Der Raspberry Pi 5 bringt erstmals einen echten PCIe-Anschluss mit – und das eröffnet eine völlig neue Dimension an Speichergeschwindigkeit. Mit einer NVMe-SSD über das M.2 HAT+ erreicht ihr Lesegeschwindigkeiten, die eine microSD-Karte um das Zehnfache übertreffen. In diesem Artikel erkläre ich euch, was NVMe überhaupt ist, welche Hardware ihr braucht, wie die Einrichtung funktioniert und für welche Projekte eine NVMe-SSD am Raspberry Pi wirklich Sinn ergibt.
Was ist NVMe – und warum ist es so viel schneller?
NVMe steht für Non-Volatile Memory Express und ist ein Protokoll für den Zugriff auf Flash-Speicher über den PCIe-Bus (PCI Express). Im Gegensatz zu älteren Protokollen wie SATA, das für mechanische Festplatten entwickelt wurde, ist NVMe speziell für schnellen NAND-Flash-Speicher optimiert.
Die entscheidenden Unterschiede auf einen Blick:
| Speichertyp | Interface | Seq. Lesen (typ.) | IOPS (zufällig) |
| microSD (A2) | SD-Bus | ~40–90 MB/s | ~1.500–4.000 |
| USB 3.0 SSD | USB 3.0 | ~300–400 MB/s | ~30.000–50.000 |
| NVMe (PCIe Gen 2) | PCIe 2.0 x1 | ~400–500 MB/s | ~50.000–80.000 |
| NVMe (PCIe Gen 3, inoffiziell) | PCIe 3.0 x1 | bis ~900 MB/s | ~100.000+ |
Der entscheidende Vorteil liegt nicht nur in der reinen Lesegeschwindigkeit, sondern vor allem in den zufälligen Zugriffen (IOPS). Ein Betriebssystem liest und schreibt tausende kleine Dateien gleichzeitig – und genau dabei ist NVMe einer microSD-Karte um Größenordnungen überlegen. Das Ergebnis: Der Pi fühlt sich spürbar schneller an, reagiert sofort und kommt auch unter Last nicht ins Stocken.
Der PCIe-Anschluss am Raspberry Pi 5
Der Raspberry Pi 5 ist das erste Pi-Board mit einem freiliegenden PCIe-FFC-Connector (Flexible Flat Cable). Dabei handelt es sich um einen einzelnen PCIe-Lane-Anschluss (x1), der offiziell für PCIe 2.0 mit 5 GT/s (ca. 500 MB/s effektiv) ausgelegt ist.
Technische Details des PCIe-Interfaces am Pi 5:
- Controller: RP1 South Bridge Chip (eigene Entwicklung von Raspberry Pi Ltd)
- Offizielle Spezifikation: PCIe 2.0 x1 (5 GT/s)
- Inoffizielle Übertaktung: PCIe Gen 3 (8 GT/s) ist möglich und funktioniert bei den meisten SSDs stabil, ist aber nicht garantiert
- Anschluss: FFC-Kabel (15-Pin, ähnlich wie beim Pi 4 Kamera-Anschluss, aber größer)
- HAT+-Standard: Das offizielle M.2 HAT+ aktiviert den PCIe-Anschluss automatisch ohne manuelle Konfiguration
Wichtig: Der PCIe-Anschluss ist nur am Raspberry Pi 5 verfügbar. Pi 4, Pi 3 und ältere Modelle haben keinen PCIe-Anschluss – dort bleibt USB 3.0 die beste Option für externe SSDs.
Benötigte Hardware
Das offizielle Raspberry Pi M.2 HAT+
Das Raspberry Pi M.2 HAT+ (HAT+ = neuer Standard für Pi-5-Erweiterungsboards) ist die einfachste und empfehlenswerteste Lösung. Es wird direkt auf den GPIO-Header gesteckt und über das FFC-Kabel mit dem PCIe-Anschluss verbunden.
Wichtige Eigenschaften:
- Unterstützte Formfaktoren: M.2 2230 und 2242 (kurze Bauformen)
- Key: M-Key (für NVMe) und B+M-Key (für bestimmte SATA-M.2-SSDs, aber keine echte NVMe-Beschleunigung über SATA)
- HAT+-konform: PCIe wird automatisch aktiviert, keine Änderung in config.txt nötig
- Stromversorgung: Direkt über GPIO (3,3V), für die SSD ausreichend
- Preis: ca. 12–15 € (nur HAT, ohne SSD)
Hinweis zum Formfaktor: Das offizielle HAT+ unterstützt nur die kurzen Bauformen 2230 und 2242. Gängige Desktop-NVMe-SSDs im 2280-Format (80 mm lang) passen nicht. Ihr benötigt also eine kurze M.2-SSD oder greift zu einem Third-Party-HAT, der 2280 unterstützt.
Third-Party M.2-Adapter
Wer eine standard-große 2280-SSD verwenden möchte, greift zu einem inoffiziellen Adapter. Beliebte Optionen sind z.B. der Pimoroni NVMe Base oder der Waveshare PCIe to M.2 HAT. Diese unterstützen 2280-SSDs, sind aber keine HAT+-konformen Boards und erfordern die manuelle PCIe-Aktivierung in der config.txt.
Empfohlene NVMe-SSDs
Nicht jede NVMe-SSD funktioniert zuverlässig am Pi 5. Folgende Modelle sind gut getestet und empfehlenswert:
| Modell | Formfaktor | Kapazität | Hinweis |
| Samsung 980 / 990 EVO | 2280 | 250 GB – 2 TB | Sehr zuverlässig, breit verfügbar |
| WD Green / Blue M.2 | 2280 / 2230 | 240 GB – 1 TB | Günstig, gut für Pi |
| Kingston NV2 / NV3 | 2280 | 250 GB – 2 TB | Preis-Leistungs-Tipp |
| Pimoroni-empfohlene 2242er | 2242 | 128 GB – 512 GB | Passt ins offizielle HAT+ |
Was ihr vermeiden solltet: SSDs mit DRAM-Cache und hohem Leistungsbedarf können Probleme machen, wenn die Stromversorgung über den GPIO nicht ausreicht. Günstigere DRAM-less-SSDs (wie WD Green, Kingston NV2) sind oft zuverlässiger am Pi.
Einrichtung: NVMe als Bootlaufwerk am Raspberry Pi 5
Schritt 1: Hardware zusammenbauen
Steckt die M.2 SSD in den HAT, sichert sie mit der mitgelieferten Schraube und verbindet HAT und Pi über das FFC-Kabel. Der HAT wird anschließend auf den GPIO-Header gesteckt.
Schritt 2: Raspberry Pi OS auf die NVMe kopieren
Am einfachsten ist das mit dem Raspberry Pi Imager direkt auf dem laufenden Pi (von der SD-Karte aus gestartet):
- Raspberry Pi Imager starten (vorinstalliert unter Raspberry Pi OS)
- Als Zielgerät die NVMe-SSD auswählen (erscheint als Block-Device)
- Raspberry Pi OS (64-bit) auswählen und auf die NVMe schreiben
Alternativ könnt ihr die NVMe auch direkt vom PC aus bespielen, wenn ihr einen M.2-USB-Adapter habt.
Schritt 3: PCIe aktivieren (nur bei Nicht-HAT+-Adaptern)
Bei Verwendung des offiziellen Raspberry Pi M.2 HAT+ ist dieser Schritt nicht nötig – der HAT aktiviert PCIe automatisch. Bei anderen Adaptern müsst ihr PCIe manuell aktivieren:
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sudo nano /boot/firmware/config.txt |
Am Ende der Datei folgendes hinzufügen:
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1 2 3 4 5 |
# PCIe aktivieren dtparam=pciex1 # Optional: PCIe Gen 3 (inoffiziell, aber meist stabil) # dtparam=pciex1_gen=3 |
Schritt 4: Boot-Reihenfolge auf NVMe setzen
Damit der Pi direkt von der NVMe bootet (und nicht zuerst von der SD-Karte sucht), müsst ihr die EEPROM-Konfiguration anpassen:
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sudo rpi-eeprom-config --edit |
Die Zeile BOOT_ORDER auf folgenden Wert ändern:
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BOOT_ORDER=0xf416 |
Der Wert 0xf416 bedeutet von rechts nach links: zuerst SD-Karte (1), dann USB (4), dann NVMe (6), dann restart (f). Wer die NVMe priorisieren will: 0xf461 (NVMe zuerst).
Bei Verwendung eines Nicht-HAT+-Adapters zusätzlich folgende Zeile ergänzen:
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PCIE_PROBE=1 |
Danach die Änderungen speichern, den Editor schließen und neu starten:
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sudo reboot |
Schritt 5: Erfolg prüfen
Nach dem Neustart prüft ihr, ob der Pi von der NVMe gestartet ist:
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lsblk |
Wenn nvme0n1 als Gerät auftaucht und eure root-Partition (/) darauf liegt, hat alles geklappt. Einen schnellen Benchmark macht ihr mit:
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sudo hdparm -Tt /dev/nvme0n1 |
PCIe Gen 2 vs. Gen 3 – lohnt sich die Übertaktung?
Der Pi 5 ist offiziell für PCIe Gen 2 spezifiziert (5 GT/s, maximal ~500 MB/s effektiv). PCIe Gen 3 (8 GT/s, bis ~900 MB/s) ist eine inoffizielle Übertaktung des Busses.
In der Praxis: Die meisten SSDs laufen auch mit dtparam=pciex1_gen=3 stabil. Jeff Geerling und andere Tester berichten von bis zu 900 MB/s Lesegeschwindigkeit im Gen-3-Modus. Allerdings hängt die Stabilität stark von der Qualität des FFC-Kabels und der SSD ab.
Empfehlung: Testet zuerst mit Gen 2 (Standard). Wer mehr Performance möchte, aktiviert Gen 3 und prüft die Stabilität mit einem längeren Benchmark (z.B. fio). Für Produktivsysteme bleibt Gen 2 die sicherere Wahl.
Use Cases: Für welche Projekte lohnt sich eine NVMe-SSD?
1. Heimserver und NAS
Das ist der Paradefall für NVMe am Pi 5. Wer Nextcloud, einen Samba-Fileserver oder ein kleines NAS betreibt, profitiert enorm von schnellem Speicher:
- Dateiübertragungen über Gigabit-LAN sind nicht mehr durch den Speicher limitiert
- Thumbnail-Generierung in Nextcloud läuft deutlich flüssiger
- Mehrere gleichzeitige Zugriffe führen nicht mehr zu Engpässen
- Die NVMe ist langlebiger als eine SD-Karte (höhere TBW – Terabytes Written)
2. Datenbanken (MariaDB, PostgreSQL, SQLite)
Datenbanken sind extrem IOPS-sensitiv – sie führen ständig kleine, zufällige Schreib- und Lesezugriffe durch. Auf einer microSD-Karte führt das zu merklichen Wartezeiten; auf NVMe läuft eine MariaDB-Datenbank mit 50.000+ IOPS wie auf einem vollwertigen Server.
Sinnvolle Projekte: Home Assistant (SQLite/MariaDB), Nextcloud-Datenbank, selbst gehostete Web-Apps, InfluxDB für Sensor-Logging.
3. Docker und Container-Workloads
Docker schreibt und liest beim Starten von Containern viele kleine Dateien (Layers, Overlay-Filesystem). Auf einer SD-Karte kann das Docker-Start bei komplexen Setups auf 30–60 Sekunden verlangsamen. Auf NVMe ist derselbe Vorgang in 3–5 Sekunden erledigt.
4. Media-Server (Plex, Jellyfin, Emby)
Für Transkodierung und Thumbnail-Generierung benötigt ein Media-Server schnellen Speicher. Plex und Jellyfin laufen auf einer NVMe deutlich flüssiger, besonders wenn mehrere Streams gleichzeitig laufen oder die Mediathek groß ist.
5. Entwicklungsumgebungen und Compilieren
Wer den Pi als Entwicklungsmaschine nutzt (Code kompilieren, Node.js/Python-Projekte, Build-Systeme), merkt den Unterschied sofort. Compile-Zeiten halbieren sich häufig, weil das Lesen und Schreiben von Zwischendateien nicht mehr der Flaschenhals ist.
6. Dauerbetrieb und Zuverlässigkeit
microSD-Karten haben eine begrenzte Lebensdauer beim Schreiben (typisch 10–30 TBW bei günstigen Karten). Im Dauerbetrieb – z.B. als 24/7-Server – sterben SD-Karten oft nach Monaten. Eine NVMe-SSD hält im gleichen Szenario Jahre durch (typisch 150–600 TBW je nach Modell und Kapazität).
Wann lohnt sich NVMe NICHT?
Nicht jeder Anwendungsfall profitiert von NVMe. Bei diesen Szenarien könnt ihr euch den Mehraufwand sparen:
- Einfache GPIO-Projekte (LED steuern, Sensoren auslesen) – hier ist die Speichergeschwindigkeit irrelevant
- Retro-Gaming / RetroPie – ROM-Dateien werden einmalig geladen, danach ist der Speicher kaum aktiv
- Gelegentliche Desktop-Nutzung – für leichte Office-Nutzung reicht eine gute SD-Karte
- Pi 4 und ältere Modelle – ohne PCIe-Anschluss bringt NVMe keinen Vorteil; USB-SSD ist hier die beste Alternative
Alternative für Pi 4: USB-SSD
Wer einen Raspberry Pi 4 betreibt, kann keine NVMe-SSD direkt anschließen. Die beste Alternative ist eine externe SSD via USB 3.0. Der Pi 4 hat zwei USB-3.0-Ports mit bis zu 5 Gbit/s – eine externe SSD erreicht damit 300–400 MB/s, was immer noch 5–8x schneller ist als eine microSD-Karte.
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# Boot-Reihenfolge für USB-Boot am Pi 4 prüfen sudo raspi-config # → Advanced Options → Boot Order → USB Boot |
Fazit
Eine NVMe-SSD ist das sinnvollste Upgrade, das ihr eurem Raspberry Pi 5 gönnen könnt. Die Kombination aus offizieller M.2 HAT+ und einer günstigen M.2-SSD (ab ca. 20–25 € für 256 GB) macht den Pi 5 zu einem vollwertigen Low-Power-Server. Besonders für Heimserver, Datenbanken und Docker-Setups ist der Unterschied gegenüber einer microSD-Karte enorm spürbar – sowohl in der Geschwindigkeit als auch in der Langlebigkeit.
Wer den Pi hingegen nur für einfache Projekte nutzt, braucht keine NVMe – eine gute A2-SD-Karte reicht dann völlig aus.
