Schnelle SSD mit NVMe

NVMe ist die Abkürzung für „Non Volatile Memory Express“ und bezeichnet einen Standard für die Anbindung von SSDs über PCI Express. Bei SATA ist die Geschwindigkeit auf 600 MB/s begrenzt. Zudem wurde das bei SATA verwendete AHCI (Advanced Host Controller Interface) primär für Festplatten entwickelt und begrenzt die möglichen I/O-Operationen pro Sekunde (IOPS). Mit NVMe wurde beides verbessert – PCI Express ermöglicht deutlich höhere Übertragungsraten von bis zu 32 GBit/s bzw. 4 GB/s über PCIe 4x und mehr als 500000 IOPS.

Nachdem eine der SSDs in meinen „Retro-PC“ angefangen hatte, Prüfsummenfehler zu melden, habe ich Anfang 2021 als Austausch ein NVMe-Laufwerk mit einer PCIe-Adapterkarte für M.2 eingebaut.

Die Entwicklung von NVMe

Im Jahr 2015 wurde mit der Intel 750 Series die erste SSD mit NVMe vorgestellt, die es sowohl als 2,5″-Laufwerk mit speziellem Adapterkabel für den Anschluss über M.2 oder als Karte für PCIe 4x gab. Damals waren Leseraten von über 2 GB/s sehr beeindruckend, allerdings hatte das auch seinen Preis: die PCIe-Version mit 1,2 TB kostete rund 1100 EUR, die Variante mit 400 GB etwa 400 EUR. Das war rund doppelt so viel wie für SSDs mit SATA. Da die Technik noch recht neu war, gab es zu diesem Zeitpunkt auch noch nicht viele Mainboards, die NVMe als Boot-Medium nutzen konnten. Die Hersteller hätten das in vielen Fällen softwareseitig nachrüsten können – aber neue Mainboards zu verkaufen war aus Sicht der Hersteller natürlich wichtiger und Intel hat dies ebenfalls zum Anlass genommen, neue Chipsätze für NVMe zu vermarkten. Anfangs waren auch Treiber nötig, um NVMe in Windows nutzen zu können.

Mittlerweile sind gut fünf Jahre vergangen. Windows 10 wurde ebenfalls 2015 veröffentlicht und hat sich mit rund 75% Marktanteil innerhalb aller Windows-Version als de-facto-Standard etabliert. Ein Vorteil von Windows 10 ist, dass es NVMe ohne zusätzliche Treiber unterstützt und auch davon booten kann, sofern das Mainboard NVMe als Bootmedium nutzen kann. Die Preise sind bei SSDs insgesamt stark gesunken. Einfache Modelle mit einer Kapazität von 1 TB gibt es schon für unter 100 EUR. NVMe mit M.2-Anschluss mit einer Kapazität von 1 TB und einer Geschwindigkeit von 3-4 GB/s ab etwa 100 EUR.

Einbau in einem ASUS Rampage IV Formula

Falls man noch ein älteres Mainboard ohne integrierte M.2-Steckplätze verwendet, ist eine PCIe-Adapterkarte nötig. Der Vorteil solcher Karten ist, dass man hier auch Modelle mit Kühlkörpern bekommt, was der Temperaturen unter Last deutlich reduziert.

In meinem PC läuft derzeit ein älteres Mainboard samt einer ebenfalls älteren CPU. Dieses Board bietet vier Steckplätze mit PCIe 16x, so dass NVMe über eine Adapterkarte kein Problem ist. Ich habe als Adapterkarte eine KryoM.2 von aquacomputer verwendet, die mit einem Kühlkörper für die SSD ausgestattet ist. Da solche Karten im Wesentlichen nur den PCIe-Bus auf den M.2-Steckplatz führen, sind hier bis auf Filterkondensatoren keine Bauteile zu finden.

NVMe-SDD mit PCIe-Adapter

Modifiziertes BIOS

Offiziell wird das Booten von NVMe bei Intel X79-basierten Mainboards wie dem ASUS Rampage IV Formula nicht unterstützt. Tatsächlich ist das  aber nur eine softwaremäßige Einschränkung, die sich mit einem modifzierten BIOS umgehen lässt. Eine Anleitungen dazu findet man z.B. hier: Asus Rampage IV Samsung 970 PRO einbauen, UEFI Mod bei AMI UEFI Bios oder hier: https://www.win-raid.com/t871f50-HowTo-Get-full-NVMe-support-for-all-Systems-with-an-AMI-UEFI-BIOS.html.

Warnung: die Veränderung des BIOS kann das Mainboard unbrauchbar machen! Ich übernehme keine Verantwortung für Veränderungen, die jemand selber vornimmt.

Nach der Installation des modifizierten BIOS findet man dann bei den Boot-Optionen einen weiteren Eintrag „PATA  SM:“ und nach der Installation von Windows 10 auf die NVMe-SSD wird ein entsprechender UEFI-Booteintrag nutzbar:

Bootoptionen ASUS Rampage IV Formula

Aktueller Stand nach 6 Monaten

Mittlerweile ist der beschriebene Umbau seit rund 6 Monaten im Einsatz und hat sich gut bewährt. Zwischenzeitlich habe ich noch eine zweite NVMe-SSD eingebaut, die ebenso gut funktioniert. In der Praxis wirkt sich der Geschwindigkeitsunterschied zwischen SATA und NVMe nicht so groß aus, wie die theoretischen Zahlen vermuten lassen – dennoch bleibt er spürbar, gerade bei der Verwendung von virtuellen Maschinen.

CrystalDiskMark auf einer NVMe-SSD

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