SATA vs. NVMe: Top-10-Vergleiche

Dank seiner Erschwinglichkeit und SSD-Unterstützung ist Serial Advanced Technology Attachment (SATA) ein beliebter Konnektivitätsmechanismus für interne und externe Speicherlaufwerke. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei Non-Volatile Memory Express (NVMe) um eine Konnektivitätsschnittstelle, die speziell für SSDs entwickelt wurde und eine hohe Leistung, aber höhere Kosten verspricht. Dieser Artikel erklärt die Bedeutung von SATA und NVMe und wie sie sich voneinander unterscheiden.

SATA, auch Serial Advanced Technology Attachment (ATA) genannt, ist eine Schnittstelle zum Übertragen von Daten zwischen der zentralen Leiterplatte eines Computers und Speichergeräten, die intern (z. B. Festplatten und Solid-State-Laufwerke) oder extern (z. B redundantes Array unabhängiger Festplatten oder RAID-Arrays). Wichtig ist, dass bei der seriellen Kommunikation Daten bitweise gesendet werden, im Gegensatz zu mehreren parallelen Streams, was eine der zentralen Funktionen von SATA ist.

SATA hat mittlerweile die bisher beliebte PATA- oder parallele ATA-Schnittstelle abgelöst. Es ist die am weitesten verbreitete Speicherschnittstelle, die von den meisten Festplatten der Verbraucherklasse verwendet wird. Seit Intel 2003 SATA entwickelte und auf den Markt brachte, ist es die bevorzugte Methode zum Anschließen einer Festplatte an einen Laptop oder Desktop-Computer.

Der SATA 1.0-Standard wurde erstmals im August 2001 als Alternative zur parallelen ATA-Schnittstelle veröffentlicht, die von IBM-kompatiblen Systemen verwendet wird. Jedes Laufwerk innerhalb eines Disc-Arrays kann über SerialATA eine Kapazität von 1,5 Gbit/s empfangen. Es ist mit anderen PATA-Geräten kompatibel und verfügt über eine dünne, kompakte Kabeloption.

Im Vergleich zu den älteren Flachbandverbindungskabeln, die bei ATA-Laufwerken verwendet werden, ermöglicht dieses Kabel eine einfachere Kabelführung und verbessert die Belüftung des Computers.

Die Hauptmerkmale von SATA sind:

Externes SATA, besser bekannt als eSATA, bietet Unterstützung für externe Laufwerke über spezielle Plug-in-Zonen, sogenannte SATA-Ports.

eSATA bietet im Vergleich zu anderen Optionen mehrere Vorteile. Es ist Hot-Swap-fähig, bietet höhere Übertragungsraten ohne Bedenken hinsichtlich Engpässen (wie im Fall von USB und FireWire) und ist mit Festplattentechnologien kompatibel. Man kann einen einzelnen eSATA-Anschluss mit einer externen SATA-Box verbinden, um den Speicher zu erweitern und RAID-Speicher-Arrays aufzubauen. Typische Anwendungen für eSATA-Laufwerke sind Videobearbeitung, Audioerstellung und Datensicherung.

Allerdings weist eSATA einige Einschränkungen auf, z. B. die Möglichkeit, dass Strom nicht über Kabel wie USB übertragen wird. Dies bedeutet, dass zusätzliche Stromquellen für Antriebe erforderlich sind.

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Non-Volatile Memory Express (NVMe) ist eine Computerspeicherschnittstelle, die den Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)-Bus nutzt, um Daten mit hoher Geschwindigkeit von und zu Solid-State-Laufwerken (SSDs) zu übertragen. Die höhere Geschwindigkeit und Latenz des PCI-Express-Busses machen ihn zu einem erstklassigen Kandidaten für den Ersatz von SATA, Serial-Attached Small Computer Systems Interface (SCSI) oder SAS für Speicherinteroperabilität.

Die NVMe-Technologie wurde 2011 eingeführt, um die Einschränkungen von SATA-Schnittstellen und Netzwerkprotokollen zu überwinden. Es nutzt den PCIe-Bus anstelle des SATA-Busses, um das beträchtliche Bandbreitenpotenzial von Speichergeräten freizusetzen. PCIe 4.0 (die aktuelle Version) unterstützt bis zu 32 Lanes und kann theoretisch Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 64.000 MB/s transportieren, verglichen mit der maximalen Übertragungsrate von SATA III von 600 MB/s.

Darüber hinaus erlaubt der NVMe-Standard 65535 Befehlswarteschlangen. Dies bietet enorme Möglichkeiten für Speichergeräte, indem ihre Effizienz, Zuverlässigkeit und Interoperabilität über verschiedene Plattformen hinweg verbessert werden.

Da sie für die Verwendung mit trägen/langsameren Festplatten und bandbasiertem Speicher gedacht waren, führen ältere Speicherkonnektivitätsschnittstellen wie SAS und SATA zu einer Überlastung in modernen Netzwerken. NVMe soll die höhere Geschwindigkeit und parallele Verarbeitungsfähigkeit von Solid-State-Drive-Speichern (SSD) nutzen.

Diese Technologie kann viel höhere Geschwindigkeiten liefern, weil:

Die wichtigsten Funktionen, die den Betrieb von NVMe ermöglichen, sind:

Es ist wichtig zu beachten, dass in SSD-Umgebungen sowohl SATA als auch NVMe verwendet werden, aber nur Letzteres speziell für SSDs entwickelt wurde. Darüber hinaus gibt es mehrere Unterschiede zwischen SATA und NVMe:

Wie bereits erwähnt, verwendet ein Solid-State-Laufwerk (SSD) entweder Non-Volatile Memory Express (NVMe) oder Serial Advanced Technology Attachment (SATA), um mit dem Rest des Computers zu kommunizieren. NVMe ist eine Host-Controller-Schnittstelle, die die Datenübertragungsrate zwischen Unternehmens- und Clientsystemen über den PCIe-Bus eines Computers beschleunigen soll. Die PCIe-Komponente sorgt für geringere Latenz und höhere Ein-/Ausgabevorgänge pro Sekunde (IOPS). Daher liest NVMe Daten schneller und greift darauf zu als SATA.

Andererseits greifen SATA-Laufwerke über die Advanced Host Controller Interface (AHCI) auf Daten zu. AHCI beschleunigt mechanische Laufwerke und ermöglicht Hot-Swapping mithilfe der nativen Befehlswarteschlangenfunktion (NCQ). SATA ist abwärts- und vorwärtskompatibel mit allen SATA-Standards, ist jedoch eine völlig andere Schnittstelle als NVMe.

NVMe-Laufwerke bieten höhere und schnellere Übertragungsraten, selbst wenn sowohl SATA- als auch NVMe-Laufwerke in einem einzigen Formfaktor vorliegen.

Zur Veranschaulichung: Ein NVMe PCIe Connector 3.0 der dritten Generation kann eine maximale Geschwindigkeit von bis zu 3.500 MB/s erreichen, während ein NVMe PCIe Connector 4.0 der vierten Generation Geschwindigkeiten von bis zu 7.500 MB/s erreicht. Im Gegensatz dazu haben SATA-Laufwerke relativ langsamere Übertragungsraten. Eine SATA-SSD kann Geschwindigkeiten von bis zu 500 MB/s erreichen, während eine SATA-Festplatte Geschwindigkeiten von bis zu 160 MB/s erreichen kann. Einzelne SATA-Modelle weisen zudem unterschiedliche Leistungsgeschwindigkeiten auf. Diese Geschwindigkeiten können jedoch für den Einsatz im Endverbraucherbereich ausreichen, der nur einen Bruchteil der Leistung erfordert, die beim Supercomputing erforderlich ist.

Bei SSDs hängt die Übertragungsrate auch vom einzelnen Modell und der PCIe-Steckergeneration des Laufwerks ab. Die Geschwindigkeit eines Laufwerks beeinflusst Aufgaben wie das Bearbeiten von Dokumenten, das Surfen im Internet, das Laden von Dateien und das Kopieren von Dateien.

NVMe-SSDs sind häufig in vorgefertigten Desktop-Computern und Laptops im M.2-Formfaktor zu finden (eine Spezifikation, die für intern montierte Computerkarten definiert ist). Andere Formen wie U.2, U.3 und Enterprise and Data Center Standard Form Factor (EDSFF) existieren, sind jedoch bei NVMe weniger verbreitet.

Im Gegensatz dazu sind SATA-SSDs entweder in Form der standardmäßigen 2,5-Zoll- oder der kleinen und schlankeren M.2-Laufwerke erhältlich. Der 2,5-Zoll-Formfaktor ist die am häufigsten vorkommende Form von SATA-SDDs, während die M.2-SATA-SSDs hauptsächlich in Tablets, Minicomputern und ultradünnen Laptops zu finden sind.

Im Allgemeinen sind NVMe-SSDs teurer als SATA-SSDs. Selbst wenn sowohl NVMe- als auch SATA-Laufwerke über die gleichen Speicherkapazitäten verfügen, kosten NVMe-Laufwerke mehr.

Die Kosten für einen 250-GB-NVMe-SSD-Speicherplatz liegen zwischen 50 und 90 US-Dollar, für einen 500-GB-SSD-Speicherplatz zwischen 70 und 160 US-Dollar und für einen 1-TB-Speicher zwischen 120 und 200 US-Dollar. Darüber hinaus kosten NVMe-SSDs mit höheren Geschwindigkeiten mehr. Der Preis für eine 1 TB NVMe PCIe 3.0 liegt zwischen 115 und 120 US-Dollar, während der Preis für eine 1 TB NVMe PCIe 4.0 zwischen 120 und 200 US-Dollar liegt.

SATA-SSDs sind günstiger und erschwinglicher als NVMe-Laufwerke. Der Preis für ein 250-GB-SATA-Laufwerk liegt zwischen 40 und 70 US-Dollar, für ein 500-GB-Laufwerk zwischen 50 und 90 US-Dollar und für ein 1-TB-Laufwerk zwischen 90 und 140 US-Dollar.

Geschwindigkeit und Speicherkapazität sind die wichtigsten Preisfaktoren für SSDs. Schnellere Laufwerke sind teurer, Laufwerke mit größerer Kapazität kosten mehr und einige SSD-Modelle kosten mehr als andere.

NVMe-Laufwerke sind energieeffizienter und umweltfreundlicher als SATA-Laufwerke. NVMe-SSDs nutzen Halbleitermodule zur Speicherung und zum Zugriff auf Daten und reduzieren so den Stromverbrauch deutlich. Der durchschnittliche Stromverbrauch einer Standby-NVMe-SSD beträgt 0,0032 W, während der einer aktiven NVMe 0,08 W beträgt.

Darüber hinaus können NVMe-SSDs E/A-Muster erkennen, um Temperaturänderungen zu ermitteln. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihnen, schreibintensiven Arbeitslasten flexibel mehr Energie und lesedominierten Arbeitslasten weniger Energie zuzuweisen. SSDs mit geringem Stromverbrauch erzeugen weniger Wärme, was eine ideale Lösung für dichtere Server und Speichergeräte darstellt.

SATA-SSDs verbrauchen mehr Strom, wobei der durchschnittliche Stromverbrauch eines Standby-SATA 0,195 W beträgt, während der eines in Betrieb befindlichen SATA 0,279 W beträgt.

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Aufgrund zunehmender Cyber-Bedrohungen ist die Notwendigkeit, Daten sicher zu speichern und darauf zuzugreifen, ein großes Anliegen für alle, die nach Speichermedien suchen. NVMe-Laufwerke bieten eine bessere Verschlüsselung als SATA-Laufwerke. NVMe-SSDs verwenden den 256-Bit-Verschlüsselungsstandard XTS-AES, um Benutzerdaten zu schützen. Die AES-256-Verschlüsselung ist nicht entschlüsselbar und daher die bevorzugte Methode zum Schutz privater Daten vor Cyberangriffen.

Darüber hinaus lässt sich NVMe in Sicherheitsmanagementlösungen integrieren, die von Verschlüsselungsanbietern wie McAfee und Symantec angeboten werden. NVMe SSD verfügt außerdem über zusätzliche Sicherheitsfunktionen, wie z. B. Lockdown 2.0, mit dem Administratoren Benutzern das Lesen und Schreiben von Daten auf Teilen des Laufwerks ermöglichen und gleichzeitig andere Funktionen deaktivieren können, um zu verhindern, dass Benutzer unbeabsichtigte Änderungen am Laufwerk vornehmen.

Darüber hinaus verfügt NVMe SSD über das Transport Layer Security (TLS)-Protokoll, das Daten verschlüsselt und Verbindungen zwischen Computern authentifiziert. Im Gegensatz dazu verfügen SATA-SSDs nur über sehr wenige Sicherheitsmechanismen – Sie können den Speicher nur mit Erase- und Sanitize-Befehlen aus der Ferne schützen.

SSDs, die mehr Befehlswarteschlangen verwalten, sind für Benutzer und Unternehmen, die Multitasking benötigen, unerlässlich.

Die NVMe-Architektur unterstützt 65.535 Eingabe-/Ausgabe-Befehlswarteschlangen (I/O), von denen jede 65.535 Befehle gleichzeitig unterstützt. NVMe verfügt über eine NUMA-Funktion (Non-Uniform Memory Access), die es mehreren Kernen ermöglicht, sich den Besitz von Warteschlangen zu teilen. Es ermöglicht außerdem die Erstellung einer unbegrenzten Anzahl von Warteschlangen, um der erwarteten Arbeitslast gerecht zu werden. Andererseits verfügen SATA-SSDs nur über eine einzige Warteschlange mit 32 Befehlen pro Warteschlange.

Darüber hinaus ist IOPS ein entscheidender Leistungsindikator für Unternehmen und Hosting-Dienstleister beim gleichzeitigen Abrufen mehrerer Dateien. Für Unternehmen müssen ihre Speichermedien über einen hohen IOPS-Wert verfügen, um eine hohe Leistung aufrechtzuerhalten und viele Verbraucher zu bewältigen, die auf das Softwareprogramm zugreifen, das mit einem umfangreichen Data Warehouse verknüpft ist. NVMe-Laufwerke haben im Allgemeinen höhere IOPS, da sie sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben Geschwindigkeiten von über 1.500.000 erreichen, während SATA-Laufwerke bei Lese-IOPS die Spitze erreichen.

Die Wahl zwischen einer NVMe-SSD oder einer SATA-SSD hängt von der individuellen und geschäftlichen Nutzung ab. Für den Privatgebrauch stellt eine SATA-SSD die preiswerte Variante dar. Es bietet erschwinglichen, günstigen Speicher zum Speichern mehrerer Dateien und ermöglicht Benutzern die Ausführung verschiedener Funktionen mit hoher Geschwindigkeit.

Es ist außerdem abwärtskompatibel und kann daher mit älteren Komponenten verwendet werden. Im Gegensatz zu einer NVMe-SSD werden andere Motherboard-Komponenten, wie etwa Prozessoren mit geringer Rechenleistung, nicht belastet.

Für den geschäftlichen Einsatz, beispielsweise in Unternehmen und Hosting-Lösungen, ist NVMe SSD die bevorzugte Option. Darüber hinaus erfordern geschäftskritische Anwendungen hohe IOPS, um mehrere Anfragen gleichzeitig zu bearbeiten und ein reibungsloses Benutzererlebnis zu gewährleisten. Daher können Online-Shops NVMe-SSDs als bevorzugte Speichermedien verwenden.

NVMe ist auch für Unternehmen wertvoll, die transaktionsintensive Datenbanken benötigen, beispielsweise Finanzinstitute.

Der Hauptvorteil eines NVMe gegenüber einem SATA-Laufwerk ist die Geschwindigkeit. Die maximale Geschwindigkeit einer NVMe-SSD ist erstaunlicherweise mehr als zehnmal höher als die einer SATA-SSD. Wenn diese NVMe-SSD mit anderen High-End-Motherboards gekoppelt wird, kann der Computer rasante Geschwindigkeiten erreichen.

Das Hauptaugenmerk einer SATA-SSD liegt darauf, ein gutes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Erschwinglichkeit zu finden. Auch wenn die Höchstgeschwindigkeit von bis zu 500 MB/S im Vergleich zu der eines NVMe-Laufwerks nicht viel zu sein scheint, ist diese Geschwindigkeit für einen typischen Benutzer ausreichend hoch. Mit einer SATA-SSD können Benutzer eine bessere und günstigere Leistung ihres Computers erzielen und gleichzeitig Kosten sparen.

Im Laufe der Jahre sind SSDs kostengünstiger geworden, da immer mehr Hersteller in den Speichermarkt einsteigen. Allerdings bleiben die NVMe-Kosten selbst bei gleicher Speicherkapazität wie SATA unerschwinglich hoch. Darüber hinaus garantiert der Kauf einer NVMe-SSD trotz hoher Preise nicht unbedingt eine bessere Leistung, es sei denn, Sie sind ein Geschäftsanwender mit entsprechender Ausrüstung.

Andererseits sind SATA-SSDs für den Einsatz in Umgebungen, in denen schnelle Datenübertragungen und niedrige Latenzraten erforderlich sind, ungeeignet. Dies ist auf ihre deutlich niedrigen IOPS zurückzuführen, die kritische Anwendungen nicht effizient verwalten können. Darüber hinaus sind sie im Vergleich zu NVMe-SSDs aufgrund ihrer ineffizienten Energieversorgung weniger umweltfreundlich und für Unternehmen kostspieliger in der Wartung.

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SATA bleibt der Standardstandard für SSD-basierten Speicher, zumindest im Consumer-Computing-Bereich. Da die Technologie immer effizienter und billiger wird, senken die Hersteller langsam die Preise für ihre NVMe-Angebote, um die Marktakzeptanz zu erhöhen. Heutzutage besteht möglicherweise ein Preisunterschied, aber irgendwann wird NVMe aufgrund seiner Sicherheits- und Geschwindigkeitsvorteile zur Norm werden.

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Technischer Schreiber