PCGH Basiswissen: M.2 - Welcher Slot kann was? (2024)

Im letzten Jahrzehnt trat PCI-E die Nachfolge von AGP als beliebteste GPU-Schnittstelle an, auch Erweiterungskarten sind mittlerweile fast vollständig vom alten PCI-Format auf die Express-Version umgezogen. Das nächste Ziel sind Massenspeicher: PCI-Express im M.2-Format soll die alte SATA-Schnittstelle ablösen und trotz noch hoher Preise gibt es wenig Zweifel am Gelingen dieses Plans, denn bis zu 4.000 MB/s statt 600 MB/s theoretische Maximalleistung sind ein großer Sprung nach vorn. Aber M.2 ist mehr als nur eine High-End-SSD-Schnittstelle - oder genauer gesagt: Manchmal ist es deutlich weniger.

M.2: Die Kodierungen

Im Fokus der M.2-Entwicklung standen nicht nur eine gesteigerte Geschwindigkeit, sondern auch kompakte Abmessungen. Schnelle Desktop-Laufwerke sind nämlich nur Nutznießer einer Entwicklung, die vor allem Micro-SATA und Micro-PCI-Express in Notebooks ersetzen soll. Dies merkt man schon an der vollständigen Bezeichnung von M.2-SSDs, die ihr Format oft mit dem Zusatz "2280" angeben. Diese Ziffern stehen für die Breite (22 mm) und die Länge (80 mm) des Moduls, sie könnten aber auch "30110" oder "2216" lauten, denn zur optimalen Platzausnutzung ist ein Vielzahl von Platinengrößen definiert, welche alle die gleiche M.2-Kontaktleiste nutzen. In der Praxis verfügbar sind bislang vor allem 22 mm breite Module, die bei SSDs 60, 80 oder 110 mm lang ausfallen, im Falle von WLAN-Modulen aber meist 30 oder 42 mm kurz sind. Eng verbunden mit diesen beiden Haupt-Anwendungsbereichen ist die Ausgestaltung der Kontaktleiste. WLAN-Module sind für Slots mit sogenannter E-Kodierung gedacht, SSDs setzen dagegen auf den sogenannten M-Key. Mechanisch werden diese Kodierungen durch eine Kerbe in der Kontaktleiste der SSD und eine korrespondierende Nase im M.2-Steckplatz gekennzeichnet. Die Folge: M.2-SSDs (M-Kerbe) passen nicht in M.2-Steckplätze, die für WLAN-Module gedacht sind (E-Nase) - und umgekehrt. Quelle: PC Games HardwareM.2-WLAN-Module mit vertikaler Ausrichtung finden sich vor allem auf Asus- und MSI-Mainboards. Der Steckplatz an sich ist physisch zum normalen e-Key kompatibel, aber die Befestigung der Platine nicht, was Nachrüstmöglichkeiten einschränkt.Als dritte M.2-Kodierung (von insgesamt 12 spezifizierten) findet sich auf einigen älteren Modellen übrigens noch der B-Key. Die Geschwindigkeit dieser alten Implementationen lässt sich nur mit WLAN-Modulen sinnvoll nutzen, die auch meist sowohl über eine E-, wie auch eine B-Kerbe verfügen.

M.2: Sonderfall senkrechte Steckplätze

Ein weitere M.2-Spielart, die für WLAN-Erweiterungen typisch, prinzipiell aber für alle Kodierungen möglich ist, sind vertikale M.2-Slots. In diesen werden die Module nicht waagerecht parallel zum Mainboard platziert, sondern stehen senkrecht wie eine Miniatur-Steckkarte. Dieses Format wird vor allem von Asus und MSI genutzt, um WLAN-Module unmittelbar hinter der I/O-Blende unterzubringen, sodass auf der WLAN-Platine montierte Antennen direkt durch das I/O-Shield ragen können. Horizontale WLAN-Lösungen, wie sie von Asrock und Gigabyte bevorzugt werden, erfordern dagegen getrennte Antennenhalterungen, die per Kabel mit dem M.2-Modul verbunden werden. Für Bastler ist die letztere, eigentlich weniger elegante Variante die attraktivere, denn entsprechende WLAN-Lösungen sind auch einzeln erhältlich. So lassen sich Mainboards nachträglich erweitern, die nur einen entsprechenden Slot haben und ohne Wifi ausgeliefert werden. Bei vertikalen Slots ist dies mangels passender Module auf dem freien Markt dagegen nur eine theoretische Option, genauso wie der Einsatz von M.2-Risern und Adaptern auf diverse andere Schnittstellen, die fast immer die für horizontale M.2-Slots typische Halterung erfordern.

M.2: Die elektrische Anbindung

Gekoppelt an das mechanische M.2-Format sind die elektrischen Schnittstellen des jeweiligen Steckplatzes. M.2-E-Key- und in vermindertem Maße auch -B-Key-Slots bieten hierbei unter anderem eine bunte Sammlung von Spezial-Schnittstellen nebst USB, die im Alltag nur für Wifi-Module interessant sind. Wesentlich wichtiger sind für PC-Nutzer die auch für Massenspeicher verwendbaren Standards SATA und PCI-Express. Ersteres ist für M.2-B-Key- und -M-Key-Steckplätze spezifiziert, aber nicht in jedem Fall auch verbaut. Wer eine M.2-SATA-SSD nutzen möchte, der sollte also genau hinsehen - der Betrieb könnte nicht nur an mechanisch inkompatiblen E-Key-Steckplätzen scheitern, sondern auch in einigen M-kodierten. Umgekehrt gilt die gleiche Einschränkung für PCI-Express-basierte SSDs: Aktuelle High-End-Modelle für vier PCI-Express-Lanes (bevorzugt nach zeitgemäßem 3.0-Standard) nutzen das M-Key-Format, welches als einziges diese Anbindung bieten kann - aber nicht muss. Auf einigen alten Mainboards, aber auch auf zahlreichen nagelneuen AM4-Platinen finden sich M.2-M-Key-Slots, die ausschließlich SATA-SSDs aufnehmen. In den aktuellen Fällen ist dies zum Glück nur für zusätzliche Steckplätze neben einem primären PCI-Express-×4-3.0-Slot der Fall und somit als Service zu betrachten: Der Hersteller trennt SATA- und PCI-E-Funktionalität auf zwei M-Key-M.2s und erlaubt so den Betrieb von zwei SSDs. Das ergibt zwar nur in wenigen Szenarien einen Vorteil, gegenüber einem einzelnen Steckplatz der SATA und PCI-Express unterstützt, aber auch keinerlei Nachteile.

M.2: Die PCI-Express-Geschwindigkeiten

Hat man einen M.2-Steckplatz, der mechanisch zur neuen NVME-SSD kompatibel ist, die richtige Orientierung für deren Befestigung aufweist und über eine PCI-Express-Anbindung verfügt, ist die gewünschte "M.2-Geschwindigkeit" immer noch nicht garantiert: Wie alle PCI-Express-Verbindungen erlauben auch M.2-Slots verschiedene Standards und verschiedene Linkbreiten. Die mittlerweile am meisten verbreitete, schnellste und bei dem Kürzel "M.2" typischerweise in den Sinn kommende ist die Anbindung mit vier PCI-Express-Lanes gemäß 3.0-Standard. Entsprechende Steckplätze werden von den Herstellern meist mit der theoretisch erreichbaren Bandbreite (32 GBit/s) gekennzeichnet und nutzen immer das M-Key-Format, denn nur dieses erlaubt vier Lanes. Sockel-AM3-, -AM4- und vereinzelt -1150-Platinen bieten auch Steckplätze mit PCI-Express-2.0-Unterstützung und ebenfalls vier Lanes (im Falle von AM4 wiederum zusätzlich neben 3.0 ×4). Auf älteren Mainboards mit einem PCI-Express-×4-Slot lässt sich diese M.2-Spielart mittels Adapterplatine nachrüsten. Die maximal mögliche Geschwindigkeit halbiert sich auf knapp unter 2 GB/s, ist aber immer noch deutlich schneller als SATA.

Die gleiche Geschwindigkeit würden Slots mit PCI-Express-3.0-Unterstützung und zwei Lanes erreichen. In der Praxis verbaut kein Mainboard-Hersteller dieses Format, auf SSD-Seite kann es aber für alte Systeme interessant werden: Laufwerke, die nur zwei Lanes nutzen, verfügen typischerweise sowohl über eine M- als auch eine B-Kerbe und sind somit prinzipiell zu den ältesten M.2-Implementationen kompatibel. Geschwindigkeitsrekorde kann man in so einem Fall nicht erwarten, eine PCI-Express-2.0-Lane ist sogar langsamer als SATA. Verglichen mit 2,5-Zoll-Laufwerken entfällt aber das Kabel. Theoretisch wäre eine Dual-Lane-Anbindung von SSDs übrigens auch im E-Key-Format möglich. Praktisch baut aber kein Hersteller entsprechende Laufwerke, so dass sich E-Key-Steckplätze nur für die erwähnten Wifi-Lösungen nutzen lassen, wenn man nicht auf Bastellösungen mit Riser-Karten zurückgreift.

M.2: Fazit

Ziel der M.2-Entwickler war ein universell nutzbares, kompaktes Format für Mini-PCs und Notebooks, um niedrige Entwicklungs- und Fertigungskosten, geringen Platzverbrauch und steigende Geschwindigkeiten zu bieten. Dies ist gelungen, ähnlich wie bei den Vorgängern Micro-PCI-Express und Micro-SATA (mechanisch identisch, elektrisch inkompatibel!) ist das Ergebnis aus Anwendersicht aber sehr unübersichtlich. In der Praxis bezeichnet "M.2" zwei vollkommen verschiedene Schnittstellen: M.2-E-Key für Wifi-Module und M.2-M-Key für Massenspeicher. M.2-B-Key als dritte Geschmacksrichtung und als Brücke zwischen M.2-WLAN und Mittelklasse-PCI-Express-M.2-SSDs ist quasi ausgestorben. Umso mehr Aufmerksamkeit muss der Käufer daher den verschiedenen Ausbaustufen von M.2-M-Key widmen: Von Uralt-SATA bis High-End-NVME sind hier verschiedenste Laufwerksgeschwindigkeiten möglich. Handbücher und Mainboard-Tests verraten, was im Einzelfall tatsächlich möglich und/oder sinnvoll ist.