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M.2 - Was bringt die neue Schnittstelle für SSDs in der Praxis ?

M.2 - Was bringt die neue Schnittstelle für SSDs in der Praxis ?

Für aktuelle SSDs reicht SATA im aktuellen Standard mit 6Gbps (netto etwa 540 MB/s) nicht mehr aus. Zwar ist mit SATA-Express schon ein Nachfolger auf dem Markt, eine große Auswahl an bezahlbaren SSDs lässt aber auf sich warten. Parallel zu SATA-Express ist mit der M.2 Schnittstelle aber eine interessante Alternative verfügbar.

M.2 ist nicht nur der direkte Nachfolger der mSATA Schnittstelle sondern bietet aufgrund von vielen neuen Funktionen auf sehr kleinem Raum auch einen echten Mehrwert. So unterstützt M.2 neben PCI-Express zusätzlich auch einen nativen SATA3 (6Gbps) Port. Doch wir interessieren uns hier für die PCI-E Umsetzung, welche Unterschiede es gibt und wie schnell die M.2 Schnittstelle heute in der Praxis wirklich ist.

Dazu haben wir das ASRock Z97 Extreme 6 Mainboard benutzt, denn es bietet als eines der wenigen Mainboards einen M.2 Slot der mit 4 Lanes der 3. PCI-Express Generation direkt an die CPU angebunden ist. Die theoretisch maximale Bandbreite beträgt hier satte 3938 MB pro Sekunde - was für jede aktuell erhältliche SSD locker ausreicht. ASRock nennt diesen Slot "Ultra M.2".

Neben dem PCI-E 3.0 x4 M.2 Slot verfügt das ASRock Z97 Extreme 6 sogar noch über einen weiteren M.2 Slot der nach dem PCI-E 2.0 Standard mit nur 2 Lanes angebunden ist. Selbst dieser ist mit 10Gbps noch fast doppelt so schnell wie ein SATA3 Anschluss. Zum Testen haben wir aber natürlich den schnelleren Ultra M.2 Slot benutzt.



SSD Benchmarks und Praxistest

Um die Vorteile der M.2 Schnittstelle in der Praxis zu überprüfen haben wir 3 aktuelle M.2 SSD Festplatten benutzt:

- Intel 530 Series 360GB (SSDMCEAW180A4)
- Samsung XP941 128GB (MZHPU128HCGM-0000)
- Samsung XP941 256GB (MZHPU256HCGL-00004)

M.2 - Was bringt die neue Schnittstelle für SSDs in der Praxis ?

CDM LesenCDM SchreibenATTO LesenATTO SchreibenWinRar 4.1GB entpacken
Samsung XP941 128GB1111 MB/s480 MB/s1080 MB/s450 MB/s43s (96 MB/s)
Samsung XP941 256GB1082 MB/s817 MB/s1080 MB/s850 MB/s41s (101 MB/s)
Intel 530 Series 360GB425 MB/s171 MB/s540 MB/s490MB/s41s (101 MB/s)

Eingetragen sind die maximal erzielten, sequenziellen Lese- und Schreibraten der SSDs. Das WinRar Archiv enthielt 9556 Dateien mit einer Gesamtgröße von 4126 MB. Die Intel 530 Series 360GB mit SATA Controller lief nur im langsameren M.2 Slot mit PCI-E 2.0, der schnelle PCI-E 3.0 x4 Slot unterstützt nur PCI-E SSDs.



CrystalDiskMark 3.0.3 x64

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ATTO Disk Benchmark v2.47

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Fazit

Schon die kleine Samsung XP941 128GB für knapp unter 110 Euro kann mit einer seq. Leserate von 1100 MB/s deutlich von der M.2 Schnittstelle profitieren - mit SATA3 (6Gbps) wäre nur die Hälfte möglich. Wie man sieht wird die Schreibrate noch nicht durch SATA3 begrenzt, hier kann die SSD einfach nicht mehr leisten, erst die Samsung XP941 mit 256GB kann mit 817MB/s beim Schreiben die M.2 Schnittstelle zu ihren Gunsten nutzen.

Enttäuscht hat die Intel 530 Series SSD mit SATA-Controller unter CrystalDiskMark: sie erzielte nur 426 MB/s beim Lesen bzw. 171 MB/s beim Schreiben, unter ATTO und im Praxistest waren die Werte allerdings besser. In WinRar sieht man, dass selbst die Intel 530 Series SSD unser Rar-Archiv in der gleichen Zeit entpackt hat wie die Samsung XP941, die sich im sequenziellen Test so weit absetzen konnte.

Die in unserem Test benutzen Samsung SSDs sind OEM-Laufwerke, d.h. Samsung gibt hier keine Garantie für Endverbraucher. Auf dem diesjährigen CeBit Stand von Samsung haben wir erfahren, dass Samsung an einer M.2 SSD für Endkunden arbeitet, wann in diesem Jahr diese SSD erscheint ist allerdings noch offen.

Zudem hat Samsung mit der SM951 bereits den Nachfolger der XP941 veröffentlicht. Diese OEM-SSD ist allerdings noch recht teuer: hier werden 140 Euro für die 128GB Version, 270 Euro für die 256GB bzw. 480 Euro für die 512GB Version fällig. Um die volle Geschwindigkeit auszunutzen, ist zwingend ein M.2 Slot mit PCI-E 3.0 x4 erforderlich. Wir versuchen die neue Version möglich bald nachzutesten.

Außerdem ist zu beachten, dass M.2 SSDs noch nicht auf allen Mainboards bootbar sind, vor allen Samsungs XP941 hat sich hier in der Vergangenheit immer schwer getan. Auf dem ASRock Z97 Extreme 6 ist die SSD aber bootfähig.

Wie man sieht ist bei der Benutzung einer M.2 SSD noch einiges zu beachten. Die neue Schnittstelle birgt aber ein enormes Potential. Das M.2 groß im kommen ist sieht man auch daran, dass Intel bei seiner neuen NUC Generation voll auf M.2 setzt (siehe Tests der Intel NUC5i3RYK und der Intel NUC5i53RYK).



6 Kommentare

Von Robert am 27.04.2015
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Eine Schnittstelle ist etwas anderes als ein Formfaktor und wenn das immer wieder durcheinander geworfen wird, kann der Normaluser das auch nicht unterscheiden. Aber genau deswegen sollte man das nicht durcheinander werfen um dies eben zu vermeiden statt zu fördern, auch wenn die Anbieter das mögen weil die Kunden dann M.2 kaufen in der Hoffnung die wären automatisch auch schneller.

Wenn man nicht über die Schnittstelle aufklärt kommt es aber Problemen weil die Normaluser dann M.2 SATA für Boards mit Slots kaufen die nur PCIe Anbindung haben, wie hier: http://www.computerbase.de/forum/showthread.php?t=1470123

Da hat sich einer eine Crucial MX200 M.2 für sein ASUS Maximus VII Ranger Mainboard gekauft und sich gewundert, warum die nicht geht.

Von Robert am 16.04.2015
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@Holt: Natürlich hast Du recht. Allerdings bewirkt der unterschiedliche Formfaktor, dass es für den Normalnutzer faktisch wie eine neue und andersartige Schnittstelle aussieht.

Hier mal ein Bild: mSATA (links) und M.2 (rechts) SSDs
http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:M.2_and_mSATA_SSDs_comparison.jpg

Leider sind beide Formate auch nicht zueinander kompatibel und einen mSATA-Steckplatz kann man nicht mal einfach nach- oder aufrüsten (Hardware-Sackgasse). Dumm, dass hier erneut gewechselt wird! Also wieder mal ein "Aufrüstungswahn", um einen kleinen SSD-Geschwindigkeitsvorteil zu bekommen, wobei ein Normalnutzer wohl gar nicht den Unterschied zwischen mSATA oder M.2 im PC spüren wird.

Von Holt am 14.04.2015
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"Die CPU-Auslastung lag zwischen 20-35%, ich glaube da kann man noch nicht von einer CPU-Limitierung reden."

Da stimme ich mit infinity überein. Windows zeigt nur 100% wenn alle Threads voll ausgelastet sind und bei 4 Threads (also 4 kernen oder 2 + HT) kann ein SW-Thread nie mehr als 25% erzielen, die CPU begrenzt also schon, wenn die Auslastung nur 25% ist. Rechnet man andere SW wie Virenfinder und Hintergrundprozesse hinzu, kommen dann 25 bis 30% hin. Gemein ist auch, dass man die volle Last des einen Kerns nicht sieht, weil der Scheduler von Windows normalerweise die Threads oft über die Kerne wechseln lässt, was man aber unterdrücke kann. Damit ist es eben aus als wären alle Kerne gleichmäßig und nur zu einem Viertel ausgelastet, in Wirklichkeit beschränkt die CPU aber massiv.

Im Anbetracht der Ergebnisse und da es ja wohl ein komprimiertes Archiv war, kann man hier klar davon ausgehen, dass im Test die CPU limitiert hat.

Von infinity am 13.04.2015
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Es müsste dennoch schon eine CPU Limitierung sein. Die Auslastung sagt ja nur, wie viel du CPU davon abzuarbeiten hatte. Aber wenn die eingesetzte Software nicht entsprechend parallelisiert ist und daher die CPU threads nicht zu beliefern vermag, kann die CPU auch nicht schneller abarbeiten und langweilt sich. Vielleicht sollte man das ganze mal mit Winzip, Winrar, 7zip usw probieren. Ich bezweifle auch stark,dass alle SSDs fast dieselbe geschwindigkeit beim Entpacken haben. Ich kann mich zwar irren, aber es stößt schon recht offensichtlich seltsam auf. Ich vermute jedenfalls, dass es an WinRar liegt, dass es die CPU nicht anständig auslasten kann. Probiert das Ganze mal mit unterschiedlicher software aus.

Zusätzlich würde ich auch schauen, dass ich evtl. mit zwei separaten Laufwerken bei den Test arbeite. Von der einen auf die andere Platte entpacken. Klar das ist eine andere Intention des Tests und ich finde euren Versuch auch sinnvoll (selbes Laufwerk, also Lese und Schreiblast zugleich) aber es ist halt nur ein einziger Test, der an sich nicht viel Aussagekraft hat :/

Von Stefan am 13.04.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@Holt: Danke für deine Anmerkung. Einen Hinweis noch zum Entpacken: Die CPU-Auslastung lag zwischen 20-35%, ich glaube da kann man noch nicht von einer CPU-Limitierung reden.

Von Holt am 12.04.2015
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M.2 ist keine Schnittstelle, sondern ein Formfaktor, was ein gewaltiger Unterschied ist und leider gerade bei M.2 immer wieder durcheinandergeworfen wird. Die eigentliche Schnittstellen ist meist SATA 6Gb/s oder PCIe, aber M.2 unterstützt auch andere Schnittstellen wie USB, Firewire, etc.

Bei PCIe muss man dann noch auf die Anbindung schauen, ob es PCIe 2.0 x2 oder PCIe 3.0 x4 ist, macht schon einen großen Unterschied (Faktor 4) bei der Bandbreite.

Einen Praxistest vermisse ich übrigens, denn die Zeit um ein Archive zu entpacken dürfte wie hier fast immer von der CPU Performance abhängen, wenn es wirklich ein komprimiertes Archiv ist. Deswegen zeigt sich hier auch praktisch kein Unterschied. Da hätte man schon einen sinnvolleren Praxistest nehmen müssen bei dem die CPU eben nicht limitiert, auch wenn solche Anwendungen wirklich selten sind und nicht viele Heimanwender sowas wirklich viel nutzen.

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Über den Autor
Stefan ist 33 Jahre alt, wohnt bei Hamburg und arbeitet als IT-Administrator in einer japanischen Firma. Stefan ist eines der drei Gründungsmitglieder von Technikaffe und schreibt seit April 2013 rund um die Themen Server, Netzwerk und Programmierung.