m.2 slot m-key

NVMe-Support für alte Computer

Ausgangslage:
Auf meinem GA-Z97m-D3H waren bereits alle SATA-Ports belegt, aber ich benötigte für mein elementary OS eine neue SSD, denn ich hatte die aus meinem Notebook in den Rechner gebaut. 500 GB-SATA-SSDs kosten aktuell (01/2021) ca. 75 Euro, wenn man eine schnelles „Laufwerk“ mit 3D-NANDs haben möchte.

Da aktuell die NVMe-SSDs deutlich billiger (55 Euro) und wesentlich schneller (2.400 MB/sec) als ihre SATA-Pendants (475 MB/sec) sind, benötigte ich einen Adapter für meine neu erworbene WD Blue SN550 500 GB.

Wie man diesen Adapter nachrüstet:
Bevor man diesen Adapter kauft, muss man herausfinden, ob das eigene Mainboard überhaupt NVMe-fähig ist. Die meisten alten Mainboards sollten Anfang 2015 BIOS-Updates bekommen haben, die NVMe-Funktionalität nachrüsten. Das muss man aber dringend auf der Hersteller-Website überprüfen!

Welches Mainboard Ihr besitzt, könnt Ihr entweder an der aufgedruckten Typbezeichnung sehen (meist zwischen den Erweiterungsslots auf dem Mainboard zu finden), oder unter Ubuntu & Co durch den Befehl

sudo dmidecode | grep -i product

anzeigen lassen.

Benutzt Ihr das Point & Click-Adventure „Windows“, so müsst Ihr Euch Fremdsoftware wie CPU-Z installieren.

Wie dem auch sei: In meinem Fall ist das Mainboard ein Z97M-D3H von Gigabyte. Das hat bereits mit der BIOS-Version f6 ein Update für NVMe-SSDs bekommen. Ruft die Website des Herstellers auf und sucht in der Auflistung der BIOS-Änderungen nach „NVMe“. Habt Ihr ein BIOS, welches neuer ist als das mit dem NVMe-Support, dann ist alles gut und wir machen weiten. Ist Euer BIOS veraltet, so müsst Ihr es nun aktualisieren.

UEFI-BIOS-Version unter Ubuntu auslesen:

sudo dmidecode -t 0

Noch Platz frei?
Nun prüft man, mit einem Blick in den Rechner, ob überhaupt noch ein passender PCIe-Slot frei ist. In meinem Falle war der einzige PCIe 3.0 16x-Slot von der Grafikkarte belegt. Einzig ein PCIe 2.0 16x-Slot, der nur über den Z97-Chipsatz angebunden ist, war noch frei. PCIe 2.0! 🙁  Das ist Mist!  Warum? Dazu gleich mehr!

Ein Wort zu PCIe:
Es gibt PCIe in den Versionen 1.0 bis 6.0.
Es gibt PCIe mit x1, (x2), x4, x8, x16 Slots.
Hier etwas Theorie, in der Praxis mag das manchmal anders sein:
Alte Karten (z.B. PCIe 1.x) passen in neue Slots (6.0) – und umgekehrt.
Jede PCIe-Karte passt in jeden Slot (größere Karten in kleinere Slots, sofern das baulich mechanisch möglich ist. Die jeweils kleinere Version bestimmt die maximale Geschwindigkeit!

PCIe M.2 geschwindigkeiten
PCIe-Slots im Vergleich

Ein Wort zu M2. NMVE SSDs:
M.2 NVMe SSDs benutzen nur vier PCIe Lanes (x4), das begrenzt die Datenraten in GB/sec wie folgt:

Version/Lanes PCIe 1.0 PCIe 2.0 PCIe 3.0 PCIe 4.0 PCIe 5.0 PCIe 6.0
×4 1 2 4 8 16 32

In meinem Fall heißt das, dass bei 2 GB/sec bzw. 2.000 MB/sec Feierabend ist. Okay, das ist immer noch mehr als viermal so schnell wie meine alte SanDisk SSD Plus 480 GB. Die schafft fast 460 MB/sec lesend und 360 MB/sec schreibend. Die neue WD Blue SN550 mit 500 GB schafft 2.400 lesend (in einigen Benchmarks sogar über 2.500, in anderen aber auch nur 1.600 MB/sec!). Wir werden sehen!

m.2 slot m-key
M.2 Slot in M-Key-Ausführung

leistung ssd plus 480 gb benchmark
Leistung der alten SanDisk SSD Plus mit 480 GB Kapazität

Zusammenbau:
Ich habe mir einen Adapter der Firma „6amLifestyle“ gekauft, der in Steckplätzen bis x16 Platz findet. Tja, 4x hätten ja auch gereicht. Dazu die schon erwähnte WD SN550 mit 500 GB.

Der Adapter kommt mit allem – und noch viel mehr – was man für den Einsatz benötigt. Ein Abstandshalter mit Schraube aus Messing, ein Kühlkörper mit Gummibändern, gleich vier Wärmeleitpads und ein Schraubenzieher sind im Lieferumfang enthalten.


Der Adapter und die M.2 SSD

Möchte man den beiliegenden Kühlkörper benutzen, so legt man das Wärmeleitpad so auf die SSD, dass alle Chips damit bedeckt sind, legt den Kühlkörper darauf und befestigt ihn so mit den Gummibändern, dass die Platine der SSD nicht verbogen wird. Vorzugsweise sitzen die Gummibänder also über den Speicherchips der SSD.

m.2 ssd wärmeleitpad
SSD mit Wärmeleitpad

m.2 mit Kühlkörper
SSD mit Kühlkörper

Nun steckt man die NVMe-SSD in den Slot auf dem Adapter und klemmt den Abstandhalter in die halbrunde Aussparung auf der SSD und das Loch am Ende des Adapters. Mit der Schraube den Abstandhalter festschrauben und schon sitzt die SSD spannungsfrei auf dem Adapter.

m.2 befestigung adapter
Adapter von unten

m.2 SSD auf Adapter
Adapter von oben

m.2 ssd auf pcie adapter
Fertig zusammengesetzt

Einbau in den Rechner:
Dieser Adapter bietet insgesamt gleich vier Befestigungslöcher für unterschiedlich lange SSDs! Besonderes Highlight: Er passt in PCIe-Slots mit 4x, 8x und 16x Lanes, ohne dass diese dafür eine Aussparung für längere Karte am hinteren Ende haben müssen!

Dabei ist allerdings zu beachten, dass es bei 4x und 8x-Slots keinerlei Befestigungsmöglichkeiten gibt. Erst in einem x16-Slot kann der Adapter mit der Klammer des Slots arretiert werden. Allerdings nur im hinteren Bereich! Vorne kann der Adapter herausrutschen! Bei einem Transport des Rechners sollte man also tunlichst darauf achten, dass dies nicht passiert!

Persönlich würde ich diesen Adapter nur kaufen, wenn ich ihn in einen x16-Slot stecken kann. Andernfalls rate ich dringend, zu einem Adapter mit Slotblech! Da kann man dann auch beruhigt zu einem mit „nur“ PCIe x4 Anschluss greifen.

m.2 pcie nvme eingebaut
Die Karte steckt im Rechner

Initialisierung bei älteren Boards:
Steckt der NVMe-PCIe-Adapter erst mal in dem Board, passiert exakt gar nichts! Die SSD wird weder als Bootdevice erkannt, noch erscheint sie z.B. unter Linux unter den PCI-Devices. Aber keine Sorge, weder die SSD noch der Adapter sind defekt, denn einzig direkt unter Windows wird die SSD erkannt, sobald man die Datenträgerverwaltung aufruft.

m.2 pcie nvme adapter eingebaut
Das erste Lebenszeichen! Vier ultrahelle LEDs? Ernsthaft?

Im Gegensatz zu den vielen Beschreibungen im Netz erkennt auch ein Windows 10-Installationsstick die SSD nicht! Wenn man also ein altes Board besitzt, sollte man schon ein laufendes Windows 10 am Start haben, oder das Board verfügt über einen nativen M.2-Slot. Alternativ kann man die SSD auch in einem anderen Rechner oder Notebook mir GPT partitionieren. Auch ganz ohne Windows.

Hintergrund:
Das UEFI-BIOS älterer Mainboards erkennt wohl eine NVMe-SSD nur, wenn diese bereits GPT partitioniert wurde. Erst danach erscheint sie auch als auswählbares Boot-Device.

Betriebssystem kopieren
Ich empfehle das laufende Betriebssystem mit Clonezilla auf die neue NVMe-SSD zu übertragen. Das ist der einfachste und schnellste Weg. Clonezilla ist die absolute Macht in diesem Bereich. Das klont alles. Die ganze Aktion dauerte bei mir alles in allem keine vier Minuten.

Leistung der neuen SSD
Tja, und was hat das nun gebracht? Ich kann jetzt nicht behaupten, dass der Rechner signifikant schneller gebootet ist.

Leistung SN550 pcie 2.0

Das ist weit unter den zugesagten Daten der SSD und noch deutlich unter der theoretischen(!) Leistung des PCIe 2.0-Busses.

Ja, okay, 1,6 GB/sec lesend und 1,3 GB/sec schreibend sind schon für so eine alte Scherbe von Rechner ganz okay. Theoretisch wären 2,4 GB/sec drin, aber wenn man sich mal alle möglichen Testergebnisse, gerade von M.2-SSDs so ansieht, dann stellt man fest, dass irgendwas zwischen 1,6 und 2,5 GB/sec im normalen Bereich liegen. Je nachdem, wer womit was gemessen hat.

Beschleunigung im Vergleich zur SATA-SSD
Lesend: 3,5 x so schnell
Schreibend: 3,7 x so schnell
Zugriffszeit: 2 x so schnell

Fazit
Dieser Adapter ist zusammen mit einer guten NVMe-SSD immer noch billiger als eine gleich große SATA-SSD mit 3D-NANDs alleine. Und eben im Zweifel deutlich schneller. Alleine das rechtfertigt für mich den Aufwand. 🙂

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