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Achtung Windows 10: NVME Vorschau, FAQs und Fakten... Reply to this Post Post Reply with Quote Edit/Delete Posts Report Post to a Moderator       Go to the top of this page

NVME Vorschau, FAQs und Fakten...



Warum das Thema NVMW so wichtig ist, läßt sich sehr rasch skizzieren. NVME sprich Non-volatile Memory Express wird AHCI als Protokoll für schnelle Datenträger also insbesondere SSDs demnächst ablösen, weil die SATA Schnittstelle in Verbindung mit dem AHCI Protokoll an ihre elektrotechnischen und physikalischen Grenzen stößt, was wir in unseren SSD-Tests ja schon seit einiger Zeit beobachten konnten.
Mehr als 600 MB/sec als Datentransfer sind physikalisch schlichtweg nicht möglich und das wird sich auch durch noch schnellere Laufwerke nicht mehr ändern. Mehr als 600 MByte pro Sekunde fließen also nicht über die bewährte SATA-Schnittstelle. Steckt man eine SSD hingegen in einen PCIe-Slot, kann sich die Geschwindigkeit vervielfachen. Schon PCIe 2.0 ermöglicht Transferraten bis zu 500 MByte/s pro Lane und Richtung – nutzt man zwei oder gar vier Lanes, steigt die Transferrate auf ein oder gar zwei GByte/s. PCIe 3.0 verdoppelt diese Geschwindigkeit noch einmal.



Nein, NVME ist keine Schnittstelle, sondern genau wie IDE und AHCI ein Protokoll, das wird leider gerne sehr falsch beschrieben. Das Advanced Host Controller Interface (AHCI) ist eine offene Schnittstelle zur Unterstützung von Funktionen wie Native Command Queuing (NCQ mit QD32) Hot Plugging und Power Management für Speichermedien. SATA ist genau wie ATAPI oder SCSI eine Schnittstelle, das nur als Ergänzung, damit wir alle vom selben Thema reden.

Genauer gesagt ist NVM Express oder Non-Volatile Memory Express (NVME) ein Protokoll für nichtflüchtigen Datenspeicher. Bei diesem nichtflüchigen Datenspeicher handelt es sich in der Regel um Flash-Speicher, der unterschiedliche Bauformen aufweisen kann, also z.B. ein 5,25 oder 2,5 Zoll SSD-Laufwerk, ein M.2 Laufwerk oder was auch immer an Varianten zum Einsatz kommt. Entscheidend ist dabei die neue Anbindung ans System und hier kommt dann NVME in Verbindung mit der PCI-Express-3.0-Schnittstelle zum Tragen. Für die Zukunft bedeutet dies in der Praxis: SSDs werden eben nicht mehr über die SATA-Schnittstelle mit dem jeweiligen Chipsatz verbunden, sondern direkt mit PCI Express und dem NVME Protokoll. Die physikalische Übertragung wird dabei PCI Express 3.0 zugeordnet, während NVME die darüberliegenden Protokollschichten übernimmt. Das hat seine Gründe, denn es geht darum, aus vielen kleineren Einzelzugriffen größere kompakte Datentransfers zu generieren, die als Resultat daraus schnelle Datentransfers ermöglichen.



Als weitere Features stehen durch das Optimieren des I/O-Stacks Stromersparnisse und weniger CPU-Last im Raum, so dass sich aus diesen Attributen und vereinheitlichten Treibern in der Summe der Vorteile ein stimmiges Gesamtkonzept herauskristallisiert, das AHCI über kurz oder lang den Rang ablaufen wird.

Das Thema Treiber spielt dabei eine nicht unwesentliche Rolle, denn je weniger komplex die Anbindung funktioniert, desto größer ist die Chance für eine gut funktionierende Kommunikation zwischen Laufwerk, Betriebssystem und Treiber. Dafür soll der ankündigte Standard-NVMHCI-Treiber sorgen, der jedes einzubindende Laufwerk als Massenspeicher ins System integriert. Soweit also die Theorie...


Einfacher strukturiert:

- ATAPI: ->Protokoll das mit der Schnittstelle IDE/PATA und den dort angeschlossenen Laufwerken über passende Treiber kommuniziert.

- AHCI: ->Protokoll das mit der Schnittstelle SATA und den dort angeschlossenen Laufwerken über passende Treiber kommuniziert.

- NVME: ->Protokoll das mit der Schnittstelle PCI-Express-3.0 und den dort angeschlossenen Laufwerken über passende Treiber kommuniziert.



Kommen wir jetzt noch zu einigen Fragen, die uns immer wieder erreichen und die wir natürlich nicht unbeantwortet lassen wollen:



Warum ist NVME so viel schneller als AHCI ?

AHCI wurde schon 2004 als Protokoll für rotierende Medien mit hohen Latenzzeiten entwickelt und entspricht auch strukturell nicht mehr den heutigen Anforderungen an Nicht-flüchtigem-Speicher. Auf Grund der eingeschränkten Multicore-Unterstützung kann AHCI auch nicht von Prozessoren mit vielen Kernen profitieren, das erklärt die oftmals hohe CPU-Auslastung.
AHCI hat eindeutig höhere Latenzzeiten (bis zu 6,0 µs) , weil AHCI vier nicht-zwischengespeicherte Registerlesevorgänge pro Befehl erfordert. NVME besitzt diese wichtige Einschränkung nicht, dort ist der Laufwerks-Stack reduziert worden, so dass 64.000 Befehle pro Warteschlange und 64.000 Warteschlangen möglich sind. Das in Verbindung mit einer kompletten Multicore-Unterstüzung resultiert für NVME in niedrigen Latenzen ->minimierter I/O Auslastung und reduzierten Latenzen die bei lediglich 2,8 µs liegen.
In einem anderen Vergleich wird es noch deutlicher, das SAS-Protokoll kann beispielsweise 254 Befehle pro Warteschlange verarbeiten, während SATA nur 32 unterstützt. NVMe unterstützt wie erwähnt 64.000 Befehle pro Warteschlange und 64.000 Warteschlangen, womit demzufolge eine extrem schnelle Befehlsumsetzung für den Laufwerksbetrieb möglich ist.



Existieren noch mehr Vorteile gegenüber AHCI ?

Eindeutig ja, die verbesserte Sicherstellung der Datenintegrität ist ein ganz entscheidender weiterer Pluspunkt des neuen Protokolls. NVMe setzt Datenschutz und Redundanz über ein Datenintegrationsfeld (DIF) in der Praxis um. Die dafür zusätzlichen ECC-Bytes werden zur Überprüfung der Dateneigenschaften verwendet, sobald ein Lese- oder Schreibvorgang vom Host initiiert wurde. Der Datenblock umfasst die zusätzlichen ECC-Bytes als zwei Bytes, die für Fehlersuche bei der Datenübertragung durch die zyklische Redundanzprüfung (CRC) bestimmt sind. Ein CRC-Wert wird in jedem logischen Block gespeichert und beim Lesen des Blocks geschrieben. Außerdem wird der geschriebene Wert mit einem errechneten Wert verglichen.



Was hat es mit M.2 auf sich ?

M.2 ist weder Schnittstelle noch Protokoll, sondern lediglich ein neuer Laufwerks-Formfaktor. Genauer formuliert ist es eine Spezifikation für interne Computer-Erweiterungskarten und entsprechende Ports. Die Spezifikation wurde entworfen, um mSATA abzulösen. Aufgrund der kleineren und flexibleren Abmessungen in Verbindung mit erweiterten Funktionen ist M.2 recht gut für den Anschluss von SSDs geeignet. Dies trifft besonders für kompakte Geräte wie Ultrabooks oder Tablets zu. Der M.2-Standard beschreibt vier PCI Express Lanes und einen SATA Revision 3.x (6 Gbit/s) Port - alles über einen Anschluss. Damit kann man sowohl PCI-Express als auch SATA-Speicher per M.2 anschließen. An jedem Port können beide Bussysteme auch parallel genutzt werden, ein nicht zu unterschätzender Vorteil. Nachteil: die M.2 Ports sitzen meistens unter oder dicht am Grafikkarten-Port und damit in unmittelbarer Reichweite von deren Abwärme.



Welche Microsoft Betriebssysteme unterstützen NVME ?

Windows 8.1 und Windows 10 können mit dem NVME Protokoll kommunizieren und unterstützen es bereits ab Werk nativ, d.h. es muß kein separater Treiber nachgeladen und/oder installiert werden. Die entsprechenden Treiber sind in der Windows Treiberdatenbank registriert und verankert. Ob es von Intel später optimierte Treiber analog zu AHCI und Intel Rapid geben wird, wird sich zeigen, dazu können wir zum gegenwärtigen keine Prognose abgeben.



Wie kann es sein, dass Windows 8.1 NVME schon unterstützt ?

Das NVME Protokoll wurde bereits 2011/2012 verabschiedet und Microsoft hat für Windows 8.1 und den Server 2012 im Zuge diverser Updates die entsprechende Treiberumsetzung realisiert respektive nachgerüstet.



Was ist mit Windows 7 ?

Diesbezüglich sieht es schon deutlich schlechter aus, eine offizielle Nachrüstung hat es außer einem Hotfix nicht gegeben, insofern ist man auf 3rd-party Treiber angewiesen, wobei Intel bereits entsprechende Lösungen anbietet, die mehr oder weniger gut funktionieren. ->siehe Intel Link.



Müssen noch zusätzliche Treiber installiert werden ?

Für eine reibungslose Unterstüzung von NVME genügen zumindest unter Windows 10 die vorhandenen Microsoft Treiber. Wer die volle Funktionsbandbreite benötigt und noch ein paar Prozentpünktchen mehr Tempo ausreizen möchte, der sollte die entsprechenden Treiber von Intel installieren:

Windows 7 und Windows Server 2008 R2 Hotfix


Intel NVME-Treiber Übersicht für Windows 7, 8.1 und Windows 10


Samsung Evo 950 Pro NVMe Treiber für Windows 7 bis Windows 10



Ob es von AMD ein passendes Treiberangebot geben wird, müssen wir abwarten. Linux bietet bereits passende Treiber an, OS X unterstützt NVME seit dem 10.10.3 OS X Yosemite Update.



Kann man von NVME-Laufwerken booten ?

Grundsätzlich schon, aber die Plattformen sprich Mainboards sollten möglichst aktuell sein, also Intel Z77 und Z87 erst nach einem BIOS Update, sofern möglich. Die neueren Intel Z97 und X99 Chipsätze benötigen vermutlich auch ein entsprechendes Bios Update, wobei das von Hersteller zu Hersteller durchaus variieren kann. AMDs 990FXA Chipsatz wird sich ohne aktuellen BIOS Code wohl ebenso sträuben. Es spricht also sehr viel für die aktuelle Z170 Plattform von Intel, u.a. auch wegen der größeren Anzahl an verfügbaren Lanes.

Zögert also bitte diesbezüglich nicht im Bedarfsfall die Mainboard Hersteller zu kontaktieren, sehr oft liegen helfende BIOS-Updates in den Schubladen und wurden nur nicht public kommuniziert.


Wem das als Einstieg in die Materie noch nicht genügen sollte, der kann sich gerne bei NVMexpress.org weitergehend informieren.




weiterführende Links:


Ratgeber, Artikel, Tipps, Tricks und Tutorials


Windows 10: AHCI-Nutzung und Umstellung ohne Fallstricke


Windows 10: SSD-Praxis, die wichtigsten Fragen


Artikel, Tipps, Tricks und Workshops für Windows 10



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