Raspberry Pi: So rüsten Sie SATA für eine HDD oder SSD ganz einfach nach

Für kleinere oder temporäre Dateiablagen im Netzwerk ist ein älterer Raspberry Pi mit großzügiger SD-Karte oder besser noch mit USB-Stick ohne weiteres Zubehör völlig ausreichend. Raspberry-Pi-OS (vormals Raspbian) liefert in seinen Paketquellen zudem den Samba-Server für das CIFS/SMB-Protokoll mit, um Windows-Freigaben bereitzustellen. Die Einrichtung als Dateiserver ist damit nicht anders als mit einem regulären Debian.

Ein zuverlässiges Linux-System macht aber allein noch keinen Dateiserver, geschweige denn ein großzügiges NAS. Mit dem Raspberry Pi 4 mit echtem Gigabit-Ethernet sowie schnelleren USB-3.0-Ports erscheint dieser Einsatzzweck attraktiver als mit den Vorgängermodellen. Aber was dem Raspberry Pi weiterhin fehlt, ist ein SATA-Anschluss zur Anbindung von SATA-Festplatten. Verschiedene hier getestete Ansätze können dieses Manko ausgleichen.

Einfache Adapter: USB auf SATA

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Die einfachste Lösung stellen passive Adapter dar, die alle SATA-Konnektoren inklusive der Stromversorgung für den externen Datenträger einfach an den USB-Port führen. Adapter dieser Art sind schon für unter 10 Euro bei Amazon zu haben. Dieses Zubehör hat aber kein eigenes Netzteil – der USB-Port muss den benötigten Strom liefern.

Dies funktioniert im Prinzip schon ab dem Raspberry Pi 2, denn ab diesem Modell liefern die USB-Ports bis zu 1,2 Ampere. Das gilt für alle Ports zusammengenommen. Ein einzelner USB-Anschluss ist dabei nicht begrenzt, versorgt ein angeschlossenes Gerät aber maximal mit dieser Stromstärke. Die Spezifikation ist in der Dokumentation der Raspberry Pi Foundation dargelegt.

In der Praxis reicht diese Stromversorgung allenfalls für eine einzelne SSD oder eine 2,5-Zoll-Festplatte mit bis zu zwei Terabyte. Mehr als ein SATA-Laufwerk kann man via USB und USB-Stromversorgung aber nicht betreiben – selbst der Raspberry Pi 4 wird instabil, wenn er zwei USB-Laufwerke mit Strom versorgen soll.

Raspberry Pi 4 Model B 4GB

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Mit Stromversorgung: SATA-Docks

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Soll der Raspberry 4 mehr als ein SATA-Laufwerk per USB ansprechen, so sind Dockingstationen für 2,5-Zoll- oder 3,5-Zoll-Festplatten mit USB-Anschluss eine Option. Entsprechende Geräte gibt es im Versandhandel ab 25 Euro – oder auch mit zwei Einschüben ab 30 Euro.

Eine um wenige Euro günstigere Alternative sind kleine Ansteckadapter mit eigenem Netzteil, die besser in beengte Standorte und in Schubladen passen. Auf diese Weise lassen sich zwei SATA-Laufwerke über den schnellen USB-Port am Raspberry Pi 4 anschließen.

Hinweis: Die beigelegten, oft sehr billig hergestellten Netzteile haben meist einen sehr schlechten Wirkungsgrad und erhöhen den Energiebedarf pro Festplatte um etwa vier bis sechs Watt.

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SATA-Platinen: Fest montiert

Ein genereller Nachteil von Adaptern und Docks sind bei beengten Verhältnissen die rasch ausufernden Kabelknäuel. Diese sind auf Dauer immer auch eine nicht zu unterschätzende Fehlerquelle.

Eine etwas teurere, aber aufgeräumtere dritte Möglichkeit, dem Raspberry Pi 4 einen SATA-Anschluss zu verpassen, sind kompakte Zusatzplatinen. Diese bringen als Sandwich die Adapterschaltung, ein 2,5-Zoll-Laufwerk sowie den eigentlichen Platinenrechner zusammen. Auch diese SATA-Platinen verbinden sich schließlich mit einer Steckbrücke zu einem der USB- 3.0-Ports für den Datentransfer, denn die GPIO-Pins sind generell nicht für hohe Bandbreiten geeignet.

Die im Aufmacherbild dieses Beitrags abgebildete Platine Geekworm X825 (40 Euro) kann auf diese platzsparende Weise ein 2,5-Zoll-Laufwerk über den USB-Port des Raspberry Pi 4 verfügbar machen. Für einen stabileren Betrieb oder eine stromhungrige Festplatte mit mehr als zwei TB muss diese Platine mit einem zusätzlichen Netzteil zu 5V/4A (DC) betrieben werden, das nicht im Lieferumfang enthalten ist und separat bestellt werden muss. Der Clou dabei ist jedoch, dass auch der Raspberry Pi mit an diesem Netzteil hängt und über die entsprechenden GPIO-Pins mitversorgt wird.

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Raid: Nur Level 1 ist sinnvoll

Ein Raid-1-Verbund, also eine Spiegelung geschriebener Daten auf zwei Datenträgern, war auf den bisherigen Raspberry Pis in der Praxis nicht gut zu machen, denn die Platine lieferte nicht genug Leistung. Unsere Versuche mit einem Raspberry Pi 3 B und zwei 3,5-Zoll-Festplatten in einem Raid- 0-Verbund mit jeweils eigener Stromversorgung zeigen nach etwa einem Tag Betriebszeit schon die ersten Fehler im Kernel-Protokoll.

Mit dem Raspberry Pi 4, USB 3.0 und mehr Rechenpower wird der Betrieb zweier Festplatten als Raid 1 realistisch (Mirroring). Bei einem Raid-Wiederaufbau ist die Platine allerdings über Stunden ausgelastet und sollte über eine gute Kühlung verfügen. Raid 5 (Parität) verlangt der kleinen Platine zu viel Rechenleistung ab, Raid 0 (Striping) bringt am USB-Port keine messbaren Vorteile bei den Zugriffsgeschwindigkeiten.

Tempo-Check: HDD oder SSD

Weil alle extern angeschlossenen SATA-Laufwerke am USB-Controller des Raspberry Pi zusammenkommen, liegt die Vermutung nahe, dass eine SSD hier keinen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber einer Festplatte hat. Bis zum Raspberry Pi 3 trifft dies zu, denn die Geschwindigkeit der USB-2.0-Ports begrenzt den Datendurchsatz auf 60 MB/s. In der Praxis sind kaum mehr als 30 MB/s von einem externen Laufwerk zu erwarten.

Der Raspberry Pi 4 kennt mit seinem USB-3.0-Controller diese Limitierung nicht mehr und liefert an diesem Bus unter realen Bedingungen bis zu 360 MB/s Durchsatz. Ab dieser Generation macht es durchaus einen Unterschied, ob man eine HDD oder SSD per USB anbindet.