Was ist NVMe – Non Volatile Memory Express?

Bei NVMe handelt es sich um ein Festplattenprotokoll, das durch seinen vergleichsweise sparsamen Aufbau für einen schnellen Datenaustausch zwischen Computer und SSD-Speicher sorgt. Die Abkürzung der Software-Schnittstelle steht dabei für Non Volatile Memory Express; etwas kürzer auch NVM Express. Im Folgenden findet ihr weitere Informationen zum Protokoll, zu den Vorteilen gegenüber SATA und SAS sowie Links zu detaillierterer Lektüre. Bitte beachtet, dass ich kein Hardware-Crack bin und wir uns das Thema deshalb im Folgenden gemeinsam erschließen. Habt ihr also noch einen Hinweis oder Verbesserungsvorschlag, lasst gern einen netten Kommentar da ;)

NVMe – Protokoll für schnelle SSD-Festplatten

Das NVM Express Festplattenprotokoll wird seit 2011 genutzt, um einen schnellen, effizienten Datenaustausch bei der Verwendung von SSD-Speichermedien zu ermöglichen. Dabei kommt zur Verbindung von Computer und Festplatte der PCI Express zum Einsatz, jedoch fallen herstellerseitige Treiber zur Verwendung weg. Die Datenraten werden neben dem Wegfall von individuellen Treibern auch dadurch erhöht, dass das schlanke Protokoll parallele Zugriffe (Multithreading) begünstigt. Genauso wie andere generische Protokolle (z. B. AHCI oder SCSI) ermöglicht NVMe, verschiedenste Solid State Massenspeicher ohne spezifische Treiber anzusprechen und effizient zu nutzen.

NVMe geht zudem nicht den Umweg über den – ebenfalls von Intel eingeführten – Plattform Controller Hub (PCH), so wie es beispielsweise SAS und SATA tun. Stattdessen wird PCI Express (PCIe) genutzt, um über die damit zur Verfügung stehenden Lanes eine Verbindung mit möglichst geringen Latenzen zu ermöglichen. Das alles ist aber nicht nur auf die Verwendung von SSD-Festplatten limitiert. Auch Halbleiterspeicher wie ReRAM, ST-MRAM und 3D Xpoint können davon profitieren. Wie andere Schnittstellen, Systeme und die entsprechende Hardware so wird das NVM Express Festplattenprotokoll ebenfalls immer weiter entwickelt, um Datenraten im Gigabit-Bereich voranzutreiben.

Testbericht: Orico Portable M.2 NVMe SSD mit 1 TB

Was ist NVMe over Fabrics / NVMe-oF?

Eine der Weiterentwicklungen des Protokolls hört auf den Namen NVMe over Fabrics, oder kurz: NVMe-oF. Mit dem Fabric ist dabei ein durch die NVMe-Erweiterung geschaffener Netzwerkverteiler gemeint. Dadurch wird ermöglicht, einen Speicher aus dem Computer als einheitliches System herauszulösen. Damit wird der Speicher wie in einem Netzwerk genutzt, wiederum auf verschlankter Ebene, da auch hier der Controller für Massenspeicher übergangen wird. Laut Wikipedia (hier) kann man sich das Ganze als Speichererweiterung im Sinne eines JBOD (Just a Bunch of Disks) vorstellen. 

Mit NVMe kompatible Hardware bzw. Stecker

Zu den Hardware-Schnittstellen, die Non Volatile Memory Express unterstützen, gehörten anfangs nur jene in Servern, mittlerweile aber auch welche in Desktop-Computern und Laptops. Diese Bauformen sind nunmehr kompatibel:

• Speichermedien mit PCI-Express
• M.2-Karten / M.2-Speicherriegel
• 2,5“-Festplatten und SFF-Geräte mit U.2 Anschluss
• NGSFF- bzw. E1-Speicher

Hinzu kommen weitere Schnittstellen, mit denen es Überschneidungen gibt und die PCI-Express als Protokoll annehmen können. Dazu gehören, wie in der verlinkten Quelle ebenfalls aufgezeigt, die folgenden:

• mSATA und der Nachfolger M.2
• U.2 als Schnittstelle in Servern und Workstations
• SATAe (SATA Express) als Nachfolger von SATA 6G