NVMe M.2 vs. SATA M.2 SSDs
Welche hat höhere Chancen für die Datenrettung

Datenverlust kann jeden treffen, egal ob auf einer NVMe SSD oder einer herkömmlichen 2,5 Zoll SATA SSD. Wenn wichtige Daten plötzlich nicht mehr zugänglich sind, ist schnelles Handeln gefragt.

In diesem Artikel erfahren Sie die wichtigsten Unterschiede zwischen M.2 NVMe und M.2 SATA SSDs in Bezug auf die Datenrettung. M.2 NVMe (Non-Volatile Memory Express) und M.2 SATA sind aktuelle SSD-Technologien, die besonders in High-End PCs und Workstations eingesetzt werden.
Durch die direkte Anbindung über den PCIe Bus erreichen NVMe SSDs sehr hohe Übertragungsraten. Aber auch günstigere M.2 SSDs mit SATA-Anbindung sind weit verbreitet.

Wie setzen sich diese beiden Technologien zusammen und was bedeuten die Unterschiede für die Datenrettung? In diesem Vergleich erfahren Sie die wichtigsten Fakten, um im Datenverlust-Fall die bestmöglichen Chancen für die Wiederherstellung Ihrer Daten zu haben.

Formfaktor und Bauform bei SSD

Der Begriff Formfaktor beschreibt die normierten physikalischen Abmessungen und den Aufbau eines Geräts oder Bauteils. Bei SSDs legt der Formfaktor fest, wie groß die SSD ist und wo sich die Anschlüsse befinden. Gängige Formfaktoren für SSDs sind:

Die Bauform ist damit die Umsetzung des Formfaktors für ein konkretes Produkt. Sie umfasst das Gehäuse, die Platine und alle weiteren Komponenten der SSD.
SATA SSDs haben üblicherweise eine 2,5 Zoll Bauform. M.2 ist sowohl Formfaktor als auch gängige Bauform für NVMe SSDs. Die Bauform bestimmt letztendlich, wie und wo die SSD verbaut wird.

Technische Unterschiede zwischen NVMe und M.2 SATA

Obwohl M.2 und NVMe oft in einem Atemzug genannt werden, sind dies zwei verschiedene Dinge. Nicht jede M.2 SSD ist auch zwingend eine NVMe SSD. Der entscheidende technische Unterschied liegt in der Anbindung:

• NVMe SSDs nutzen PCI Express über den M.2 Steckplatz. Sie kommunizieren direkt mit dem Prozessor über die NVMe-Protokolle.
• M.2 SATA SSDs sind über den langsameren SATA-Bus angebunden. Die Datenübertragung erfolgt über das AHCI-Protokoll.

NVMe erreicht durch den schnellen PCIe x4 Bus maximale Übertragungsraten von über 3000 MB/s. M.2 SATA SSDs sind dagegen durch SATA 3 auf etwa 500 MB/s limitiert.

Auch die IOPS-Raten (E/A-Vorgänge pro Sekunde) sind bei NVMe SSDs um ein Vielfaches höher. Dies sorgt für deutlich kürzere Ladezeiten von Programmen und Dateien.

In der Praxis merkt man den Unterschied vor allem bei der Bearbeitung großer Dateien, beim Kopieren oder der Installation von Programmen. Für Otto-Normal-Anwender reicht die Geschwindigkeit von M.2 SATA SSDs aber meist völlig aus.

SATA und PCI Express als Schnittstellen: die Unterschiede

PCI Express (PCIe) ist eine serielle Erweiterungsbus-Schnittstelle auf dem Computer-Mainboard. Sie verbindet die CPU mit Erweiterungskarten und PCIe-SSDs. Über die PCIe-Lanes können Daten parallel gesendet und empfangen werden. NVMe SSDs nutzen üblicherweise 4 Lanes (x4). Je mehr Lanes desto höher die Datenrate.

SATA (Serial ATA) ist eine serielle Schnittstelle, die vor allem für die Anbindung von HDDs und 2,5" SSDs genutzt wird. SATA ist deutlich langsamer als PCIe. Die aktuelle SATA 3 Generation schafft maximal 0,5 GB/s beim Lesen und Schreiben. PCIe 3.0 x4 kommt auf bis zu 4 GB/s.

NVMe SSDs haben so einen großen Geschwindigkeitsvorteil. M.2 SATA SSDs sind trotz der M.2 Bauform weiterhin auf SATA als Schnittstelle angewiesen. Erst PCIe ermöglicht den großen Leistungssprung für NVMe SSDs.

Besonderheiten von SSDs in Bezug auf Datenrettung

Datenrettung von SSDs unterscheidet sich grundlegend von der Rettung von Daten von HDDs. SSDs haben keine beweglichen Teile oder Platter, auf denen die Daten physisch gespeichert sind. Stattdessen erfolgt die Speicherung in Flash-Speicherchips.

Daten werden in Blöcken auf den Speicherchips abgelegt. Dies bringt einige Besonderheiten mit sich, denn Daten können nicht überschrieben werden, ohne vorher gelöscht zu werden.
Das heißt, dass ohne Vorsichtsmaßnahmen bereits gelöschte Daten unwiederbringlich überschreiben werden!

• Moderne SSDs haben Garbage Collection, die im Hintergrund ungültige Blöcke bereinigt und Daten neu ordnet.
• Wear Leveling sorgt dafür, dass alle Zellen gleichmäßig genutzt werden. Dies kann Daten "verschieben".
• SSDs halten Daten ohne Stromzufuhr für einige Zeit, aber nicht dauerhaft wie HDDs.
• Verschlüsselung und SSD-Firmware können die Wiederherstellung verhindern, wenn beschädigt.

Garbage Collection und Wear Leveling

Garbage Collection ist eine Funktion der SSD-Firmware, die regelmäßig im Hintergrund ausgeführt wird. Sie sucht nach ungültigen Datenblöcken, die gelöscht wurden, und stellt den Speicherplatz wieder für neue Schreibvorgänge zur Verfügung.

Ohne Garbage Collection könnten keine Daten überschrieben werden, da vor dem Schreiben ein Löschvorgang erfolgen muss. Die Garbage Collection fasst diese ungültigen Blöcke zusammen und bereinigt sie effizient.

Wear Leveling sorgt dafür, dass alle Speicherzellen auf der SSD möglichst gleichmäßig beschrieben werden. Denn Flash-Speicherzellen können nur eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen verkraften, bevor sie unbrauchbar werden.
Das Wear Leveling verteilt Schreibzugriffe durch Verschieben von Datenblöcken, so dass keine Zelle vorzeitig altert.

Für die Datenrettung bedeutet dies allerdings, dass Daten ihren ursprünglichen Speicherort verändert haben können.

Wear Leveling besondere Herausforderung für die Datenrettung

• Da die Datenblöcke verschoben werden, ist ihr ursprünglicher Speicherort nicht mehr bekannt. Datenrettung per Logical Recovery ist damit erschwert.
• Moderne SSDs führen das Wear Leveling bereits im Hintergrund durch, noch bevor ein Datenverlust überhaupt eintritt.
• Zur Rettung der Daten müssen wir müssen wir daher mit speziellen Tools und Methoden wie Chip-Off oder Microsoldering die Rohdaten direkt von den Flash-Chips auslesen.
• Dafür muss die SSD ausgebaut, die Speicherchips entlötet und in einen externen Leser eingesetzt werden. Dies erfordert sauberes Arbeiten und technisches Equipment.
• Ist die SSD-Firmware beschädigt oder verschlüsselt, kann ein Zugriff auf Rohdatenebene die letzte Rettungschance sein.
• Datenrettungsunternehme investieren daher in Reinräume und ausgebildetes Personal, um diesen aufwendigen Chip-Off Prozess durchführen zu können.

Der TRIM-Befehl und Garbage Collection

Garbage Collection und TRIM sind verwandte, aber nicht identische Funktionen von SSDs:

• Garbage Collection ist ein interner Prozess der SSD-Firmware, der im Hintergrund abläuft. Er bereinigt gelöschte Blöcke und optimiert so die Performance.
• TRIM ist ein Befehl des Betriebssystems an die SSD, um zu markieren, welche Datenblöcke als gelöscht betrachtet werden können.
• TRIM teilt der SSD also mit, welche Daten gelöscht wurden und deren Blöcke für die Garbage Collection freigegeben werden können.
• Die SSD führt dann die eigentliche Garbage Collection autonom im Hintergrund durch, um die markierten Blöcke zu bereinigen.
• TRIM optimiert so die Kommunikation zwischen SSD und Betriebssystem, damit die Garbage Collection effizienter arbeiten kann.
• Garbage Collection findet aber auch ohne TRIM statt, dann jedoch etwas ineffizienter und mit mehr Schreibvorgängen.

Zusammengefasst: TRIM ist quasi die "Anweisung zur Müllabfuhr", Garbage Collection "führt die Müllabfuhr durch". Beides arbeitet Hand in Hand für eine performante SSD. Der TRIM-Befehl wird in der Regel automatisch vom Betriebssystem an die SSD gesendet und nicht manuell vom Nutzer ausgelöst.

Hier ein paar wichtige Punkte zum automatischen Abaluf:

• Das Betriebssystem erkennt, wenn Dateien gelöscht oder Bereiche einer Datei freigegeben werden (z.B. beim Entleeren des Papierkorbs)
• Es markiert diese Logikbereiche auf der SSD als "ungenutzt"
• In regelmäßigen Abständen oder bei Leerlauf sendet das Betriebssystem dann TRIM-Befehle an die SSD
• Die SSD kann nun die physikalischen Blöcke für diese Bereiche für die Garbage Collection vormerken
• Die Garbage Collection führt später im Hintergrund die tatsächliche Bereinigung durch

Der Nutzer muss also normalerweise einen TRIM-Befehl nicht manuell auslösen. Die SSD erhält die Information automatisch vom Betriebssystem.
Allerdings kann in seltenen Fällen ein manuelles TRIM sinnvoll sein, z.B. nach Cloning einer SSD mit nicht trim-fähigem Tool. Dies ist aber die Ausnahme, meist läuft alles automatisch ab.

Vorgehensweise bei Datenrettung von NVMe und M.2 SATA SSDs

Trotz der technischen Unterschiede ist das grundlegende Vorgehen bei der Datenrettung von NVMe und M.2 SATA SSDs gleich:

1. Sofortige Sicherung: Um Datenverlust durch Überschreiben zu verhindern, sollte die SSD umgehend ausgebaut und an einem externen Reader angeschlossen werden.
2. Logical Recovery: Mithilfe spezieller Software können die logischen Strukturen der Daten wiederhergestellt werden, sofern die SSD noch funktioniert.
3. Chip-Off: Ist die SSD defekt oder die Firmware beschädigt, muss der Flash-Speicher direkt ausgelesen werden.
4. Reparatur: Parallel kann versucht werden, die SSD hardwareseitig zu reparieren, um die Firmware wiederherzustellen.
5. Entschlüsselung: Bei Verschlüsselung muss zunächst der korrekte Schlüssel ermittelt werden, um die Daten lesbar zu machen.
6. Wiederherstellung: Zum Schluss können die geretteten Daten auf ein neues externes Speichermedium übertragen werden.

Die Unterschiede bestehen vor allem in der Komplexität und den nötigen Werkzeugen. Für NVMe SSDs braucht es spezielles Equipment, da sie nicht so verbreitet sind. Ansonsten ist das Vorgehen aber gleich.

SSD-Datenverlust unsere Leistungen (abhängig von der Speichertechnik)

1. Sofortige Sicherung
   • SSD sollte keinesfalls weiter benutzt werden, da jede Aktion Daten überschreiben könnte
   • Ausbau aus dem System und Anschluss an externen USB-Adapter oder Dockingstation
   • Ggf. Schreibschutz aktivieren, um Überschreiben zu verhindern
   • Image der SSD erstellen, um den Zustand zu sichern und mehrfach versuchen zu können
2. Logical Recovery
   • Auslesen der Dateisystem-Struktur und Zuordnung der Datenblöcke
   • Spezielle Software für verschiedene Dateisysteme wie NTFS, FAT32, exFAT etc.
   • Manuelles Nachbearbeiten und Sortieren der gefundenen Datenfragmente
   • Entschlüsseln, falls Verschlüsselung aktiv war
3. Chip-Off-Verfahern
   • Demontage der Platine und Entlöten der Speicherchips
   • Delikate Arbeit unter Stereomikroskop und speziellem Werkzeug
   • Einsetzen in externen Flash-Leser zur direkten Auslese der Rohdaten
   • Unabhängig von SSD-Firmware, daher bei Defekten oft letzte Rettung
4. Reparatur der Hardware
   • Behebung von Fehlern auf der Leiterplatte
   • Ersetzen defekter Bauteile wie Controller oder RAM
   • Nachbau von proprietären Komponenten oft nicht möglich
   • Ziel ist Funktionstüchtigkeit der Firmware wiederherzustellen
5. Entschlüsselung
   • Bereitstellung des korrekten Passworts bzw. Schlüssels erforderlich
   • Ohne Passwort ist Entschlüsselung nahezu unmöglich
   • Manche Verschlüsselungen lassen sich über SSD-Firmware umgehen
   • Komplexität abhängig vom Verschlüsselungs-Algorithmus
   • Mehr über Entschlüsselung

Bei der Datenrettung von SSDs ist es wichtig zu verstehen, dass der Aufwand und die Komplexität der Verfahren höhere Kosten verursachen. Im Vergleich zum Wert der verlorenen Daten mögen diese Kosten hoch erscheinen. Jedoch sind gerade die aufwendigeren Chip-Off und Reparatur-Maßnahmen oft die einzige Chance, wenn die SSD nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert.

Hierfür sind spezialisierte Labore, saubere Räumlichkeiten, teures Equipment und ausgebildetes Personal notwendig.

Vor- und Nachteile in Bezug auf die Datenrettung von NVMe und M.2 SATA SSDs

NVMe SSDs haben durch ihre noch nicht so weit verbreitete Technologie gewisse Nachteile für die Datenrettung:

1. Nachteile
   • Wenige Datenrettungsfirmen haben Erfahrung und das nötige Equipment
   • Teurere Spezialwerkzeuge und Adapter erforderlich
   • Komplexeres Handling aufgrund des kleinen Formfaktors
   • Noch wenige etablierte Verfahren und Tools verfügbar
2. Vorteile
   • Schnellere Abläufe bei der Sicherung und Datenwiederherstellung
   • Höhere Transferraten beim Auslesen der Daten
   • Zukunftssicher für steigende Datenmengen

M.2 SATA SSDs sind dagegen weiterverbreitet:

1. Nachteile
   • Langsamere Datentransferraten
   • Leistung begrenzt durch SATA-Protokoll
2. Vorteile
   • Etabliertes Vorgehen und mehr Erfahrungswerte
   • Kosten für Adapter und Werkzeuge geringer
   • Einfacheres Handling durch größere Bauformen

Für Otto-Normal-Verbraucher ist der Unterschied bei der Datenrettung daher oft nicht gravierend. Unternehmen mit wichtigen Daten sollten allerdings die Zukunftssicherheit von NVMe SSDs berücksichtigen.

Schwierige und unmögliche Szenarien bei der Datenrettung von SSD

• Kompletter Defekt der SSD Elektronik und nicht reparierbar
• Zerstörung oder extreme Beschädigung der Flash Speicherchips
• Fehlender oder falscher Kryptografie-Schlüssel bei Verschlüsselung
• Neuere bzw. unbekannte Verschlüsselungsverfahren
• Absichtliche Überschreibung oder physikalische Zerstörung
• Fehlerhafte Firmware oder Mikrocode der SSD
• Exotische oder proprietäre SSDs ohne Dokumentation
• Lange Nutzung trotz Defekts, dadurch vollständiges Überschreiben
• Mangelnde Zusammenarbeit des Kunden bei der Diagnose

Besonders Verschlüsselung und Firmware-Probleme stellen eine große Hürde dar. Auch die ständige Weiterentwicklung bei SSDs erschwert das Auffinden von Lösungen. Regelmäßige Backups bleiben daher unerlässlich. In manchen Fällen stoßen aber auch Profis an Grenzen.

Fragen und Antworten in Bezug auf Datenrettung von SSD

Zusammenfassung und Fazit in Bezug auf Datenrettung von SSD

NVMe und M.2 SATA SSDs unterscheiden sich technisch vor allem durch ihre Anbindung per PCI Express bzw. SATA und die damit verbundenen Übertragungsraten. Für die Datenrettung ergeben sich daraus jedoch keine fundamentalen Unterschiede in der Vorgehensweise.
Wichtig ist in jedem Fall schnelles Handeln, um ein Überschreiben der Daten zu verhindern.
Mithilfe von Logical Recovery, gegebenenfalls kombiniert mit einem Chip-Off Verfahren, können auch von defekten SSDs noch Daten gerettet werden. Besonders verschlüsselte SSDs stellen eine große Herausforderung dar. NVMe SSDs sind zukunftssicher und performant, erfordern aber mehr Expertise und Spezialequipment für die Datenrettung. M.2 SATA SSDs sind weiterverbreitet und die Rettung daher einfacher.
Regelmäßige Backups sind unverzichtbar. Bei Datenverlust sollten sich auch Privatpersonen von Profis beraten lassen, welche Optionen möglich sind. Mit der richtigen Vorgehensweise können oft noch Daten gerettet werden, die bereits als verloren gelten.