SSD und NVMe - was unterscheidet die beiden Speichermedien?

Die dauerhafte Speicherung von digitalen Informationen bedeutet aus technischer Perspektive eine Herausforderung, weil der Speicher seinen Zustand selbst ohne Energieversorgung über einen langen Zeitraum stabil erhalten muss. Um dies zu gewährleisten, verwendeten frühe Medien wie HDD oder Floppy Disk magnetische Sektoren, CD-Rom oder BluRay hingegen optische Merkmale. Beide Systeme weisen jedoch erhebliche Nachteile auf, so dass sie seit 2010 zunehmend durch die rein elektronischen Verfahren SSD und wenige Zeit später NVMe ersetzt werden. Obwohl beide Varianten ähnliche Methoden für die Speicherung der Informationen verwenden, unterscheiden sie sich in einigen Punkten wie Geschwindigkeit und Performance teilweise deutlich voneinander.

Wie funktionieren digitale Speichermedien wie NVMe und SSD?

Aufgrund ihrer prinzipiellen Arbeitsweise verwenden alle Computer eine binäre Verarbeitung von Informationen - konkret bedeutet dies, dass er lediglich zwischen den zwei Zuständen Ein oder Aus unterscheiden kann. Dieses technologische Verfahren leitet sich aus der historischen Entwicklung ab - ursprünglich bestanden die ersten Großrechner aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Transistoren, die wahlweise geladen oder entladen sein konnten und auf diese Weise einen einfachen Speicher bildeten. An diesem Prinzip hat sich selbst bei moderner Hardware wie Prozessoren Speicher und SSD oder NVMe Laufwerken grundsätzlich nichts geändert - allerdings besitzen die verwendeten Transistoren mittlerweile eine Größe von wenigen Nanometern. Diese Miniaturisierung bietet den Vorteil, dass sich die Informationsdichte bei einer identischen Größe deutlich erhöht, bedeutet jedoch ebenfalls einen erheblichen Aufwand, um die Strukturen präzise zu erzeugen und Produktionsfehler zu vermeiden. Heutzutage sind die Speichermedien beispielsweise in NVMe-SSD vServern oder NVMe-SSD Root Servern sowie bei NVMe-SSD Webhostings im Einsatz zu finden.

Was sind SSD und wie funktionieren elektronische Datenspeicher?

Was sind NVMe und welche speziellen Merkmale zeichnen sie aus?

Technologisch betrachtet handelt es sich bei NVMe um SSD. Der entscheidende Unterschied zwischen den "klassischen" SSD und den zunehmend populären NVMe besteht allerdings in der Art der Kommunikation zwischen dem Computersystem und dem Datenspeicher.

Konkret handelt es sich bei NVM Express um ein im Jahr 2011 veröffentlichtes Softwareprotokoll, das es ermöglicht, für Datenspeicher statt der traditionellen Schnittstelle AHCI für SATA Laufwerke mit einem angeschlossenen Speicher über den eigentlich bei Erweiterungskarten verwendeten Standard PCI Express zu kommunizieren. Die Geschwindigkeit dieses Interface liegt in seiner modernsten Version bei 64 Gigatransfers pro Sekunde, was einer theoretisch möglichen Bandbreite etwa 512 Gigabyte in der Sekunde entspricht. Im Unterschied dazu verwenden traditionelle SSD Speicher den für Laufwerke entwickelten Standard SATA, der in seiner aktuell neuesten Version eine maximale Geschwindigkeit von etwa 650 Megabyte pro Sekunde erlaubt. Obwohl es sich hierbei zunächst um theoretische Maximalwerte handelt, erreicht in der Praxis NVMe eine erhebliche bessere Performance mit der vielfachen Geschwindigkeit einer SATA SSD. Aus diesem Grund gilt NVMe als die erste Wahl bei Systemen und Server, die eine sehr hohe Rechenleistung erbringen müssen oder einen extrem schnellen Zugriff auf Daten benötigen. Typische Beispiele für eine solche Voraussetzung sind etwa dedizierte Server für die externe Verwaltung von Datenbanken, Cloud Server mit einer auf eine umfangreiche Hardware verteilten Infrastruktur oder systemkritische IT-Infrastrukturen, die eine maximale Erreichbarkeit mit minimalen Latenzen und Server Response Time voraussetzen.

Wo liegen die Vorteile und Nachteile von SSD und NVMe?

Es ist davon auszugehen, dass sich NVMe mittel- bis langfristig gegenüber SSD durchsetzen dürften, wenn die Hersteller die Produktionskapazitäten ausbauen, die Preise für die Komponenten sinken und sich effizientere Produktionsverfahren etablieren. Aus den historischen Entwicklungen bei der Preisstruktur und der Verbreitung von Laufwerken lässt sich allerdings prognostizieren, dass die SSD noch bis mindestens 2030 eine wichtige Rolle als Speichermedien übernehmen wird.

Für ihren Einsatz spricht unter anderem:

• Weitreichende Verfügbarkeit von SATA Ports und spezialisierte Mainboards mit zahlreiche Anschlüssen
• Kompatibilität zu anderen Technologien wie HDD Laufwerken
• Universelle Schnittstelle mit nahezu uneingeschränkter Kompatibilität
• Niedrigere Kosten als NVMe bei vergleichbaren Speicherkapazitäten
• Performance und Geschwindigkeit meist von System und peripherer Hardware abhängig
• Leichte und komfortable Installation
• Nahezu uneingeschränkte Kompatibilität zwischen Modellen, Baugrößen und Herstellern
• Gute Performance bei einem ausgezeichneten Kosten-Leistungs-Verhältnis
• Niedrige Kosten bei einer sehr umfangreichen Auswahl an Modellen und Speicherkapazitäten

Auf der anderen Seite sprechen bei einigen Projekten ebenfalls gravierende Argumente für die Verwendung von NVMe, da sie in bestimmten Situationen nicht zu unterschätzende Vorteile aufweisen:

• Extrem hohe Performance mit einer vielfach schnelleren Bandbreite
• Sehr schneller Zugriff auf zahlreiche kleine Dateien
• Kurze Reaktionszeiten bei hoher Auslastung des Systems
• Hohe Zuverlässigkeit und Datenintegrität
• Verbesserung der allgemeinen Performance durch minimale Transferzeiten
• Minimale Latenz durch Unterstützung für zahlreiche parallele Datenzugriffe

Im praktischen Einsatz zeigen NVMe bei einem dedizierten Server oder virtuellen Server ausschließlich Vorteile, verursachen jedoch in der Regel bei einer identischen Speicherkapazität höhere Kosten. Ihre Stärken liegen bei einer deutlich gesteigerten Performance und Geschwindigkeit - nicht jeder Server profitiert allerdings von diesen Merkmalen. Eine wesentliche Voraussetzung für eine positive Wirkung besteht darin, dass der virtuelle oder dedizierte Server Aufgaben übernimmt, die eine häufige, parallele und rasch wechselnde Abfrage von Daten voraussetzen - typische Beispiele sind etwa Webserver mit hoher Auslastung oder externe Datenbankserver mit komplexen Tabellen. Bei statischen Verbindungen etwa bei einem Dateiserver mit Zugriff über FTP zeigen sich hingegen keine Vorteile, da hier die Geschwindigkeit primär durch die Bandbreite der Netzwerkanbindung begrenzt wird.

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