Roundup: PCI-Express-SSDs mit NVMe

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Protokoll und Bus


Wie eingangs erwähnt, wurde zur Geschwindigkeitssteigerung an zwei Fronten angesetzt: NVMe als effizienteres Protokoll und PCI Express als schnellerer Bus. Rekapitulieren wir das Wesentliche noch einmal kurz:

PCI Express vs. SATA


Bei der Betrachtung der SATA-Geschwindigkeiten muss beachtet werden, dass die Daten 8b10b-codiert übertragen werden. Für 8 Bit Nutzdaten werden für die Taktrückgewinnung und zum Gleichspannungsausgleich auf der Leitung 10 Bit übertragen, was einen Overhead von 20 % zur Folge hat.
SATA-Revision Inoffizielle Bezeichnung Datenrate Brutto Gbit/s Datenrate Netto Gbit/s Datenrate Netto MByte/s
SATA 1,5 GBit/s SATA I 1,5 GBit/s 1,2 GBit/s 150 MByte/s
SATA 3 GBit/s, Rev. 2.x SATA II, SATA-300 3 GBit/s 2,4 GBit/s 300 MByte/s
SATA 6 GBit/s, Rev. 3.x SATA III-SATA-600 6 GBit/s 4,8 GBit/s 600 MByte/s

Mit SATA 3.2 wurde zudem SATA Express eingeführt, welches wie NVMe auf PCI Express setzt und dort 8 GBit/s pro Lane überträgt.

Die Geschwindigkeiten des PCI-Express-Busses waren und sind ungleich höher, wobei für Datenträger die Anbindung mit vier Lanes üblich ist. Daher beschränkt sich die folgende Übersicht auch auf diese Konfiguration:

PCIe 1.0/1.1 x4 PCIe 2.0/2.1 x4 PCIe 3.0 x4 PCIe 4.0 x4
Veröffentlichung 2003 2007 2012 ca. 2017
Schrittgeschwindigkeit 2,5 GT/s 5,0 GT/s 8,0 GT/s 16,0 GT/s
Kodierung 8b10b 8b10b 128b130b 128b130b
Datenrate bei 4 Lanes pro Richtung 1.000 MB/s 2.000 MB/s 3.938 MB/s 7.877 MB/s

Selbst wenn man bei SATA die Geschwindigkeit auf 1.200 MB/s verdoppelt hätte, wäre dies immer noch weit weniger als die knapp 4 GB/s von PCIe 3.0 x4, geschweige denn der demnächst anstehenden PCIe-4.0-Version mit knapp 7,9 GB/s bei vier Lanes.

Als physische Schnittstelle können u. a. direkt Steckkarten für den PCIe-Slot, der bei Hot-Plug-fähigen Serverplatten verbreitete U.2-Verbinder und der mittlerweile im Heimanwendersegment stark verbreitete M.2-Konnektor verwendet werden.

Aber Achtung: Nicht jede SSD in M.2-Bauform kommuniziert über PCI Express. WDs Blue sieht durch Verwendung der M.2-Bauform zwar genauso aus, nutzt aber letztlich das herkömmliche SATA 3.0.