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PCIe: ¿Qué es el puerto PCI Express?

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El puerto PCI Express, abreviatura de Peripheral Component Interconnect Express es un tipo de conexión interna de dispositivos estándar que se incluye en muchos modelos da placas base. También se suele hacer referencia a él como PCIe o PCI-E. Cuando se habla de PCI Express nos solemos referir a los slots o ranuras de expansión de la placa base en los que podemos colocar tarjetas con conexión PCI Express. También es habitual referirse a tarjetas PCI Express cuando dichas tarjetas disponen de este tipo de conexión.

1. Conexión estándar actual

La conexión PCI Express ha reemplazado a las conexiones PCI y AGP. La conexión AGP se solía utilizar para conectar tarjetas gráficas a la placaba base, quedando ésta obsoleta con la aparición de la conexión PCI Express. Las conexiones PCI, que previamente habían reemplazado a las conexiones ISA, son anteriores a las conexiones AGP y, aunque ahora la mayor parte de las tarjetas son PCI Express, aún es una conexión que sigue vigente en algunas placas base.

Cualquier ordenador actual tiene una gran cantidad de conexiones y slots de expansión. Las ranuras PCI Express son actualmente las estándar, por lo que la mayor parte de las placas base carecen ya de ranuras de expansión AGP y PCI, siendo fabricadas exclusivamente con conexiones PCI Express.

2. Funcionamiento de la interfaz PCI Express

Del mismo modo que ocurría con los estándares PCI y AGP, los dispositivos PCI Express se introducen en los slots de expansión de la placa base, que suelen estar dispuestos en paralelo, en la parte posterior de la placa base, facilitando así la conexión de los dispositivos PCI Express con cualquier periférico.

La interfaz PCI Express proporciona un gran ancho de banda entre el dispositivo y la placa base o cualquier otro hardware que incluya este tipo de slot. También existe una modalidad externa de la interfaz PCI Express que se denomina ePCIe, que es la abreviatura de External PCI Express. Los dispositivos PCI Express externos requieren un tipo de cable específico para permitir la conexión entre el dispositivo y el puerto ePCIe. Este puerto suele estar localizado en la parte trasera de los ordenadores, integrado en la placa base o acondicionado al exterior mediante un tipo de tarjeta PCI Express interna especial.

3. Tipos de tarjetas PCI Express

Debido a los exigentes requerimientos técnicos de los videojuegos y de las aplicaciones de edición de vídeo y diseño 3D, las tarjetas gráficas fueron los primeros dispositivos en adoptar este tipo de conexión. Las tarjetas gráficas son todavía los dispositivos que más partido sacan a la velocidad y ancho de banda de las conexiones PCIe, pero es ya habitual encontrar otros dispositivos que se benefician de este incremento de velocidad en su conexión con la placa base y, en consecuencia, con la memoria y el procesador (CPU).

Por ejemplo, existen muchas tarjetas de sonido de gama alta que utilizan la conexión PCI Express, al igual que otros dispositivos como las tarjetas de interfaz de red, tanto pensadas para ser usadas con cable como WiFi.

Sin embargo, la conexión PCI Express no es todavía lo suficientemente rápida como para ser utilizada como bus de memoria RAM, ya que todavía es más adecuado el sistema HyperTransport o incluso el InfinityBand debido a su flexibilidad.

Un tipo de dispositivo PCI Express que está en auge son los discos duros o sus interfaces, que son los que más se benefician de este tipo de conexión después de las tarjetas gráficas. En especial, son los discos duros SSD los que suelen venir en forma de tarjeta PCI Express. Al conectar un disco duro a una interfaz de este tipo se obtiene un gran ancho de banda, por lo que se pueden obtener mejores tiempos de lectura y escritura. Puede darse el caso de que la tarjeta incluya solamente la interfaz, pudiendo conectar cualquier disco duro, pero también es habitual que el disco duro SSD venga ya montado en la tarjeta, rompiendo con el modo mediante al cual se han conectado los discos duros durante toda la vida.

En general, con el reemplazo de las conexiones AGP y PCI por la conexión PCI Express, todos los tipos de dispositivo actuales que vienen en forma de tarjetas de expansión soportan ya la interfaz PCI Express. Como ejemplos, podríamos nombrar las tarjetas Bluetooth, las tarjetas de red, las tarjetas de sonido, las tarjetas de expansión USB o los lectores de tarjetas SD.

4. Formatos del puerto PCI Express

Existen diferentes formatos del puerto PCI EXpress: PCI Express x1, PCI Express x4, PCI EXpress x8 o PCI Express x16. también existen diferentes versiones de cada formato, pero en este apartado nos centraremos exclusivamente ne el formato.

El formato del puerto define el tamaño físico del mismo. Es muy habitual que las placas base incluyan uno o dos puertos de gran tamaño para las tarjeta gráfica y otros más pequeños para el resto de tarjetas de expansión. El tamaño del puerto se indica con una x + el tamaño del mismo. Así por ejemplo, el puerto PCI Express x1 es el más pequeño, mientras que el puerto PCI Express x16 es el más grande. Aquí tiene sun listado con las características físicas de todos los tamaños:

  • PCI Express x1: 18 pines y 25 mm de longitud.
  • PCI Express x4: 32 pines y 39 mm de longitud.
  • PCI Express x8: 49 pines y 56 mm de longitud.
  • PCI Express x16: 82 pines y 89 mm de longitud.

Las tarjetas PCI Express siempre entrarán en un slot de la placa base que sea al menos del mismo tamaño que el conector de la tarjeta. Es por ello que una tarjeta PCI Express x1 siempre entrará en los puertos PCI Express x4, x8 o x16. Del mismo modo, una tarjeta PCI Express x8 será compatible con los puertos PCI Express x8 y x16. Alguna tarjetas PCI Express que son más largas que el puerto, puede que entren en el slot si este no tiene un delimitador físico al final del slot. A este tipo de slot se le llama ranura o slot de final abierto.

En lo referente al pequeño saliente que se encuentra en el interior del puerto, este siempre está situado en el pin número 11, independientemente de la versión o el formato del puerto.

Si damos por hecho que tanto una tarjeta PCI Express como el puerto al que se conecta comparten la misma versión, podemos afirmar que un puerto PCI Express más largo siempre tendrá más rendimiento que uno más pequeño.

5. Versiones del puerto PCI Express

El número que puedes ver en la nomenclatura del puerto PCI Express en una placa base o en un tarjeta después del nombre del mismo indica la versión más reciente de la especificación PCI Express con la cual es compatible.

Estas son las diferentes versiones del puerto PCI Express que existen:

  • PCI Express 1.0: Dispone de un ancho de banda base de 2Gbit/s (250 MB/s) por carril, y de un ancho de banda de 32 Gbit/s (4000 MB/s) por carril en un slot x16.
  • PCI Express 2.0: Dispone de un ancho de banda base de 4Gbit/s (500 MB/s) por carril y de un ancho de banda de 64 Gbit/s (8000 MB/s) por carril en un slot x16.
  • PCI Express 3.0: Dispone de un ancho de banda base de 7,87 Gbit/s (984.62 MB/s) por carril y de un ancho de banda de 126,03 Gbit/s (15754 MB/s) por carril en un slot x16.
  • PCI Express 4.0: Dispone de un ancho de banda base de 15,87Gbit/s (1969 MB/s) por carril y de un ancho de banda de 252,03 Gbit/s (31504 MB/s) por carril en un slot x16.

Todas las versiones de PCI Express son compatibles de modo bidireccional. Esto significa que cualquier tarjeta PCI Express funcionará en un puerto en el que entre físicamente. El rendimiento que obtendremos será el de la menor versión PCIe del puerto o de la tarjeta.

Con cada versión del puerto, el rendimiento aumenta considerablemente a medida que también aumenta el ancho de banda, por lo que con las versiones superiores aprovecharemos mejor el rendimiento de los dispositivos más potentes. Con cada nueva versión, no solo obtenemos más rendimiento, sino que también se agregan nuevas funcionalidades, se optimiza el consumo de energía y se corrigen errores. De todos modos, lo que realmente nos importará es el ancho de banda.

6. Compatibilidad del puerto PCI EXpress

El puerto PCI Express, tal y como hemos visto en sus formatos y versiones, soporta una gran variedad de configuraciones. Cualquier tarjeta PCIe que encaje en el slot, seguramente funcione. De todos modos para sacar el máximo partido al dispositivo que conectamos, la versión PCIe del slot debe ser igual o superior a la del dispositivo. Además, la longitud del slot debe ser también igual o superior a la longitud del conector del dispositivo.

Si tenemos una tarjeta PCIe 3.0 con tamaño de bus x16, solamente podremos obtener el mayor rendimiento si conectamos la tarjeta en una ranura PCIe x16 de una placa base que soporte la versión PCIe 3.0. Si tu placa base solo soporta la versión 2.0, la tarjeta no funcionará a una velocidad mayor a la soportada por el bus, que en este caso será de 64 Gbit/s.

La mayoría de las placas base y de los ordenadores fabricados en el 2014 soportan la versión PCIe 3.0. De todos modos, es posible comprobarlo en la hoja de especificaciones del manual de la placa base, en la bios o, en algunos casos, en alguna indicación que puede existir al lado del bus.

7. El futuro del puerto PCI Express

A pesar de la gran velocidad del puerto PCI Express, no reinará eternamente en nuestras placas base o videoconsolas. Debido a sus grandes demandas de recursos, suelen ser las tarjetas gráficas las que dictan la evolución en los slots de tarjetas de expansión.

Se espera que la versión 5.0 de la interfaz PCI Express esté disponible en el 2019, soportando un ancho de banda de 32.504 GB/s por carril, que son 3938 MB/s. Esta mejoras es el doble de la velocidad de transferencia que soporta el bus PCIe 3.0. Existen también otras especificaciones para buses de transferencia de datos en las que se está trabajando, pero supondrían grandes cambios en el hardware actual, por lo que se espera que la interfaz PCIe siga estando vigente en los próximos años.

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