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Festplatte, SSD, USB, Ethernet – welche Geschwindigkeiten kann man erwarten?

Eine realistische Messung von Schreib- und Lesegeschwindigkeiten stellt eine Herausforderung dar. Die Herstellerseiten von Speichermedien, Kabeln und Gehäusen preisen meist Geschwindigkeiten an, welche sich in eigenen Erfahrungen selten widerspiegeln. Das muss nicht (nur) an unrealistischen Werbeversprechen liegen. Zwischen physikalischem Speichermedium und sendendem Prozessor passieren Daten verschiedenste Komponenten – und die langsamste bestimmt die tatsächliche Datenrate. Die schnellste SSD nützt nichts, wenn sie Daten über etwa einen veralteten USB-Standard überträgt. Am selbstständigen Messen in der eigenen Hardware führt also kein Weg vorbei. Ein paar realistische Anhaltspunkte helfen, den Flaschenhals zu identifizieren, erklärt Mac-Blogger Howard Oakley in einem Blog-Beitrag.


Kabel, Buchse und Controller
Der häufigste limitierende Faktor stellt die Kabelverbindung zwischen Gerät und Speichermedium. Hier sieht man den jeweiligen Elementen ihre Limitierungen nicht auf den ersten Blick an. Das beste Beispiel stellt USB dar: Der Steckertyp (USB-A oder USB-C) verrät wenig darüber, welche Geschwindigkeit möglich ist. Erst wenn Rechner, externes Gehäuse und Kabel denselben hohen Standard unterstützen, ist die maximale Verbindungsgeschwindigkeit möglich. Zudem unterscheiden sich bei manchen Macs die einzelnen Buchsen, was unterstützte Standards angeht. Bei USB-C-Verbindungen legt man sich also am besten ein hochwertiges Kabel zu, welches den aktuell höchstmöglichen Standard unterstützt, und überprüft damit die Koppelung von Gehäuse und Rechner.

Mac-relevante Übertragungsstandards
Verbindung maximale Datenrate (Mbps) maximale Datenrate (MByte/s)
Firewire 393 49,13
Firewire-800 786 98,25
USB 2 480 60
USB 3.0 5000 610
USB 3.1 Gen 1 10000 1220
USB 3.1 Gen 2 20000 2440
Thunderbolt 10000 1220
Thunderbolt 2 20000 2440
Thunderbolt 3 40000 4880
Thunderbolt 4 (USB4) 80000 9660
Quelle: Wikipedia

Übers Netz ist langsamer
Auch bei Ethernet-Kabeln und beim WLAN gibt es unterschiedliche Standards mit unterschiedlich hohen Geschwindigkeiten. Aktuelle Macs unterstützen beim Ethernet maximal 10 Gbit/s, das wäre bei besten Bedingungen die Geschwindigkeit von Thunderbolt 1 oder USB 3.1 Gen 1. Um mehrere Geräte mit einem Server zu verbinden, ist Ethernet eine gute Wahl. Es scheidet jedoch aus, um möglichst schnelle Datentransferraten an einem Mac zu erreichen.

Festplatte und SSDs
Auf rotierenden Scheiben gibt es Unterschiede, was die Geschwindigkeit angeht: Je weiter außen der Schreib-Lese-Kopf, desto mehr Speicherbits fliegen bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit vorbei. Im Alltag bedeutet dies in den seltensten Fällen einen nennenswerten Faktor, da SSDs in Sachen Geschwindigkeit den Festplatten längst den Rang abgelaufen haben. Bei Solid-State-Drives gilt es zu beachten, dass macOS die automatische Aufräum-Funktion Trim nicht standardmäßig unterstützt. Auf Dauer führt dies zu verlangsamten Schreib-Lese-Raten. Deswegen sollten Mac-Nutzer für den Dauereinsatz eine SSD mit NVMe-Interface bevorzugen – diese erreichen in der Regel auch bis zu doppelte Geschwindigkeit. Keine Verbindung kann aktuell die Schreib- und Leseraten der von Apple auf dem Mainboard verlöteten Speicherbausteine übertreffen. In seinen Messungen erreichte er die höchsten Messwerte per Kabel über USB4; die integrierte SSD seines Mac Studio erreichte locker doppelte Schreib-Lese-Geschwindigkeiten.

Time Machine bremst eigenständig
Howard Oakley verwendete für seine Tests von Lese- und Schreibgeschwindigkeiten das selbstgeschriebene Tool Stibium. Dazu zog er die automatisierten Schreib-Tests von Time Machine zu Rate, deren Protokoll er mit T2M2 auslas. Seine Feststellung: die macOS-interne Datensicherung testet auf eine Minimalgeschwindigkeit von etwa 200 MByte/s (eine große Datei) sowie etwa 20 MByte/s (viele kleine Dateien). In der Praxis erreicht Time Machine auch sehr geringe Schreibraten; sie sind oft weit von den maximal möglichen Geschwindigkeiten der genutzten Verbindung entfernt. Wer also lediglich nach einer passenden Verbindung für Time Machine sucht, braucht sich über eine optimale Verbindung keine unnötigen Gedanken zu machen.

Kommentare

Maniacintosh
Maniacintosh13.09.24 12:35
Kleine Korrektur: Thunderbolt 4 (USB 4) ist immernoch bei 40 GBit/s, wie auch TB3.
0
sudoRinger
sudoRinger13.09.24 12:44
Maniacintosh
Kleine Korrektur: Thunderbolt 4 (USB 4) ist immernoch bei 40 GBit/s, wie auch TB3.
Die maximale Datenrate für Speichermedien bei Thunderbolt 3 ist 32 GBit/s (von insgesamt 40 Gbit/s).
Da beim USB4-Standard die komplette Bandbreite für die Datenübertragung nutzbar ist, kann hier 40 GBit/s erreicht werden. Die 40 Gbit/s sind aber optional, verpflichtend sind für die USB-Übertragung nur 20 Gbit/s (vom Mac nicht unterstützt). Die Bandbreite für die Thunderbolt 4-Datenübertragung per PCIe liegt weiterhin verbindlich bei vier PCIe-Lanes mit 32 Gbit/s.
0
MetallSnake
MetallSnake13.09.24 12:48
Sollte wohl Thunderbolt 5 (USB 4 2.0) heißen. Dann passen die Werte wieder.
Das Schöne an der KI ist, dass wir endlich einen Weg gefunden haben, wie die Wirtschaft weiter wachsen kann, nachdem sie jeden Einzelnen von uns getötet hat.
+1
Kehrblech13.09.24 12:50
Der Hinweis auf die Schnittstellen und Kabel ist sicher wichtig. Allerdings geht ihr mir ein wenig zu sehr über die verwendeten Speichermedien hinweg. Beispiel: Wer eine einzelne Festplatte anschließen will, ist mit USB 3.0 völlig ausreichend bedient. HDDs schreiben heute mit maximal der halben erreichbaren Datenrate von 610 MByte/s, also mit max. 300 Mbytes/s. D.h. USB 3.0 reicht mit guten Sicherheitsbereich vollkommen aus. Auch RAID-Systeme liegen selbst in modernster Ausführung i.d.R. noch im Rahmen von USB 3.0.
Bei SSDs wird es dann noch viel komplizierter. Aber auch hier gilt, das handelsübliche SSDs selbst im modernsten Fall kaum an die TB/USB 4-Max.-Geschwindigkeit heranreichen (9660 MByte/s). Fertig SSDs liegen kaum über 1000 MByte/s und nur die neuesten NVMe SSDs sind in der Lage auch nur TB 3 auszureizen.
+1
Retrax13.09.24 13:19
MTN:
Bei Solid-State-Drives gilt es zu beachten, dass macOS die automatische Aufräum-Funktion Trim nicht standardmäßig unterstützt.
Entweder verstehe ich es nicht oder es ist zumindest beim iMac anders:

- iMac Late 2013 mit Apple-SSD und macOS Catalina: Trim aktiv laut Systeminformationen.

- iMac M3 Late 2023 mit Apple-SSD und macOS Sonoma: Trim aktiv laut Systeminformationen.

Kann man die "Aufräumfunktion Trim" mit der Defragmentierung bei Festplatten vergleichen?
+1
sudoRinger
sudoRinger13.09.24 13:39
Retrax
Kann man die "Aufräumfunktion Trim" mit der Defragmentierung bei Festplatten vergleichen?
Trim ist keine Defragmentierung. Es werden ungenutzte Datenblöcke auf einem Datenspeicher als frei markiert. SSDs werden nicht mehr defragmentiert.
Die SSDs kümmern sich selbst um das Trim und nicht das Betriebssystem. Was bei einer externen SSDs intern passiert, ist aus Sicht des OS eine Blackbox.
Bei externen SATA-SSDs konnte man per trimforce-Kommando das Trim aktivieren.

Die Tabelle sollte dringend überarbeitet werden, da bei USB und Thunderbolt ohnehin schon genug Verwirrung herrscht. Auch die Angabe der Rohdatenbandbreite bei TB3 von 4,88 GB/s ist sehr irreführend, wenn maximal 3 GB/s tatsächlich in der Praxis erreicht werden können. Bei Oakley sind die Angaben hilfreicher.
Thunderbolt 3 at 32 Gb/s is up to 3 GB/s
USB4 at 40 Gb/s is up to 3.4 GB/s.
+1
Marcel Bresink13.09.24 14:06
Bei Solid-State-Drives gilt es zu beachten, dass macOS die automatische Aufräum-Funktion Trim nicht standardmäßig unterstützt.

Das stimmt so nicht.

macOS verwendet Trim nur dann nicht, wenn eine SSD mit SATA-Anschluss über das AHCI-Protokoll gesteuert wird und diese SSD nicht von Apple stammt. Der Grund ist, dass SSDs mit dieser Anschlusskombination so alt sein können, dass sie Trim nicht oder sogar falsch unterstützen. Wenn man weiß, dass die eigenen SSDs nicht betroffen sind, kann man Trim für diese spezielle Protokollkombination in macOS freischalten.

Ein zweites Problem kann es geben, wenn die SSD nur per USB 3 angeschlossen ist. In diesem Fall wird Trim zwar eigentlich von macOS unterstützt (jedenfalls wenn kein SATA/AHCI), aber es kann passieren, dass ältere externe USB-Gehäuse die Trim-Befehle grundsätzlich nicht an die SSD weiterleiten, oder dass macOS die dafür nötige Zusatzfunktion UASP nicht implementiert, weil Apples USB3-Treiber so schlecht sind.

In allen anderen Fällen (USB 4, Thunderbolt, NVMe, …) wird Trim seit vielen Jahren von macOS verwendet.
Retrax
Kann man die "Aufräumfunktion Trim" mit der Defragmentierung bei Festplatten vergleichen?

Nein, über einen Trim-Befehl teilt das Betriebssystem der SSD mit, ob es einen Datenblock als gelöscht und damit als für zukünftige Schreibvorgänge wieder verwendbar ansieht. Es ist wichtig, dass die SSD das so früh wie möglich "weiß", denn ein Flash-Datenblock kann erst nach einem vergleichsweise sehr, sehr langsamen "Lösch- und Wiederaufarbeitungsvorgang" erneut beschrieben werden. (Diese lange Vorbereitung ist bei einer magnetischen Festplatte nicht nötig.)

Ohne Trim-Befehle kann eine SSD nur durch "Beobachten und Raten" feststellen, welche Inhalte nicht mehr gebraucht werden. (Sie erkennt das daran, dass das Betriebssystem einen Block erneut beschreiben will, was aber sofort nicht geht.) Schreibvorgänge werden deshalb ohne Trim immer langsamer, je stärker gebraucht die SSD ist.
+5
X-Jo13.09.24 17:15
MTN
[…]
Auf Dauer führt dies zu verlangsamten Schreib-Lese-Raten.
[…]
So wie ich das verstehe, hat TRIM keinen Einfluß auf die Lese-Rate. Oder liege ich da falsch?
0
ERNIE13.09.24 21:39
Noch eine Korrektur (Die USB-Namen sind ja so verwirrend!):

USB 3.0 = USB 3.1 Gen 1 = USB 3.2 Gen1 = 5 GBit/s

USB 3.1 Gen 2 = USB 3.2 Gen 2 = 10 GBit/s

USB 3.2 Gen 2x2 = 20 GBit/s (gibt es beim Mac nicht)
+3

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