlossen per SATA-6
  • NVMe: Eine WD Black SN750 (Testbericht), angeschlossen an einem M.2-Steckplatz
  • Optane: Eine Intel Optane 32 GByte Karte, ebenfalls am M.2 Steckplatz

Zunächst die Ergebnisse des Crystal Disk Mark 7. Hier ist ganz klar die normale HDD das Schlusslicht, das sieht man vor allem bei der Zugriffszeit. Ein anderer interessanter Punkt ist, dass Intel Optane und NVME konkurrenzfähig sind.

Während die NVME beim sequenziellen Lesen und Schreiben von Daten (also immer dann, wenn die Informationen schön aufeinanderfolgen) alle anderen Speicher gnadenlos abhängt, ist es beim deutlich häufiger vorkommenden zufälligen Lesen und Schreiben von Daten ein gemischtes Bild. Die NVME punktet beim Schreiben, Optane liegt beim Lesen und beim gemischten Test vorne. Die SATA-SSD schlägt sich ebenfalls wacker. Sie ist lang nicht so schnell wie NVME oder Optane, für den Alltag sind die Zugriffszahlen aber ausreichend.

Der Storage-Benchmark aus dem PC Mark unterstreicht dieses Bild. Auch hier liegt der Optane-Speicher weit vorne, gefolgt von NVME und SSD.

Die theoretischen Tests sind das eine, wie aber wirkt sich das auf die Ladezeiten von Spielen aus? Um das Auszuprobieren, haben wir die Ladezeiten von zwei Spielen gemessen, GTA V und Subnautica . Tatsächlich haben wir im Test kaum einen Unterschied gemerkt. GTA V benötigte vom Klick auf das Startsymbol im Epic Game Launcher bis wir im Story-Modus gehen konnten immer weniger als 2 Minuten.

Lagert es auf der NVME, waren wir im Mittel nach 01:45 Minuten im Spiel, von der langsamen HDD aus dauerte es 01:46 Minuten. Das ist so nah zusammen, dass man eher von einer Messungenauigkeit reden kann.

Bei Subnautica sieht es ähnlich aus: Die NVME benötigte zum Laden des Levels knapp 23 Sekunden, die HDD 26 Sekunden und vom Optane-Speicher ging es in 20 Sekunden. Auch hier bleibt nicht viel übrig, wenn man die Messgenauigkeit abzieht. Es ist also nicht so, als würde ein deutlich schnellerer Speicher auch einen deutlich schnelleren Spieleinstieg bringen.

Die Geschwindigkeitstests zeigen es: selbst schnelle HDDs kommen nicht an Flash-Speicher heran, egal ob der an SATA oder PCIe angeschlossen ist. 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. Andererseits ist das auch gar nicht nötigt, wie unser Test mit den Spielen zeigt. Wer zockt, der hat wahrscheinlich nur selten den Flaschenhals beim Speicher.

Bei der Kapazität können die HDDs noch immer punkten. Es gibt sie inzwischen mit bis zu 16 TByte Speicher, davon sind Flash-Systeme noch weit entfernt – und viel zu teuer. Festplatten lohnen sich also immer dann, wenn Speicherplatz wichtiger ist als Geschwindigkeit.

Ein gutes Beispiel ist neben der Daten-Partition im Gaming-Rechnern ein großes Backup-System oder eine NAS. Wer die bestücken will, der wird noch immer mit klassischen Festplatten glücklich. Gerade bei NAS-Systemen ist es wenig sinnvoll, 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:

Datendurchsatz NAS - PC
QNAP TS-228ASynology DS216jWD My Cloud Home Duo
2000x 128-KByte-Dateien: Lesen25,2 MByte/s22,6 MByte/s8,9 MByte/s
2000x 128-KByte-Dateien: Schreiben11,8 MByte/s11,3 MByte/s0,8 MByte/s
600x 2,5-MByte-Dateien: Lesen83,6 MByte/s86,1 MByte/s56,0 MByte/s
600x 2,5-MByte-Dateien: Schreiben61,9 MByte/s58,6 MByte/s4,2 MByte/s
1x 7,94-GByte-Datei: Lesen116,0 MByte/s106,8 MByte/s112,5 MByte/s
1x 7,94-GByte-Datei: Schreiben116,7 MByte/s102,3 MByte/s71,2 MByte/s
Gemischter Ordner (9,53 GByte): Lesen02:54 min02:58 min06:04 min
Gemischter Ordner (9,53 GByte): Schreiben04:14 min04:44 min55:47 min

Eine Ausnahme für eine wahrscheinlich kleine Gruppe ist das sogenannte SSD-Caching. Dabei nutzt die NAS eine schnelle SSD um Daten zwischenzuschreiben oder diese schneller abzurufen. Sinnvoll ist das vor allem, wenn man auf dem NAS eine Datenbank betreibt, Bilder im RAW-Format speichert und bearbeitet oder es für virtuelle Dienste oder Container nutzt. Dann allerdings benötigt man spezielle Netzwerkspeicher, die SSD-Caching auch unterstützen. Dafür wiederum sollte man spezielle NAS-SSDs nutzen, die einen hohen TBW-Wert (Tera Bytes Written) besitzen.

Lange waren SSD-Festplatten die Sieger im Bereich Preis-Leistung. Und ja, immer noch sind SSDs den klassischen Festplatten in allen Belangen überlegen – die Ausnahme ist Speicherplatz. Sie sind schneller, geräuschlos und verzichten auf mechanische Teile, die kaputtgehen 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 . Anders als bei Spielen merkt man bei Windows einen deutlichen Geschwindigkeitszuwachs, wenn es auf einer SSD installiert wird.

Seit der letzten Version des Artikels sind die Preise für NVMe-Speicher allerdings so weit gefallen, dass sie in etwa auf dem Niveau klassischer SSDs liegen. Letztere lohnen sich immer noch als Massenspeicher oder um auf älteren Computern garantiert ein schnelles, boot-bares Medium zu besitzen. Mit Preisen um die 50 Euro für 500 GByte lohnt es kaum noch, eine kleinere SSD zu kaufen. Damit hat man auch genügend Platz für Windows und ein paar Spiele.

Wenn es einen Gewinner in 2020 gibt, dann alle, die einen NVMe-Speicher kaufen wollten. Die Preise sind im letzten Jahr massiv nach unten gegangen, vor allem im Bereich 500 GByte und 1 TByte.

Die direkte Anbindung an den PCIe-Bus macht die Speichermedien deutlich schneller - 3400 MByte/s sind beim Lesen 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, sequenzieller Dateiströme. 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 und auch die Ladezeiten werden je nach Spiel nicht wesentlich kürzer. Wer allerdings nicht nur spielt, sondern gleichzeitig aufnimmt, etwa für Let’s Plays oder Streaming (Ratgeber) , der entfernt mit einer NVMe einen Flaschenhals im System.

Für den Einbau der NVMe-Speicher gibt es zwei Möglichkeiten: Die meisten aktuellen Mainboards besitzen eine oder mehrere M.2-Schnittstellen, in die man die Flash-Speicher einfach einsetzen kann. Möglicherweise muss man den Abstandshalter umsetzen, die meisten der Mainboards sind aber von Haus aus auf die 2280-Größe eingestellt.

Wer keinen Anschluss hat oder mehrere NVMes ins System einbauen möchte, der kann alternativ zu einer PCIe-Adapterkarte greifen. Im Ratgeber "NVMe wird günstig: Schnellen Speicher einfach nachrüsten" haben wir festgtestellt, dass die Adapter ibei der Geschwindigkeit keinen Nachteil gegenüber den fest integrierten M.2-Anschlüssen haben.

Besonders wenn die NVMe normalerweise unter der Grafikkarte oder dem CPU-Kühler sitzt, kann man mit so einem Adapter sogar möglicherweise eine bessere Kühlung bewerkstelligen. Allerdings sollte man beim Kauf einer Adapter-Karte mit mehreren M.2-Anschlüssen aufpassen. Damit diese problemlos funktioniert, muss das Mainboard in den meisten Fällen die sogenannte PCIe-Bifurcation unterstützen. Diese Technik kann mehrere PCIe-Lanes aufteilen, sodass die NVMe-Speicher die volle Bandbreite nutzen können. Mehr dazu in der PCI Express FAQ von heise .

SSDs und NVMes sind nicht nur im Rechner eine gute Wahl, sondern auch als mobiler Datenspeicher. Sie haben keine mechanischen Teile, was sie weniger anfällig gegen Stürze macht. Im Artikel Günstige SSD für unterwegs: Kaufen oder selber bauen? haben wir uns die Optionen dafür genauer angesehen.

Der Preisverfall ist auch hier bemerkbar, besonders bei den Speicher-Sticks. Wer einen externen Speicher mit bis zu 256 GByte sucht, der macht mit einem USB-Stick wahrscheinlich nichts verkehrt. Mehr Platz haben die externen SSDs mit USB 3.1, sie haben auch eine solide Geschwindigkeit. Noch schneller sind die Festplatten mit USB 3.2 Gen 2x2, sie können es fast schon mit internen Speichern aufnehmen. Diese sind allerdings noch sehr teuer. Da lohnt es sich eventuell, selbst eine NVMe in ein externes Gehäuse einzubauen.

SSDs und NVMes liefern sich ein Kopf-an-Kopf-Rennen beim Preis. Bei der Geschwindigkeit liegt NVMe-Speicher klar vorne, in den meisten Fällen ist dies aber noch kein wirklich großes Problem. Dennoch, wer jetzt aufrüstet, der sollte eher zu einer NVMe als zu einer SSD greifen.

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.

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