Seagate hat erste HDDs vorgestellt, die mit NVMe (Non-Volatile Memory Express) über PCIe 3.0 statt per SATA (Serial AT Attachment) angebunden werden. SATA-HDDs werden aber wohl noch lange nicht ausgemustert. Sie erreichen nicht annähernd Geschwindigkeiten, die per NVMe-Übertragungsprotokoll möglich sind. Dennoch könnten NMVe-HDDs langfristig SATA-Festplatten obsolet machen – nicht nur im Serverbereich.
Erst im Juni 2021 wurde in der Version 2.0 des NVMe-Protokolls die Unterstützung von HDDs eingeführt. Per PCIe 3.0 x4 sind Datentransfers von etwa 4 GB/s, per PCIe 4.0 x4 sogar 8 GB/s möglich. Bei SATA 3.0 ist hingegen bei 600 MB/s Schluss. Eine der schnellsten, gegenwärtig erhältlichen HDDs ist die Mach.2 Exos 2X14 von Seagate (PDF) mit einer maximalen Geschwindigkeit von 524 MB/s. Selbst sie bleibt unter der maximal möglichen Transferrate des SATA-3.0-Protokolls.
Wozu also HDDs mit NVMe?
Aktuell ist der Hauptgrund die Vereinheitlichung der Schnittstellen für Datenträger vorwiegend im Serverbereich. SATA-Datenträger kommunizieren über die Schnittstelle AHCI mit dem SATA-Controller eines Mainboards. AHCI macht individuelle Treiber für Festplatten unnötig. Zudem unterstützt es Hot-Swapping und stellt vor allem Native Command Queuing (NCQ) bereit. NCQ sortiert Lese- und Schreibbefehle in einem Puffer, um die Leistung der Datenträger zu optimieren.
SATA ist zu langsam für Flash-Speicher
Allerdings sind die Steuerbefehle von NCQ speziell für die mechanischen Lese- und Schreibkopfbewegungen und Magnetscheiben in HDDs angepasst und nicht für deutlich schnellere Flash-basierten Speichergeräte. Dort kann es deshalb zu Latenzproblemen kommen, etwa bei SSDs, die per SATA angebunden werden.
NVMe hat ein erweitertes Feature-Set
Dafür wurde das NVMe-Protokoll eingeführt. Neben einem für Flash-Speicher optimierten Queueing, das für niedrigere Latenzen und schnellen Input-/Output-Operationen pro Sekunde (IOPS) sorgt, beschleunigt NVMe auch per Multithreading. Zudem bietet NVMe per Fabrics, RDMA oder TCP die Anbindung von Datenträgern über das Netzwerk.
Dieses erweiterte Feature-Set ist so für hohe Geschwindigkeiten moderner Datenträger ausgelegt – auch in großen Verbunden, wie sie im Serverbereich zum Einsatz kommen. SATA hingegen wird seit Version 3.2 aus dem Jahre 2013 nicht mehr weiterentwickelt. Das darin enthaltene SATA-Express-Protokoll mit bis zu 16 Gbit/s per PCIe Gen2 x2 wurde kaum implementiert.
Einheitliche Schnittstelle vereinfacht die Entwicklung
SATA-Ports sind ebenso wie NVMe-Schnittstellen per PCIe-Lanes angebunden. Mit dem Wegfall von SATA würden zusätzliche Lanes frei, die AHCI-Schnittstelle würde entfallen. Chipsatz-, Mainboard- und Massenspeicherhersteller müssten nicht mehr für beide Protokolle entwickeln.
HDDs haben dennoch Zukunft
Wegen der deutlich höheren Speicherkapazität und niedrigen Kosten pro MB bleiben langsame HDDs aber weiterhin gefragt. Um deren Geschwindigkeiten zu erhöhen, hat Seagate die bereits erwähnte Mach.2 Exos 2X14 mit 14 TB (PDF) für SATA entwickelt. Darin kommen statt einem gleich zwei Aktoren zum Einsatz, also die Bauteile, die Daten auf dessen acht magnetische Platter schreiben und von ihnen lesen.
Faktisch sind so zwei HDDs in einer verbaut. Dank dieser Dual-Actuator-Technik verspricht Seagate doppelte Geschwindigkeit bei sequenziellen Datentransfers und bei den IOPS im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten. Eine Variante mit 18 TB gibt es ebenfalls, eine Version mit 20 TB ist in Planung (PDF). Bis 2026 soll es sogar eine Version mit über 50 TB geben. Möglich wäre auch die Entwicklung von HDDs mit mehr als zwei Aktoren, was die Geschwindigkeit jenseits der maximal möglichen 600 MB/s bei SATA anheben würde.
Vorerst werden NVMe-HDDs aber vorrangig für den Servermarkt entwickelt. Bis sie dem Consumer-Bereich zur Verfügung stehen, wird es noch einige Jahre dauern. Die SATA-Schnittstelle bleibt uns wohl noch länger erhalten.
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