M.2 SSD: Typen, Definition, Unterschiede & Leistung - alles was man zum Standard wissen muss

verschiedene m.2 ssds in einem slot

Eine M.2 SSD gehört mittlerweile nicht nur mehr bei PC-Enthusiasten zum guten Ton. Denn immer mehr lösen M.2 SSDs die altgediente Festplatte und sogar SATA-SSDs ab. Denn jeder kennt die Formfaktoren 3,5 Zoll von HDDs sowie die gängigen 2,5 Zoll für "normale" SSDs.

Doch obwohl dies nach wie vor die häufigsten Formfaktoren und Verbindungsoptionen sind, werden M.2- und NVMe-SSDs in modernen Gaming-PCs immer beliebter.

Um direkt was klarzustellen: M.2 und NVMe sind keine austauschbaren Begriffe, aber sie sind eng miteinander verbunden. Daher werden wir euch in diesem Artikel genau aufschlüsseln, was M.2 und NVMe eigentlich sind, welche andere Typen von SSDs es gibt, wo sie sich unterscheiden und wie sie letztendlich eurem nächsten PC zugute kommen können.


Der M.2 Formfaktor erklärt

Der M.2-Formfaktor (früher als Formfaktor der nächsten Generation oder NGFF bekannt) ist eine modernere Art von intern montierter Erweiterungskarte, die den vorherigen mSATA-Standard (Mini-SATA) ersetzt. Im Gegensatz zu Standard-Festplatten und SSDs werden M.2-Speicher nicht über ein Kabel mit einem Mainboard verbunden, sondern über einen dedizierten M.2-Steckplatz direkt in die Hauptplatine eingesetzt.

Je nach Typ und Funktionalität kann eine M.2 SSD entweder die standardmäßige SATA-Schnittstelle (Serial Advanced Technology Attachment) oder die schnellere PCIe-Schnittstelle (Peripheral Component Interconnect Express) verwenden. In beiden Fällen wird sie jedoch direkt an das Mainboard angeschlossen. 

Da sie nach dem Anschließen bündig an der Platine aufliegen (herkömmliche Festplatten oder SSDs nehmen hier wesentlich mehr Platz ein), ermöglichen M.2-SSDs ein saubereres und übersichtlicheres Gehäuse mit weniger Kabelsalat.

eine m.2 nvme und eine m.2 sata ssd

M.2 NVME und M.2 SATA SSDs sehen sich zum Verwechseln ähnlich

Doch der M.2 Standard ist nicht nur auf SSDs beschränkt, denn bestimmte Peripheriegeräte wie zum Beispiel WLAN-Karten können auch im M.2-Formfaktor geliefert werden. Die häufigste Verwendung für M.2 ist jedoch die SSD-Datenspeicherung, die im Grunde genommen als Alternative zu den vorhandenen 2,5-Zoll-Speicherlaufwerken fungiert.

Insbesondere ist M.2 eine Schnittstellenspezifikation, die mehrere Protokolle und Anwendungen wie Wi-Fi, USB (Universal Serial Bus), PCIe (PCIe) und SATA unterstützt. M.2-kompatible Produkte sind zudem nicht nur auf Solid-State-Laufwerke beschränkt.

Zudem wichtig im Zusammenhang mit M.2 SSDs sind die unterschiedlichen Längen, in denen die kleinen Sticks verkauft werden. Die folgenden Maße sind die gängigen Fertigungsgrößen:

  • 2242
  • 2260
  • 2280

Dabei steht die "22" für die Breite der M.2 und die zweite Zahl für die Länge in Millimetern. Eine 2280 M.2 ist demnach 22 Millimeter breit und 80mm lang. Obwohl es auch die Längen 32 und 110mm gibt, werden diese kaum produziert oder sind quasi nicht relevant. Derzeit gibt es nur eine Breite für den M.2 Formfaktor.

Dementsprechend solltet ihr immer genau schauen, welche Länge euer M.2-Port unterstützt. Dabei ist ein 2242-Modell natürlich kompatibel mit einem 2260-Slot. Vor allem bei kleinen PCs oder Laptops ist manchmal kein Platz für die größten M.2-Varianten. Längere Laufwerke haben außerdem mehr Platz für mehr NAND-Flash-Chips.

Hinweis

Es ist wichtig zu beachten, dass M.2-SSDs die die SATA-Schnittstelle verwenden nicht wirklich schneller als Standard-2,5-Zoll SSDs sind. Sie beanspruchen lediglich weniger Platz und lassen sich leichter einbauen. Wenn ihr schnellere Geschwindigkeiten wollt müsst sicherstellen, dass euer M.2-Laufwerk das NVMe-Schnittstellenprotokoll verwendet und euer Mainboard dafür einen passenden Steckplatz hat.

Noch ein paar weitere Worte zur M.2-Kompatibilität von Mainboards.

Desktop-Motherboards sind insofern komplizierter, da einige an einem bestimmten M.2-Steckplatz sowohl SATA- als auch PCI Express-Datentransfer unterstützen. Bei Platinen mit zwei M.2-Steckplätzen kann die Unterstützung zwischen den beiden variieren: Manche unterstützen nur SATA, wieder andere unterstützen nur PCI Express. Und im Fall von PCI Express M.2 unterstützt ein älteres Mainboard möglicherweise nicht PCI Express x4, sondern nur x2!

Kurz gesagt: Es ist ein Sumpf, in dem man vorsichtig navigieren muss. Ihr müsst genau wissen, was euer Mainboard kann und nicht kann im Hinblick auf M.2 SSDs.


Was ist das NVME-Protokoll?

Jetzt da wir wissen, dass es sich bei M.2 um einen Formfaktor handelt müssen wir noch klären, was denn genau hinter dem Schnittstellenprotokoll NVME steckt.

NVMe steht für Non-Volatile Memory Express und bezieht sich eher auf die Art und Weise, wie Daten übertragen werden, als auf die Form des Produkts. NVMe ist das neueste leistungsstarke und optimierte Protokoll, das AHCI ersetzt und die PCIe-Technologie ergänzt.

Der Hauptunterschied zum bestehenden SATA-Standard besteht darin, dass die PCIe-Schnittstelle eures Mainboards verwendet wird, um deutlich schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu erzielen, als dies mit SATA möglich ist. Je nach Hersteller könnt ihr bei NVME-SSDs Geschwindigkeiten sehen, die fünf- bis sechsmal höher sind, als bei einem SATA-basierten Modell.

Es gibt einige NVMe-Speicher, die ähnlich wie eine Grafikkarte in einen PCIe-Steckplatz eures Mainboards passen, aber die meisten Modelle verwenden den M.2-Formfaktor. Aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit kosten NVMe-basierte SSDs in der Regel mehr als 2,5-Zoll-Varianten. Quasi vergleichbar mit SSDs, die bei gleichem Speicherplatz mehr kosten als mechanische Festplatten.

Moderne M.2 NVME SSDs haben oft einen Kühlkörper auf der Oberseite

Darüber hinaus wurde das Protokoll NVMe dazu entwickelt, um die Geschwindigkeit moderner SSDs nur durch ihren eigenen Flash-Speicher einzuschränken und weniger über die SATA-Schnittstelle. Im Wesentlichen ermöglicht es Flash-Speicher, als SSD direkt über die PCIe-Schnittstelle zu arbeiten, anstatt über SATA zu gehen und durch die langsameren SATA-Geschwindigkeiten begrenzt zu sein.

Sind alle M.2-SSDs NVMe?

Nein. Denkt daran, M.2 ist nur der Formfaktor. M.2-SSDs können in SATA-Versionen und NVMe-Versionen daher kommen. SATA M.2 SSDs und 2,5-Zoll-SATA-SSDs arbeiten tatsächlich mit praktisch identischen Spezifikationen. NVMe M.2 hingegen definitiv nicht, wie wir oben erklärt haben.

Wenn bei der Komponentenauswahl eures PCs eine M.2 SSD verwenden möchtet ist es wichtig zu beachten, ob ihr euch ein SATA-basiertes oder ein NVMe-basiertes Modell holt. Denn euer Mainboard verfügt möglicherweise nicht über die entsprechenden M.2-Steckplätze für beide Typen (nicht jedes Modell ermöglicht PCIe-Datenübertragungen). Und selbst wenn dies der Fall ist, solltet ihr kein Geld für ein teureres NVMe-Laufwerk verschwenden, wenn euer Mainboard nur über das SATA-Protokoll auf Daten zugreifen kann. Überprüft dies also vorher zwecks Kompatibilität immer genau.


SSD Typen: Welche gibt es?

Der Vollständigkeit halber möchten wir euch in den folgenden Abschnitten nochmal genau erläutern, wo die Unterschiede zwischen den ganzen verschiedenen SSD-Typen liegen. Um ein für allemal die Verwirrung über die Bezeichnungen aus der Welt zu schaffen.

SATA-SSDs

Der bekannteste und derzeit günstigste Formfaktor ist die 2,5-Zoll-SSD. Das Laufwerk selbst ist in einer leichten Hülle eingeschlossen und benötigt SATA-Anschlüsse für die Strom- und Datenübertragung. Ihr findet diese Laufwerke häufig in Desktops, PCs mit kleinem Formfaktor und Laptops, die aufgrund des sich ständig verbessernden Preis-pro-Gigabyte-Verhältnisses als Boot-Laufwerke oder sogar als einzige Speicherlösung verwendet werden.

verschiedene sata-ssds

2,5 Zoll SATA-SSDs sind nach wie vor sehr verbreitet

Moderne Mainboards verwenden SATA III mit einem maximalen Durchsatz von 600 MB / s (oder 300 MB / s für das ältere SATA II). Über diese Verbindung bieten die meisten SSDs Lese- / Schreibgeschwindigkeiten im Bereich von 530/500 MB / s. Zum Vergleich: Ein SATA-Laufwerk mit 7200 U / min kommt dabei je nach Alter, Zustand und Fragmentierungsgrad auf etwa 100 MB / s. NVMe-Laufwerke bieten dagegen Schreibgeschwindigkeiten von bis zu 3500 MB / s, was größtenteils an dem von SATA-SSDs verwendeten AHCI-Übertragungsprotokoll liegt.

Was die meisten nicht wissen ist, dass M.2-SSDs und SATA-SSDs zwei völlig unterschiedliche Arten von SSDs sind. M.2, wie oben beschrieben, ist ein Formfaktor und SATA ist eine Übertragungstechnik.

SATA-SSDs gibt es sowohl in 2,5-Zoll- als auch in M.2-Formfaktoren, aber der 2,5-Zoll-Formfaktor ist das, was die meisten mit einer SSD assoziieren. SATA-SSDs kommen mit zwei Kabeln (Daten und Strom) daher und sind im Gehäuse montiert. M.2-SATA-SSDs hingegen bieten genau die gleiche Leistung wie ihre 2,5-Zoll-Gegenstücke und werden direkt an das Mainboard angeschlossen, sodass keine Kabel erforderlich sind.

mSATA-SSDs

Nicht zu verwechseln mit einer M.2 SSD.

mSATA definiert sowohl einen Formfaktor als auch eine Schnittstelle für kompakte SSDs. Eine mSATA-SSD kann als Startlaufwerk (in einem älteren, kompakten Laptop oder Tablet) oder als SSD-Cache verwendet werden, um den Betrieb einer mechanischen Festplatte zu beschleunigen. Es ist jedoch ein SSD-Typ, der langsam ausstirbt.

Im Vergleich zu SATA-SSDs liegen mSATA-SSDs ungefähr bei einem Achtel der Größe, bieten jedoch die gleiche Geschwindigkeit. Dadurch eignen sie sich ideal für Netbooks, Laptops oder Tablets, bei denen Platz im Gehäuse fehlt. Zudem hat eine mSATA-SSD eine blanke Leiterplatte und ist nicht wie eine 2,5-Zoll-SSD durch ein Gehäuse geschützt.

Eine Untergruppe von Desktop-Mainboards enthielt vor einigen Jahren mSATA-Steckplätze, um die Onboard-Installation einer mSATA-SSD für das Caching zu ermöglichen. MSATA wurde jedoch weitgehend durch den M.2-Formfaktor abgelöst und ist heute nicht mehr relevant.

M.2-SSDs

Zwar sehen M.2 SSDs ähnlich aus wie mSATA-Modelle, allerdings ist das so ziemlich die einzige Gemeinsamkeit. Wir haben oben schon die wichtigsten Kriterien einer M.2 SSD geklärt. Daher hier nur nochmal ein paar wichtige Fakten:

  • M.2 ist ein Formfaktor für SSDs (Solid-State-Laufwerke), der wie ein RAM-Riegel geformt ist.
  • Diese SSDs sind im Allgemeinen schneller, aber teurer als herkömmliche 2,5-Zoll-SSDs.
  • Dünne Laptops verwenden zunehmend M.2-SSDs, da sie weniger Platz beanspruchen.
  • M.2-SSDs haben (derzeit) eine Speichergröße von bis zu 2 TB. Andere Formfaktoren bieten mehr Kapazität.
  • Um eine M.2-SSD in eurem Desktop-PC oder Laptop verwenden zu können, benötigt ihr ein Motherboard mit M.2-Steckplätzen. Einige verfügen über zwei oder mehr M.2-Steckplätze, sodass ihr eure SSDs im RAID betreiben könnt.
  • Während 2,5-Zoll-SSDs den SATA-Bus verwenden, können M.2-SSDs per SATA und PCIe betrieben werden.

M.2 SSDs sind in unterschiedlichen Längen zu haben

Eine M.2-SSD kann SATA-basiert, PCIe-basiert mit NVMe-Unterstützung oder PCIe-basiert ohne NVMe-Unterstützung sein. Eine M.2-SSD mit NVMe-Unterstützung bietet bis zu fünfmal mehr Bandbreite als SATA M.2-Modelle und garantiert eine bessere Leistung bei Aufgaben wie Dateiübertragung, Video- oder Fotobearbeitung, Transcodierung, Komprimierung und Dekomprimierung.

PCIe-SSDs

Mittlerweile gibt es sogar PCI-Express-SSDs für den Verbrauchermarkt. Diese Form der SSD ist die teuerste in Bezug auf den Preis pro Gigabyte und bietet weniger Leistung als NVME M.2 SSDs. Diese SSDs verwenden den PCI-E-Steckplatz als Schnittstelle und sind daher auf die Geschwindigkeit des PCI-E-Steckplatzes beschränkt. 

Auf Grund des hohen Preises und der geringeren Leistung macht sowas natürlich nur Sinn, wenn das ältere Mainboard eures Desktop-PCs keinen M.2-Steckplatz hat, ihr aber trotzdem eine PCI Express / NVMe-SSDs einbauen wollt.

Hierbei wird das M.2-Laufwerk quasi von einer PCI-Erweiterungskarte als "Trägerkarte" verwendet. Im Wesentlichen wird das M.2-Laufwerk auf eine PCI Express-Erweiterungskarte mit einem M.2-Steckplatz an Bord montiert und in einen normalen PCI Express-Steckplatz mit mindestens vier PCI-Lanes eingesteckt.

Die M.2-SSD auf einer PCIe-Karte - falls man keinen passenden Port hat durchaus eine Option

In einigen einmaligen Fällen bekommt ihr bei einigen Mainboard-Herstellern für Highend-Modelle eine leere M.2-Trägerkarte in der Verpackung mitgeliefert.

Einige M.2-SSDs können bei längerem Gebrauch sehr warm werden. Wenn das M.2-Modul wie hier auf einer vertikalen Karte montiert ist, kann dies eine bessere Belüftung und theoretisch eine geringere oder keine Drosselung aufgrund von Hitze bedeuten.


M.2 (NVME) SSD vs. SATA-SSD: Was bringt mehr fürs Gaming?

Uns als Gamer interessiert natürlich noch die brennende Frage: Bringt eine NVME M.2 SSD im Vergleich zu einer SATA-SSD beim Gaming einen Vorteil? Zuerst schauen wir uns mal die Ladezeiten an.

Ladezeiten

Wir haben für euch dafür mal fix die Ladezeiten aus dem Video in einer Tabelle zusammengefasst (Angabe in Sekunden):

Spiel

NVME

SATA-SSD

HDD

Star Wars Jedi

17,33

17,66

27,89

Shadow of the Tomb Raider

7,86

13,73

32,63

Microsoft Flugsimulator

21,6

24,86

35,56

Battlefield 5

15,15

16

23,2

AC: Odyssey

19,6

28,6

23,2

Die armen HDDs. Das musste einfach mal gesagt werden. Aber zurück zum Thema.

Man sieht recht schnell, dass eine NVME-SSD zwar die Schnellste ist, allerdings sind die Unterschiede zu einer normalen SATA-SSD in manchen Spielen kaum bemerkbar. Dennoch werdet ihr damit die kürzesten Ladezeiten bekommen und bei einigen Spielen können das schon mal knappe 10 Sekunden sein (bis zu 50% schnellere Ladezeiten). Wer also wirklich keinen Bock auf Warten hat, der kann hier bedenkenlos zugreifen.

Also für die Ladezeiten bei Games bringt eine NVME M.2 SSD definitiv was.  

Erwähnenswert ist aber auch, dass die durch das NVMe-Protokoll gewährte Geschwindigkeitssteigerung hauptsächlich für sequentielle Lese- und Schreibvorgänge von Daten und nicht für zufällige Lese- und Schreibvorgänge gilt.

Daher werdet ihr außerhalb des Gamings nur dann eine spürbare Geschwindigkeitssteigerung feststellen, wenn ihr euren Rechner für bestimmte anspruchsvollere Aufgaben wie das Bearbeiten von 4K-Videomaterial, oder das regelmäßige Übertragen großer Datenmengen von einem Laufwerk auf ein anderes verwendet. 

FPS in Spielen

Als nächstes werfen wir mal noch einen Blick auf die FPS in Games:

Hier müssen wir klar sagen, dass NVME-basierte SSDs keinen Vorteil haben. Die Frames schwanken hier oft und meistens sind die Zahlen identisch, zu keiner Zeit sieht man jedoch einen krassen Unterschied. Klar habt ihr vielleicht je nach Spielszene mal 3-5 mehr FPS bei einer NVME M.2, teilweise liegt aber auch die SATA-SSD vorne.

Obwohl man hier nur Daten für GTA 5 sieht zeigt dieses Video das gleiche Ergebnis in Call of Duty Warzone.

Ergo: Einen FPS-Vorteil werdet ihr mit einer M.2 NVME SSD nicht wirklich haben und das sollte nicht euer Kaufanreiz sein. Für schnellere Lade- und Bootzeiten werdet ihr jedoch definitiv eine Verbesserung sehen.

Falls ihr übrigens selbst nach den obigen Ladezeiten immer noch zwischen HDD und SSD schwankt, lest gerne mal in unseren ausführlichen Artikel dazu rein:


Was bedeuten M.2-Keys?

Um euch wirklich alles zum Thema M.2 SSD zu erklären, möchten wir euch die etwas langweiligeren technischen Details nicht auslassen.

Als Keys werden die Kerben in den Konnektoren von M.2-Modulen bezeichnet, wodurch die Typen von M.2-Produkten unterschieden werden können. Eins vorweg: Für den Verbrauchermarkt und für uns Gamer wirklich relevant, sind M.2-SSDs mit Key M oder Key B. Trotzdem findet ihr in folgender Tabelle (in Anlehnung an die von Arstechnica) die Bezeichnungen der wichtigsten Keys, sowie deren Verwendungszweck:

KEy-Bezeichnung

Schnittstellen

Häufige Verwendung für

A

PCIe x2, USB 2.0, I2C, DisplayPort x4

Wi-Fi / Bluetooth, Mobilfunkkarten

B

PCIe x2, SATA, USB 2.0, USB 3.0, Audio, PCM, IUM, SSIC, I2C

SATA und PCIe x2 SSDs

E

PCIe x2, USB 2.0, I2C, SDIO, UART, PCM

Wi-Fi / Bluetooth, Mobilfunkkarten

M

PCIe x4, SATA

PCIe x4 SSDs

M.2 SSD-Module werden über Gegenstecker oder Aussparungen auf beiden Seiten in Leiterplatten eingesteckt. Im Gegensatz zu mSATA verfügen M.2-SSDs über zwei Arten von Anschlüssen, die auch als Buchsen, Sockel oder Fassung bezeichnet werden: B-Sockel und M-Sockel.

Eine einzelne M.2-Steckkarte kann auch beide Schlüsseltypen haben. Der Schlüsseltyp bestimmt die Anzahl der PCIe-Lanes die unterstützt werden und stellt sicher, dass nur kompatible M.2 SSDs in einen Port passen. 

Eine M.2 mit B-Key unterstützt eine oder zwei PCIe-Lanes, bei einer mit M-Key sind es bis zu vier. Zudem haben B-Key-M.2 einen sechs Stifte breiten Konnektor, bei den M-Varianten ist dieser fünf Stifte breit.

Dementsprechend ist es wichtig zu überprüfen, ob euer Mainboard den passenden M.2-Port zur Verfügung stellt. Allerdings ist für uns Gamer quasi nur der M.2 Key M relevant, zumal die meisten modernen Modelle diesen haben und dieser auch von aktuellen Mainboards unterstützt wird. Zudem findet man nur noch sehr wenige M.2-Modelle mit Key B, lediglich für externe Festplatten-Gehäuse ist dieser noch relevant.


Welches sind die besten M.2-SSDs?

Genau zu diesem Thema haben wir bereits eine ausführliche Kaufberatung mit ausgewählten M.2 SSDs. Schaut mal rein:

Kurzum sind NVME-basierte Modelle die schnellsten und derzeit Besten auf dem Markt. Wenn ihr das Geld ausgeben wollt, bekommt ihr richtig viel Geschwindigkeit auf euren Rechner.


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