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Zum Ende der Seite springen Windows 10: NVME Vorschau, FAQs und Fakten...(Update)
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Achtung Windows 10: NVME Vorschau, FAQs und Fakten...(Update) Auf diesen Beitrag antworten Zitatantwort auf diesen Beitrag erstellen Diesen Beitrag editieren/löschen Diesen Beitrag einem Moderator melden       Zum Anfang der Seite springen

- Update April 2017 -



Warum das Thema NVME 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, zumindest theoretisch.



Nein, NVME ist keine Schnittstelle oder Port, sondern genau wie IDE und AHCI ein Protokoll, das wird leider gerne sehr oft und ebenso 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 zuständigen NVME Protokoll. Die physikalische Übertragung wird dabei PCI Express 3.0 zugeordnet, während NVME die darüber liegenden Protokoll-Schichten übernimmt. Das hat seine Gründe, denn es geht darum, aus vielen kleineren Einzelzugriffen größere kompakte Daten-Aktionen 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 Register-Lesevorgänge 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.



Welche NVME-SSD-Laufwerke wären besonders empfehlenswert hinsichtlich eines reibungslosen Bootvorgangs

Die aktuellen Laufwerke von Samsung sind diesbezüglich zu empfehlen, als da wären die Samsung 950 Pro, die bisher ausschließlich im M.2 Format ausgeliefert werden. Diese Laufwerke verfügen über entsprechende programmierte Boot-ROMS und sollten im Normalfall für die Installation eines Betriebssystems prädestiniert sein. Die ganz neuen Samsung 960 Pro und 960 EVO Laufwerke verfügen eigenartigerweise nicht über die Boot-ROMS oder auch Option ROM. Scheinbar setzt Samsung inzwischen beim Kunden aktuelle Mainboards mit entsprechender UEFI/NVME Unterstützung voraus.
Als typischer Vertreter moderner PCIe-Laufwerke mit NVME Unterstützung bieten sich weiterhin die Series 750 Laufwerke von Intel an, die ebenfalls für das Booten von Betriebssystemen und deren Installation mittels Option ROM präpariert wurden.



Existieren auch PCIe-SSD-Laufwerke die NVME nicht unterstützen ?

Die Kingston HyperX Predator SSD Laufwerke, OCZ Revo Drives, G.Skill Phoenix Blade und auch das Plextor M6e SSD Laufwerk wären prominente Beispiele, diese Laufwerke sind noch auf AHCI ausgerichtet und unterstützen das NVME Protokoll leider nicht.



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.



Wie könnte man die schwierige Kühlung der M.2 Laufwerke optimieren ?

Da bieten sich drei Optionen an:

1. in dem Rechner für eine grundsätzlich gute Be-und Entlüftung sorgen

2. Die M.2 SSD auf einer passenden PCIe Karte montieren, diese Maßnahme an sich senkt die Temperaturen schon um einige °C, da die M.2 SSD somit etwas aus den Hotspot-Bereichen des Rechners entfernt wird.

3. Eine PCIe-Karte mit passiven Kühlkörpern verwenden, das sollte im Endeffekt die M.2 Temperaturen um mindestens 10 bis 15°C senken können.



Was passiert wenn keine bessere Kühlung für die M.2 Laufwerke möglich ist ?

Bei starker Beanspruchung und langer Dauerlast werden die M.2 Laufwerke throtteln, sprich die Lese-und Schreibleistungen werden sich auf SATA-Niveau reduzieren, eventuell sogar noch weiter darunter.




Welche Microsoft Betriebssysteme unterstützen NVME ?

Windows 8.1 und Windows 10 können im Gensatz zu Windows 7 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 Treiber-Umsetzung realisiert respektive zeitnah 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 und inzwischen auch Samsung bereits entsprechende Lösungen anbietet, die mehr oder weniger gut funktionieren. ->siehe Intel/Samsung Linsk.



Müssen noch zusätzliche Treiber installiert werden ?

Für eine reibungslose Unterstüzung von NVME genügen zumindest unter Windows 10 die vorhandenen Microsoft Treiber. Wer die volle Funktions-Bandbreite 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


Intel NVMe-Treiber 1.8.0.1011 für Windows 7 und Windows 8


OCZ NVMe-Treiber 1.2.126.843 für Windows 7 bis Windows 10


Samsung NVMe SSD 960 PRO, 960 EVO und 950 PRO NVME Treiber 2.2



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-UEFI 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. Im Netz kursieren auch UEFI-Modding Anleitungen, die auf älteren Systemen zum Erfolg führen sollen, wir haben das aber nicht ausprobiert.

AMDs 990FXA Chipsatz wird sich ohne aktuellen BIOS Code wohl ebenso sträuben. Es spricht also sehr viel für die aktuelle Z170/Z270 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 öffentlich kommuniziert.

Weiter oben haben wir passende Laufwerke schon empfohlen, dazu gehören auch die PCIe NVME-Laufwerke von Intel aus der 750er Series. Samsung verfolgt diesbezüglich eine kaum nachzuvollziehende Politik, die Samsung 950 Pro (M.2)hat ab Werk da so wichtige Option ROM, ohne das es auf einem älteren System wie gessagt sehr schwierig wird etwas zu installieren, geschweige denn von der SSD zu booten. Die Nachfolger Samsung 960 Pro und 960 EVO (M.2) verfügen über das Option ROM nicht, was die ganze Geschichte natürlich nicht unbedingt einfacher macht, wenn man kein aktuelles Mainboard mit UEFI/NVME Unterstützung besitzt.


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


Update November 2016: weitere wichtige Aspekte und Links hinzugefügt

Update Januar 2017: neue NVME Treiber hinzugefügt

Update April 2017: weitere NVME Treiber hinzugefügt





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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27.06.2015 14:52 Cerberus ist offline Homepage von Cerberus Beiträge von Cerberus suchen Nehmen Sie Cerberus in Ihre Freundesliste auf
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