Das Lanes-Dilemma

Die M.2-Steckplätze sind auf den aktuellen Mainboards mit Chipsätzen der 9er-Serie von Intel nur mit zwei PCIe-2.0-Lanes angebunden, daher werden besonders schnelle SSDs wie die XP941 von Samsung zwangsläufig ausgebremst. Das liegt nicht nur an den zwei von vier möglichen Lanes, sondern auch am Routing und der Kodierung der PCIe-Leitungen auf den Boards.

  • Testsystem: Asus Z97-Deluxe [NFC & WLC], Core i5-4430 (Stromsparmodi & Turbo deaktiviert), 2 x 8 GByte DDR3-1600, Windows 8.1 Pro x64
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  • Intel 530 Series, Plextor M6E und Samsung XP941 (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Die meisten M.2-SDs nutzen eine B- und M-Kerbung. (Bild: Attend Technology)
  • Links B- und M-Kerbung mit PCIe-x2, rechts nur der M-Key mit PCIe-x4. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Praktisch alle M.2-SSDs sind 22 mm breit, nur das 3042-Format tanzt aus der Reihe. (Bild: Attend Technology)
  • Vergleich von AHCI und NVME. (Bild: Intel)
  • Samsung sieht vor, nach der XP941 auch NVME-SSDs für Consumer anzubieten. (Bild: Andreas Sebayang/Golem.de)
  • Der Controller der Samsung XP941. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Der Marvell-88SS9183-Controller der Plextor M6E. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Der LSI-SF-2281-Controller der Intel 530 Series. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Die PCIe-3.0-x4-Karte von Addonics im Asus Z97-Deluxe. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Da unser Board auf dem Tisch liegt, haben wir die Blende abgeschraubt. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
  • Blockdiagramm des Z97-Chipsatzes, rot markiert die Stelle, wo der M.2-Slot angebunden wird. (Bild: Intel, Hervorhebung: Golem.de)
Blockdiagramm des Z97-Chipsatzes, rot markiert die Stelle, wo der M.2-Slot angebunden wird. (Bild: Intel, Hervorhebung: Golem.de)
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Intel sieht vor, dass nur die x16-Slots auf den Mainboards direkt an den PCIe-Root-Complex (vulgo: Controller) angeschlossen werden, der im Prozessor selbst steckt. Alle anderen Schnittstellen müssen über die PCIe-Verbindungen des Chipsatzes angebunden werden. Dort stehen zum einen nur acht Lanes zur Verfügung, zum anderen sind diese auch noch als PCIe-2.0 ausgeführt, sodass jede Lane nur 500 MByte/s übertragen kann. Die 8b10b-Kodierung ist hier schon eingerechnet, in der Praxis kommt weiterer Protokoll-Overhead hinzu und bleiben nur noch rund 800 MByte/s übrig.

PCIe 3.0 erwünscht!

Würde der Controller im Prozessor mit PCI 3.0 genutzt werden können, so wäre mehr als die doppelte Datenübertragungsrate möglich, was auch mit nur zwei Lanes für die XP941 schnell genug wäre. Da M.2 maximal vier PCIe-3.0-Lanes mit 128b130b-Kodierung unterstützt, kann die Schnittstelle rechnerisch bis zu 4 GByte/s bei weniger Overhead übertragen - sofern sie an PCIe 3.0 angeschlossen ist.

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  • Intel 530 Series, Plextor M6E und Samsung XP941 (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
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  • Links B- und M-Kerbung mit PCIe-x2, rechts nur der M-Key mit PCIe-x4. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)
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Links B- und M-Kerbung mit PCIe-x2, rechts nur der M-Key mit PCIe-x4. (Bild: Michael Wieczorek/Golem.de)

Wünschenswert wären für bezahlbare Eigenbau-PCs mit schnellen SSDs Mainboards, bei denen der M.2-Slot entweder mit vier 2.0-Lanes oder direkt vom PCIe-Controller der CPU angesteuert wird. Dann müsste bei der Aufteilung, die Intels Blockdiagramm des Z97-Chipsatzes zeigt, auf einen dritten x16-Slot verzichtet werden, und auch eine einzelne Grafikkarte könnte nur noch mit acht Lanes angeschlossen werden.

Golem Karrierewelt
  1. Entwicklung mit Unity auf der Microsoft HoloLens 2 Plattform: virtueller Zwei-Tage-Workshop
    10./11.10.2022, Virtuell
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Weitere IT-Trainings

Das ist aber für Alltagsanwendungen und Spiele immer noch schnell genug, von der hohen Bandbreite von 16 PCIe-3.0-Lanes profitieren vor allem Rechenanwendungen für GPUs. Für solche Einsatzbereiche gibt es ohnehin schon lange spezialisierte Mainboards mit zusätzlichen PCIe-Multiplexern und mehr als drei Grafiksteckplätzen.

Für die meisten Anwender erscheint es sinnvoller, die neue M.2-Schnittstelle nicht schon bei ihrer Markteinführung künstlich auszubremsen. Asrock hat hier mitgedacht und beim Z97 Extreme6 einen M.2-Slot mit PCIe-3.0-x4 an die CPU angebunden.

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 Bootbare PCIe-VielfaltNoch ohne NVM Express 
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gelöscht 07. Mai 2015

Bitte was?! Nein, das ist mit Sicherheit nicht der Plan. Und in welchem Universum ssds...

kingjezdi 22. Apr 2015

die frage wäre wv Speed würde es dann schaffen wenn Intels Skylake Chipsätze raus sind? :D^^

f21edir 08. Jun 2014

Hallo, mein erster Beitrag/meine ersten Fragen im Forum zu diesem Thema, obwohl die...

HubertHans 27. Mai 2014

Meinst du die Ausfallwahrscheinlichkeit erhoeht sich wesentlich? Ich nicht... Die...



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