La posibilidad de conectar otros periféricos a una placa base depende de que exista un estándar de comunicación. Para estas funciones de interfaz de expansión, desde 2003 está disponible el PCI-Express o PCIe (acrónimo de Peripheral Component Interconnect express), que en la mayoría de las placas base del mercado sigue coexistiendo con el estándar PCI.
El estándar PCI fue introducido por Intel en 1992 y, a partir de su segunda versión, también fue gestionado por el PCI Special Interest Group (PCI-SIG). El PCI, una interfaz paralela, y el PCIe, una interfaz serie (bus serie) y punto a punto entre dispositivos, reemplazaron a las interfaces de expansión más antiguas, en especial a las VESA e ISA.
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Qué significa PCI Express (PCIe)
PCIe es el estándar de interfaz de expansión de bus serie para computadoras, diseñado para innovar y superar las versiones anteriores de PCI, PCI-X y AGP.
Este estándar se basa en la transferencia de datos en serie, a diferencia del PCI, que utilizaba transferencia en paralelo. Ofrece una alta modularidad, permitiéndote agregar más canales para aumentar el ancho de banda disponible. Esta flexibilidad es especialmente útil para soportar configuraciones específicas, como el uso de dos o más tarjetas de video. Además, el ancho de banda de cada canal es independiente del de los demás.
¿Qué es el estándar de bus PCI?
La palabra bus, derivada de la contracción del latín omnibus, en informática se refiere a un canal de comunicación que permite a los componentes y periféricos interactuar entre sí e intercambiar información y datos.
El bus PCI existe en varias versiones (PCI, PCI 2.0, etc.), como veremos a continuación, y la transferencia que se realiza a través de él consta de una fase de direccionamiento y una o más fases de datos, con baja latencia y alto rendimiento, lo que refleja la velocidad efectiva.
Para qué sirve PCIe
El PCI Express, al igual que el PCI, permite que las tarjetas de video, las tarjetas de sonido, las tarjetas GPU (unidad de procesamiento gráfico), las tarjetas de red, ya sean fijas o inalámbricas, los discos duros, las SSD, entre otros, se interconecten con las placas base.
Por lo general, la adición de una tarjeta PCIe se realiza insertando los pines de la tarjeta en un conector o ranura PCIe. Dado que el estándar PCI Express permite la posibilidad de utilizar entre uno y 32 enlaces de comunicación, denominados “carriles” (líneas o carriles, compuestos por dos pares de cables, o pares diferenciales, cada uno para la transmisión y recepción dúplex en serie), existen ranuras de diferentes longitudes. Las más cortas son las que corresponden a un carril (o x1, donde el prefijo x indica la cantidad). Así que, en el mercado, podés encontrar ranuras de cuatro (x4), ocho (x8) y dieciséis carriles (x16).
PCI Express 1.0
PCIe 1.0 se introdujo en 2003. La especificación preveía un rendimiento máximo de 250 MB/s y una velocidad de transferencia de 2,5 GT/s (gigatransfer por segundo) por línea (x1). La velocidad de transferencia se determina teniendo en cuenta la codificación de línea utilizada. En esta versión y en la 2.0, se utiliza la codificación 8b/10b. Esto significa que a cada cadena de 8 bits de información se le agregan uno al principio y otro al final, respectivamente, para permitir que el receptor realice un seguimiento de los paquetes enviados y no pierda información. Con la codificación 8b/10b, hay una sobrecarga del 20% (8/10).
PCI Express 2.0
La especificación básica de PCIe 2.0 fue presentada por el PCI-SIG en enero de 2007. Como era de esperar con cada cambio de versión, el ancho de banda se duplicó, pasando de 250 MB/s a 500 MB/s por línea, con un aumento de la velocidad de transferencia de 2,5 a 5 GT/s, manteniendo la compatibilidad con versiones anteriores. Las ranuras PCIe 2.0 son compatibles con las tarjetas PCIe 1.0. Además, existe una amplia variedad de chipsets que admiten un tráfico de datos de 5 GT/s por carril.
PCI Express 3.0
El estándar PCI Express 3.0 se lanzó, tras algunos retrasos, en noviembre de 2010. Se había prometido alcanzar una velocidad de transferencia de 8 GT/s, y así fue. Se introdujeron muchas mejoras, incluido el esquema de codificación 128b/130b, que reduce la sobrecarga al 1,54% (2/130). Para lograrlo, se implementaron avances en la integridad de los datos, como la ecualización entre transmisores y receptores y la recuperación del reloj de datos.
En septiembre de 2013, se anunció la versión 3.1, que consolidó las mejoras de la versión 3.0, especialmente en las áreas de gestión de energía y rendimiento. Su lanzamiento se programó para noviembre de 2014.
PCI Express 4.0
PCI Express 4.0 se anunció a finales de noviembre de 2011, pero fue necesario esperar hasta junio de 2017 para que el PCI-SIG publicara la especificación. El PCIe 4.0 logró alcanzar el objetivo de 16 GT/s, lo que equivale a 2 GB/s por carril. Con 16 canales, se puede disponer de un ancho de banda de casi 32 GB/s. A nivel de las interfaces mecánicas, se destaca la introducción del Oculink-2, un nuevo tipo de conector y cables que soportan un rendimiento de 16 GT/s, lo que supone 8 GB/s de ancho de banda total con x4 canales.
El Oculink-2 se considera una alternativa al conector/interfaz Thunderbolt 3, que garantiza 5 GB/s con PCIe 3.0 x4. Actualmente, en el mercado se encuentran conectores y cables para conexión de cobre, pero también se ofrece soporte para fibra óptica.
Existen hace tiempo ya placas base y periféricos compatibles con PCI Express 4.0.
PCI Express 5.0
Anunciada en junio de 2017 y lanzada en mayo de 2019, la especificación PCI Express 5.0 tiene como objetivo aumentar la velocidad de transferencia por carril a 32 GT/s, logrando un ancho de banda de aproximadamente 63 GB/s en cada dirección con una configuración x16. Esta versión está destinada al mercado de gama alta. Se espera que las primeras implementaciones estén disponibles en 2020. El PCI-SIG prevé que durante algunos años coexistirá con la versión 4.0.
PCI Express 6.0
El PCI-SIG anunció el desarrollo de la versión PCI Express 6.0 el 18 de junio de 2019. El objetivo era completarlo en 2021 y ver los primeros productos compatibles en 2022. Finalmente, la especificación se completó en enero de 2022. Entre las diversas mejoras, se alcanzó una velocidad de transferencia de 64 GT/s por carril, con un ancho de banda de 128 GB/s en la configuración x16. Los primeros productos compatibles comenzaron a llegar al mercado poco después, impulsando el rendimiento en aplicaciones de alta gama.
Qué significa PCI express x16 y la diferencia con PCI express x1
Las ranuras PCI Express x1 son ideales para tarjetas que requieren un ancho de banda reducido, como las de Wi-Fi o Ethernet 10/100/1000. En cambio, las tarjetas PCIe x16 (que también soportan variantes de 1, 4 y 8 veces, garantizando solo el ancho de banda proporcionado para estas) son necesarias para muchas tarjetas de red de 10 GbE y tarjetas gráficas de alto rendimiento
Por supuesto, las ranuras PCIe x16 son capaces de transferir mayores volúmenes de datos por segundo que las ranuras PCIe x1.
PCI y PCI expresan diferencia
A diferencia de PCI y PCI-X, PCIe usa una topología punto a punto basada en enlaces seriales y separados, que se conectan a un dispositivo llamado complejo raíz. Este, a su vez, media las comunicaciones entre el dispositivo y la CPU, el subsistema de memoria y, a través de un puente, también con los dispositivos PCI y PCI-X. La frecuencia de reloj utilizada en PCIe es de 100 MHz.
La fuente de reloj compartida solo sirve como referencia para los transmisores, lo que evita que los receptores deban hacer compensaciones. Como sucede en otros protocolos seriales de alta velocidad, el reloj está integrado en las señales que las contrapartes de las conexiones punto a punto intercambian.
Entre las limitaciones de PCI, se destaca el uso de una arquitectura de bus compartido y paralelo. Los dispositivos PCI comparten un único conjunto de direcciones dentro del espacio de direcciones del procesador. Al ser paralelo, el bus debe sincronizarse con un solo reloj, que en la primera versión de PCI operaba a 33 MHz. Actualmente, se utiliza PCI a 66 MHz. También existe una versión más avanzada, PCI Extended o PCI-X, destinada a servidores y creada con una frecuencia de reloj de 133 MHz. Aunque se lanzaron versiones de PCI-X a 266 MHz y 533 MHz, la de 133 MHz sigue siendo la más utilizada.
Ventajas de PCIe y por qué son convenientes
Los dispositivos PCIe son prácticos porque aprovechan la interfaz PCI Express para reducir los tiempos de latencia en comparación con las interfaces paralelas. Cada vez más proveedores invierten en PCIe y adoptan nuevas versiones que mejoran el rendimiento, la fiabilidad y la funcionalidad. Entre estas, también se encuentran las que disminuyen el consumo de energía.
Los fabricantes de dispositivos PCIe aprovechan el soporte que ofrece la interfaz PCI Express para otros tipos de interfaces, como SATA 3.0 y USB 3.0. Por lo tanto, es posible utilizar tarjetas Mini-Sata (mSATA) al insertarlas en adaptadores conectados a las ranuras PCIe. También se pueden utilizar tarjetas PCI Express para añadir puertos USB 3.0. Al mismo tiempo, PCIe admite cada vez más factores de forma, incluidos M.2 y U.2. Además, ofrece un nuevo cableado que permite conectar dispositivos PCIe externos a las ranuras PCIe de una placa base. Pensá en dispositivos electromédicos o industriales, entre otros.
¿Qué son los SSD PCIe?
Unidades de estado sólido que no utilizan la interfaz SATA de la placa base para comunicarse con el sistema de archivos de Windows. Los SSD PCIe tienen su propio controlador de almacenamiento integrado, que no debe confundirse con el chip controlador estándar utilizado por los SSD. El controlador de almacenamiento de los SSD PCIe emplea un controlador proporcionado por el propio sistema operativo o por el fabricante.
Fuente: Zerounoweb.it, Network Digital360
Artículo publicado originalmente en 22 Ago 2024
