Alles, was man über M.2 wissen muss (2024)

Moderne SSD-Speicher sind inzwischen weit verbreitet. Sie erreichen viel höhere Geschwindigkeiten als herkömmliche Festplatten, so dass man viel schneller am Computer arbeiten kann. Durch den akuten Preisverfall von SSDs haben sich die Absatzzahlen enorm erhöht. Allerdings könnten aktuelle SSDs noch viel schneller lesen und schreiben, doch sie werden durch den verwendeten Bus limitiert. Der SATA-3-Standard sieht eine maximale Übertragungsrate von 6 GBit/s vor, so dass man in der Praxis maximal 550 MByte pro Sekunde von der SSD lesen und schreiben kann.

Diese Begrenzung kann man umgehen, indem der SSD-Speicher über PCI-Express angeschlossen wird. Entsprechende PCIe-Karten sind zwar seit längerem erhältlich, jedoch deutlich teurer als SATA-SSDs gleicher Kapazität. Außerdem sind die PCIe-Steckplätze nur in stationären Rechnern vorhanden, so dass Laptops zunächst außen vor blieben, sofern Hersteller nicht proprietäre Lösungen nutzten, wie beispielsweise Apple im MacBook Air.

Vorteile von M.2

Um diese Nachteile zu beheben stellte Intel 2012 den Next Generation Form Factor, kurz NGFF, vor. NGFF-Module sind äußerst kompakt, so dass sie auch in mobilen Rechnern und Mini-Computern eingesetzt werden können. Zudem ermöglichen sie die Anbindung über bis zu vier PCI-Express-3.0-Lanes. Damit stünde eine Bandbreite von 32 GBit/s zur Verfügung, also mehr als das Fünffache von SATA 3.

Inzwischen wird NGFF unter der Bezeichnung M.2 vermarktet. Beide Namen sind in Gebrauch und werden synonym verwendet. Die M.2-Spezifikation ist übrigens sehr allgemein gehalten. So gibt es auch M.2-Steckkarten für WLAN, Bluetooth, GPS, NFC und einige andere Funktionen. Für die meisten Endverbraucher dürfte der M.2-Port aber ausschließlich für SSDs von Interesse sein. Da M.2 auch SATA zur Verfügung stellen kann, muss man auf die richtigen Komponenten achten, damit man nicht wieder die gleichen Geschwindigkeitslimits hat. Doch dazu weiter unten mehr.

Wer bereits jetzt weiß, dass er eine M.2-SSD kaufen möchte und sich nicht für Hintergründe interessiert, findet eine kompakte Kaufberatung und aktuelle Empfehlungen der Redaktion in unserer Checkliste M.2-SSD-Kauf.

Baugrößen von M.2-Karten

Die Spezifikation von M.2 sieht verschiedene Modulgrößen vor. In der Praxis kommen derzeit nur 22 Millimeter breite Steckkarten in verschiedenen Längen vor. M.2 erlaubt Längen von 30, 42, 60, 80 oder 110 mm. Aktuell werden 42, 60 und 80 Millimeter lange M.2-SSDs angeboten.

Die Abmessungen einer M.2-Karte werden codiert, indem Breite und Länge in Millimetern hintereinander angegeben werden. Eine M.2 2260 ist also 22 mm breit und 60 mm lang. Die maximale Länge eines M.2-Moduls wird durch den Einsatzort vorgegeben. Vor dem Kauf sollte man sich also vergewissern, welche Höchstlänge möglich ist. Gerade in mobilen oder sehr kompakten Rechnern ist nicht immer Platz für 8 cm lange Steckkarten.

Im umgekehrten Fall ist es natürlich möglich kürzere Karten einzusetzen, also z.B. eine M.2 2242 in einem M.2-Port für bis zu 60 Millimeter. Einzig die Fassung für die Arretierschraube ist nicht unbedingt für alle Längen vorhanden, dies hängt vom verwendeten Mainboard bzw. Notebook ab.

Die Crucial M500 als M.2-2280-Karte. Gut erkennbar: die beiden Aussparungen am Anschluss für die Key-B+M-Codierung.Quelle: Micron Technology In einigen Anwendungsfällen, in denen besonders wenig Platz zur Verfügung steht, kann auch die Höhe der M.2-Karte relevant sein. Es gibt sowohl einseitig (S1 bis S3) wie auch beidseitig (D1 bis D5) bestückte M.2-Karten. Die Komponenten auf der Karte dürfen bestimmte Maximalhöhen haben, diese sind derzeit für den Endverbraucher in der Praxis noch nicht relevant.

Was bedeuten die Keys von M.2-Karten?

Je nachdem welche Schnittstellen ein M.2-Port zur Verfügung stellt, wird eine bestimmte Form des Anschlusses eingesetzt. Diese so genannten Keys erfordern M.2-Steckkarten mit Aussparungen an bestimmten Stellen, so dass nur passende Steckkarten in den jeweiligen M.2-Port passen.

Praxisrelevant ist allerdings nur der Key M. Zwar bieten viele M.2-SSDs auch einen Key B mit einer Aussparung 6 Pins von der rechten Seite. Diese unterstützen jedoch lediglich nur maximal PCIe x2 oder SATA und werden nur von den wenigsten Mainboards unterstützt - allerdings von vielen externen USB-Gehäusen. Bei Steckkarten mit Key M befindet sich eine Aussparung auf der linken Seite, fünf Pins vom Rand entfernt. Mit Key M werden bis zu vier PCIe-Lanes und SATA unterstützt.

Die meisten derzeit erhältlichen M.2-SSDs sind Key B+M. Sie besitzen beide Aussparungen und können somit in Key-B- wie auch Key-M-Ports gesteckt werden. Käufer müssen sich vergewissern, dass Port und Modul den gleichen Key unterstützen, sonst wird die M.2-Karte nicht passen.

Über die so genannten „Keys“ wird sichergestellt, dass nur kompatible Steckkarten in einen M.2-Port passen. Gebräuchlich sind derzeit Key B, Key M und Key B+M.Quelle: Schottenland / NikNaks / CC BY-SA 3.0

SATA oder PCIe bei M.2-SSDs?

Wie weiter oben bereits erwähnt, kann M.2 sowohl SATA als auch PCI Express als Schnittstelle zur Verfügung stellen. Das bedeutet, dass M.2-SSDs nicht zwangsläufig schneller sind als herkömmliche 2,5-Zoll-SSDs mit Sata-3-Schnittstelle. Tatsächlich sind viele der im Handel befindlichen M.2-SSDs mit SATA 3 angebunden. Sie unterliegen damit den gleichen Tempolimits und bieten keinen Geschwindigkeitsvorteil.

Warum gibt es dann M.2-SSDs mit SATA-Anschluss? Gegenüber den schnelleren PCIe-SSDs waren sie anfangs preiswerter und benötigen weniger Platz als 2,5-Zoll-Laufwerke. Deswegen findet man in aktuellen Ultrabooks und Notebooks oft nur noch einen M.2-Port, so dass möglichst kompakte Geräte angeboten werden können.

Den vollen Geschwindigkeitsvorteil bieten M.2-SSDs, die über PCIe angebunden sind. Diese nutzen dann anstatt des SATA-Protokolls das wesentlich schnellere NVMe-Protokoll zur Datenübertragung. Zwar sind die Preise entsprechend höher, doch mit diesen SSDs können Daten viel schneller gelesen und geschrieben werden. Aber: auch bei PCI Express gibt es Unterschiede: Je nachdem wie viele Lanes genutzt werden, ist das Tempo geringer oder höher. Mit PCIe 2.0 sind pro Lane 5 GBit/s möglich.

Eine Anbindung über zwei Lanes mit PCIe x2 limitiert die Bandbreite auf 10 GBit/s, ist also somit rund 50 Prozent schneller als SATA 3. Bei der Verwendung von vier Lanes liegt das Limit folglich bei 20 GBit/s und entsprechende SSDs lassen SATA-3-Modelle weit hinter sich. Ganz frisch ist der PCIe 5.0 Standard für SSDs. Hier sind Transferratern von bis zu 15000 MB/s möglich.

Zum Start der M.2-SSDs hatte die Redaktion von golem.de die ersten zwei M.2-SSDs mit PCIe-Anbindung getestet und mit einer Samsung 840 Pro verglichen. Die durchschnittliche Lesegeschwindigkeit der 840 Pro lag im Test bei 540 MByte/s. Bei Anbindung über zwei PCIe-Lanes erreichten die Plextor M6E und die Samsung XP941 Geschwindigkeiten von 748 bzw. 797 MByte/s. Das entspricht in etwa der zu erwartenden Steigerung um rund 50 Prozent.

Mittlerweile sind noch deutlich höhere Geschwindigkeiten möglich - mit M.2-SSDs, die PCIe 4.0 unterstützen. Damit stehen pro Lane 16 GBit/s und folglich insgesamt 64 GBit/s Bandbreite zur Verfügung. So zum Beispiel die Samsung SSD 980 Pro M.2 oder die Samsung SSD 980, die Geschwindigkeiten von bis zu 7000 MB/s erreichen und damit bereits beim Lesen das Maximum von PCIe 4.0 x4 erreichen. Voraussetzung dafür ist natürlich auch hier ein entsprechendes Mainboard, wie z.B. viele aktuelle Intel-Mainboards der neuesten Generation, die die Anbindung einer M.2-SSDs per PCIe 4.0 x4 unterstützen.

Seit dem Sommer 2020 sind die neuen M.2-SSDs mit PCIe-4.0-Anbindung auf den Markt. Im Vergleich zum Vorgänger PCIe 3.0 wurden die Geschwindigkeiten nochmals verbessert. Je nach Modell können hier bis zu 7500 MB/s erreicht werden. Diese M.2-SSDs sind für PCIe-4.0 konzipiert.

Ganz frisch mit dem Release der neuen Intel Core-i-Prozessoren der 12. Generation und den dazugehörigen Z690-Mainboards gibt es nun erstmals M.2-Ports mit PCIe-5.0-Anbindung. Passende M.2 SSDs sind jedoch noch nicht erhältlich. Der neue Standard, frühestens im Sommer 2022 mit entsprechenden SSDs aufwarten kann, soll die Performance noch einmal verdoppeln. Gleiches gilt für den neuen AM5-Sockel von AMD.

Mehr Empfehlungen hier: Checkliste M.2-SSD-Kauf

Mainboards mit M.2

Viele Intel-Mainboards der 9er-Reihe und boten erstmals einen M.2-Port. Allerdings sah Intel die Anbindung leider nur mit zwei PCIe-2.0-Lanes vor, so dass SSDs, die vier Lanes unterstützen, an solchen Boards ausgebremst werden. Dennoch ist diese Schnittstelle rund 50 Prozent schneller als SATA III. Wer ein solches Board besitzt, kann sich bei der M.2-SSD den Aufpreis für die Unterstützung von vier Lanes sparen. Wer trotzdem die volle Geschwindigkeit von vier Lanes nutzen möchte, muss zu einem Adapter für einen PCIe-Port greifen (siehe nächster Abschnitt).

Das Fatal1ty 990FX-Killer von ASRock war das erste Mainboard mit M.2-Port.Quelle: ASRock Als erstes Mainboard sah das ASRock Z97 Extreme6 einen M.2-Port direkt mit vier PCIe-3.0-Lanes vor, so dass die Limitierung der anderen Boards hier nicht besteht.

Mittlerweile sind viele Mainboard der neuen Intel-Generationen mit Sockel 1700, 1200, 1151, und 2011v3, bzw 2066 mit einer solchen Anbindung ausgestattet.

Intel-Mainboards mit PCIe-M.2-Ports

Unter den AMD-Mainboards findet man dank AM4-Chipsatz auch viele Modelle mit M.2-Port. Kurioserweise war AMD sogar Vorreiter und präsentierte mit dem ASRock Fatal1ty 990FX Killer das erste Mainboard überhaupt mit M.2. Die Anbindung erfolgt bei älteren Mainboards für den AM3+-Sockel jedoch teilweise noch über zwei PCIe-2.0-Lanes oder per SATA. Also vorher genau in den Spezifikationen nachsehen.

Aktuelle AMD-Mainboards mit AM4-Sockel bieten ebenfalls PCIe-4.0. Der AM5-Sockel sogar auch PCIe-5.0.

AMD-Mainboards mit PCIe-M.2-Ports

Die Australischen Kollegen von Ramcity haben übrigens schon viele Mainboards und M.2-SSDs auf Kompatibilität getestet.

M.2-SSDs an alten Mainboards betreiben

Mittels Adaptern kann man M.2-SSDs auch in älteren Computern betreiben. Für SATA-SSDs gibt es entsprechende Adapter, mit denen eine M.2-SSD zum 2,5-Zoll-Laufwerk wird. Allerdings bringt diese Lösung keinen Geschwindigkeitsvorteil und kostet mehr als eine 2,5-Zoll-SSD, so dass dies nur in sehr speziellen Fällen interessant sein dürfte.

Adapter, wie dieses Modell von Delock, ermöglichen den Betrieb von M.2-SSDs in einem PCIe-Steckplatz.Quelle: Delock Ein echtes Plus an Geschwindigkeit bringt der Einsatz einer M.2-SSD mit PCIe-Schnittstelle. Im Handel sind Konverter erhältlich, mit denen man diese SSDs als PCI-Express-Karte betreiben kann. Im oben angeführten Test der Golem-Redaktion kam auch ein solcher Adapter zum Einsatz. Zusammen mit der Samsung XP941 wurde so eine Lesegeschwindigkeit von 1,2 GByte/s erreicht.

Wenn das ältere Mainboard über einen freien PCIe-Steckplatz mit vier oder mehr Lanes verfügt, macht ein solcher M.2- zu PCIe-Adapter am meisten Sinn. Zu Bedenken gilt es nur, dass nicht alle dieser Adapter bootfähig sind. Wer also ein Betriebssystem auf einer M.2-SSD via PCIe-Adapter betreiben möchte, sollte sich vorher genau über den PCIe-Adapter informieren. Aber auch ein zu altes Bios kann einem einen Strich durch die Rechnung machen. Hier gibt es PCIe zu M.2 Adapter-Karten.

Die OCZ Toshiba RD400 kann sogar komplett mit einem PCIe-Karten-Adapter erworben werden. Besonders praktisch: wechselt man in Zukunft auf ein Mainboard oder Notebook mit eingebautem M.2-Port, kann die SSD einfach aus dem Konverter entfernt und weiterverwendet werden.

Empfehlungen zu PCIe-Adaptern gibt es hier: Checkliste M.2-SSD-Kauf

Fazit

Mittlerweile sind M.2-SSDs mit SATA-Schnittstelle eigentlich kaum noch relevant. Waren sie früher noch preislich attraktiv, ist dieser Vorteil schon länger nicht mehr gegeben. Daher raten wir nur zu einer solchen M.2 SSD, wenn es keine andere Möglichkeit gibt, wie z.B. bei älteren Notebooks, die nur einen M.2-SATA-Port haben.

• M.2-SSDs mit SATA-Schnittstelle

Den vollen Geschwindigkeitsvorteil spielt M.2 aus, wenn die Anbindung über PCI Express erfolgt. Dabei gilt: Mehr Lanes sind besser und PCIe 5.0, 4.0 und 3.0 sind schneller als PCIe 2.0. Allerdings müssen alle Komponenten dann diese Anbindung unterstützen. Beispielsweise wird eine PCIe x4-SSD durch die Verwendung in einem x2-Port ausgebremst.

• M.2-SSDs mit PCIe-Schnittstelle
• Aktuelle AMD-Mainboards mit PCIe-M.2-Schnittstelle
• Aktuelle Intel-Mainboards mit PCIe-M.2-Schnittstelle