SAS vs. SATA vs. NVMe: Server-SSDs und SAS-Festplatten

SAS vs. SATA vs. NVMe ist die erste Frage, wenn Sie Laufwerke für einen Server auswählen. Die Schnittstelle bestimmt Bandbreite, Latenz und Ausfallsicherheit – und welchen Controller und welche Backplane Sie brauchen. Dieser Ratgeber erklärt die Unterschiede, die gängigen Formfaktoren, die Haltbarkeit von Server-SSDs und welche SAS-Festplatte oder SSD zu welcher Aufgabe passt.

SAS vs. SATA vs. NVMe: die Schnittstellen

SATA stammt aus dem PC und überträgt 6 Gb/s, netto rund 550 MB/s. Die Verbindung ist halbduplex, das Laufwerk sendet oder empfängt also nie gleichzeitig.

SAS (Serial Attached SCSI) ist die Server-Variante. SAS-3 überträgt 12 Gb/s im Vollduplex, also in beide Richtungen gleichzeitig. Zwei Ports erlauben zwei Controllern oder Expandern den Zugriff auf dasselbe Laufwerk – die Grundlage redundanter Pfade in Storage-Systemen. Dazu kommt eine robustere Fehlerbehandlung.

NVMe ist kein Kabelstandard, sondern ein Protokoll über PCI Express. Das Laufwerk hängt meist mit vier Lanes direkt an der CPU, ohne Controller dazwischen. PCIe 3.0 x4 bringt bis zu rund 3,5 GB/s, PCIe 4.0 x4 rund 7 GB/s. Die Latenz sinkt auf wenige zehn Mikrosekunden.

Queue Depth: warum NVMe bei Parallelität davonzieht

Unter Last stehen viele Befehle gleichzeitig in der Warteschlange. SATA kennt mit NCQ eine einzige Queue mit 32 Einträgen, SAS-Laufwerke verkraften deutlich tiefere Warteschlangen. NVMe erlaubt bis zu 65.535 Queues mit je bis zu 65.536 Befehlen; in der Praxis bekommt jeder CPU-Kern eine eigene. Deshalb skaliert NVMe bei Datenbanken und vielen VMs so gut.

SAS-Controller nehmen SATA – nicht umgekehrt

Ein SAS-Controller oder -HBA betreibt SATA-Laufwerke problemlos mit. Umgekehrt geht es nicht: Beim SAS-Stecker ist die Lücke zwischen Daten- und Stromkontakten geschlossen, damit er gar nicht erst in eine SATA-Buchse passt. Ein SATA-Laufwerk am SAS-Controller nutzt nur einen Port und bleibt bei 6 Gb/s. Mischen Sie SAS und SATA nicht im selben RAID-Verbund; viele Controller lassen das gar nicht zu.

Formfaktoren im Server

U.3-Laufwerke laufen in der Regel auch in U.2-Schächten, U.2-Laufwerke in reinen U.3-Schächten dagegen nicht immer. Fürs Betriebssystem gibt es Boot-Module wie Dells BOSS-Karte oder HPEs NS204i, die zwei M.2-SSDs gespiegelt aufnehmen und keinen Frontschacht belegen.

SAS-Festplatten und SATA-Festplatten: die Klassen

• 10K SAS (10.000 U/min): 2,5 Zoll, 600 GB bis 2,4 TB, Faustwert rund 150 IOPS. Heute meist durch SSDs ersetzt, für Bestandssysteme aber günstig, etwa die Dell 2,4 TB 10K SAS.
• 15K SAS (15.000 U/min): 2,5 Zoll, höchstens 900 GB, rund 200 IOPS. Kaum noch sinnvoll, denn jede SATA-SSD ist schneller.
• 7,2K NL-SAS und SATA (7.200 U/min): 3,5 Zoll, 4 bis über 20 TB, rund 80 IOPS und 200 bis 270 MB/s sequenziell. NL-SAS (Nearline) kombiniert die Mechanik einer Kapazitätsplatte mit der SAS-Schnittstelle und ihren zwei Ports.

Für Backup und Archiv sind 3,5-Zoll-NL-SAS-Platten wie die Seagate Exos X12 mit 12 TB erste Wahl. Alle Modelle finden Sie unter SAS-Festplatten. Meiden Sie für RAID und ZFS Festplatten mit SMR-Aufzeichnung, sie brechen beim Rebuild stark ein.

Server-SSD: Haltbarkeit in DWPD und TBW

Flash verschleißt mit jedem Schreibvorgang, deshalb geben Hersteller die Haltbarkeit von Server-SSDs in zwei Größen an. TBW (Terabytes Written) ist die Datenmenge, die über die Garantiezeit geschrieben werden darf. DWPD (Drive Writes Per Day) sagt, wie oft pro Tag die volle Kapazität beschrieben werden darf, meist bezogen auf fünf Jahre. Es gilt: TBW = DWPD × Kapazität × 365 × Jahre.

Achten Sie außerdem auf Power Loss Protection: Kondensatoren auf der Platine schreiben bei Stromausfall den Cache sicher weg. Enterprise-Server-SSDs wie die Samsung PM893 haben sie, die meisten Consumer-SSDs nicht. Für Datenbanken, ZFS und Ceph ist das Pflicht.

NVMe im Server: Backplane, Lanes und Tri-Mode

Die Laufwerksschächte stecken auf einer Backplane, die per Kabel mit dem Controller verbunden ist. Ein SFF-8643-Kabel (Mini-SAS HD) führt vier SAS-Lanes; eine 8-Schacht-Backplane braucht also zwei Kabel an einem 8i-Controller wie dem LSI 9300-8i. Backplanes mit 12 oder 24 Schächten haben meist einen SAS-Expander, der die Lanes aufteilt.

NVMe-Schächte funktionieren anders: Jedes Laufwerk braucht eigene vier PCIe-Lanes. Ein Dual-Socket-Server mit Xeon Scalable der 2. Generation hat insgesamt 96 Lanes – 24 NVMe-Laufwerke allein bräuchten 96. Deshalb ist meist nur ein Teil der Schächte NVMe-fähig, angebunden per Kabel ans Mainboard oder über PCIe-Switch-Karten. Mehr Spielraum bietet AMD EPYC mit 128 Lanes schon bei einer CPU, etwa im HPE DL385 Gen10 Plus.

Eine dritte Variante sind Tri-Mode-Controller wie der Broadcom HBA 9400-8i oder neuere RAID-Controller: Sie sprechen SAS, SATA und NVMe über dieselben Anschlüsse. Das spart Lanes, mit einem Tri-Mode-RAID-Controller ist sogar Hardware-RAID für NVMe möglich. Der Controller begrenzt aber die Gesamtbandbreite.

Laufwerksrahmen (Caddys)

Hot-Plug-Laufwerke sitzen in herstellerspezifischen Rahmen. Dell nutzt für 14G und 15G denselben Rahmen, für 13G einen anderen. HPE nutzt von Gen8 bis Gen10 Plus den SmartCarrier, Lenovo ThinkSystem eigene Rahmen. Ohne passenden Rahmen lässt sich ein Laufwerk nicht einschieben, und leere Schächte brauchen Blenden, damit die Luftführung stimmt. Für 2,5-Zoll-SSDs in 3,5-Zoll-Schächten gibt es Adapter. Laufwerke wie die Dell 1,92 TB SAS-SSD kommen bereits im passenden 14G-Rahmen.

Welches Laufwerk für welchen Einsatz?

• Boot: zwei kleine SSDs im RAID 1, etwa 240 bis 480 GB SATA oder M.2 auf einem Boot-Modul. Read Intensive reicht.
• Virtualisierung: SAS- oder SATA-SSDs im RAID 10 für kleine Hosts, U.2-NVMe wie die Samsung PM9A3 für viele VMs.
• Datenbanken: NVMe mit Power Loss Protection, bei hoher Schreiblast Mixed Use.
• Backup und Archiv: 3,5-Zoll-NL-SAS oder SATA mit 7.200 U/min im RAID 6, zum Beispiel in einem Dell R740xd mit 12 LFF-Schächten.
• ZFS und TrueNAS: Platten an einem HBA im IT-Modus, nie hinter einem RAID-Controller. Als SLOG eine SSD mit Power Loss Protection und hoher Schreibfestigkeit, etwa eine Optane P4800X.

Welches RAID-Level zu Laufwerksanzahl und Last passt, erklärt der Ratgeber RAID 1, 5, 6 oder 10.