¿Por qué los puertos PCI Express en mi placa base son de diferentes tamaños? x16, x8, x4 y x1 explicados

El estándar PCI Express es uno de los elementos básicos de la informática moderna, con una ranura en más o menos todas las computadoras de escritorio fabricadas en la última década. Pero la naturaleza de la conexión es algo nebulosa: en una PC nueva, es posible que veas media docena de puertos en tres o cuatro tamaños diferentes, todos etiquetados como “PCIE” o PCI-E ”. Entonces, ¿por qué la confusión y cuáles pueden en realidad usas?

Entendiendo el bus PCI Express

Como una actualización al sistema PCI (Interconexión de componentes periféricos) original, PCI Express tenía una gran ventaja cuando se desarrolló inicialmente a principios de la década de 2000: usaba un bus de acceso punto a punto en lugar de un bus serie. Eso significaba que cada puerto PCI individual y sus tarjetas instaladas podrían aprovechar al máximo su velocidad máxima, sin que se taponaran múltiples tarjetas o expansiones en un solo bus.

PCI Express reemplazó el estándar de ranura PCI anterior. Esta placa base admite tanto: PCIE x16 en azul, PCIE x1 en negro y PCI en beige.

En términos sencillos, imagine su PC de escritorio como un restaurante. El antiguo estándar PCI era como una tienda de delicatessen: todos esperaban en una sola línea para recibir el servicio, con la velocidad del servicio limitada por una sola persona en el mostrador. PCI-E es más como un bar, todos los usuarios se sientan en un asiento asignado, con múltiples camareros que toman el pedido de todos al mismo tiempo. (De acuerdo, nunca es posible conseguir un camarero para todos los usuarios de inmediato, pero supongamos que es una gran barra). Con carriles de datos dedicados para cada tarjeta de expansión o periférico, toda la computadora puede acceder a los componentes y accesorios más rápido..

Ahora, para ampliar nuestra metáfora deli / bar, imagine que algunos de esos asientos tienen varios camareros reservados solo para ellos. Ahí es donde surge la idea de múltiples carriles..

La vida en los carriles rápidos

PCI-E ha pasado por múltiples revisiones desde su inicio; actualmente, las nuevas placas madre generalmente usan la versión 3 del estándar, con la versión 4 más rápida cada vez más común y se espera que la versión 5 llegue a 2019. Pero las diferentes revisiones usan las mismas conexiones físicas, y esas conexiones pueden venir en cuatro tamaños principales : x1, x4, x8 y x16. (Existen puertos x32, pero son extremadamente raros y generalmente no se ven en el hardware del consumidor).

Tarjetas de diferentes tamaños admiten diferentes carriles PCI-Express máximos.

Los diferentes tamaños físicos permiten diferentes números de conexiones de pin de datos simultáneas a la placa base: cuanto más grande sea el puerto, más conexiones máximas en la tarjeta y el puerto. Estas conexiones se conocen coloquialmente como "carriles", y cada carril PCI-E consta de dos pares de señalización, uno para enviar datos y el otro para recibir datos. Las diferentes revisiones del estándar PCI-E permiten diferentes velocidades en cada carril. Pero en términos generales, cuantos más carriles haya en un solo puerto PCI-E y su tarjeta conectada, más rápido podrán fluir los datos entre el periférico y el resto del sistema informático..

Volviendo a nuestra metáfora de la barra: si imaginas a cada usuario sentado en la barra como un dispositivo PCI-E, entonces un carril x1 sería un único barman que atiende a un solo cliente. Pero un patrón sentado en el asiento "x4" asignado tendría cuatro los camareros le traían bebidas y comida, y el asiento "x8" tenía ocho camareros solo por sus bebidas, y el que estaba en el asiento "x16" tenía dieciséis camareros solo para él. Y ahora vamos a dejar de hablar de bares y camareros, porque nuestros pobres bebedores metafóricos están en peligro de intoxicación por alcohol..

¿Qué periféricos usan qué puertos??

Para la versión 3.0 de revisión común de PCI Express, la velocidad máxima de datos por carril es de ocho gigatransferencias, un término que significa "todos los datos y la sobrecarga electrónica a la vez". En el mundo real, la velocidad para la revisión 3 de PCI-E es un poco menos de un gigabyte por segundo, por carril.

Por lo tanto, un dispositivo que utiliza un puerto PCI-E x1, como una tarjeta de sonido de baja potencia o una antena de Wi-Fi, puede transferir datos al resto de la computadora a aproximadamente 1 GB por segundo. Una tarjeta que llega hasta la ranura x4 u x8 físicamente más grande, como una tarjeta de expansión USB 3.0, puede transferir datos cuatro u ocho veces más rápido, y sería necesario, si se estuvieran usando más de dos de esos puertos USB a su máximo ratio de transferencia. Los puertos PCI-E x16, con un máximo teórico de alrededor de 15 GBps en la revisión 3.0, se utilizan para casi todas las tarjetas gráficas modernas diseñadas por NVIDIA y AMD.

La mayoría de las tarjetas gráficas discretas usan una ranura PCI-E x16 completa.

No hay pautas establecidas para qué tarjetas de expansión usarán cada número de carriles. Las tarjetas gráficas tienden a usar x16 solo por la máxima transferencia de datos, pero obviamente no necesita una tarjeta de red para usar un puerto x16 y dieciséis carriles completos cuando su puerto Ethernet solo puede transferir datos a un gigabit por segundo ( aproximadamente una octava parte del rendimiento de un PCI-E recordatorio de carril, ocho bits por byte). Hay una pequeña cantidad de unidades de estado sólido montadas en PCI-E que prefieren un puerto x4, pero parece que el nuevo estándar M.2 las ha superado rápidamente, que también pueden usar el bus PCI-E. Las tarjetas de red de gama alta y los equipos entusiastas, como los adaptadores y los controladores RAID, utilizan una combinación de formatos x4 y x8.

Recuerde: el tamaño de los puertos PCI-E y los carriles pueden no ser lo mismo

Esta es una de las partes más confusas de la configuración de PCI-E: un puerto puede ser del tamaño de una tarjeta x16, pero solo tiene suficientes líneas de datos para algo mucho menos rápido, como x4. Esto se debe a que, si bien PCI-E puede alojar básicamente cantidades ilimitadas de conexiones individuales, todavía hay un límite práctico en el rendimiento del carril del chipset. Las placas base más baratas con más conjuntos de chips orientados al presupuesto solo pueden subir a una única ranura x8, incluso si esa ranura puede alojar físicamente una tarjeta x16. Mientras tanto, las placas madre de "gamer" incluirán hasta cuatro ranuras PCI-E de tamaño x16 y x16 líneas para máxima compatibilidad con GPU. (Hemos discutido esto con más detalle aquí).

Esta placa base para entusiastas incluye cinco ranuras PCI-E x16 de tamaño completo, pero solo dos de ellas tienen las 16 vías de datos completas, las otras son x8 y x4.

Obviamente, esto puede causar problemas. Si su placa base tiene dos ranuras de tamaño x16, pero una de ellas tiene solo x4 carriles, al conectar su nueva y elegante tarjeta de gráficos en la ranura incorrecta se podría bloquear el rendimiento en un 75%. Eso es un resultado teórico, por supuesto: la arquitectura de las placas base significa que no verás un descenso tan dramático. El punto es, la tarjeta correcta debe ir en la ranura correcta.

Afortunadamente, la capacidad del carril de las ranuras PCI específicas generalmente se explica en la computadora o en el manual de la placa base, con una ilustración de qué ranura tiene qué capacidad. Si no tiene su manual, la cantidad de carriles generalmente se escribe en la PCB de la placa madre al lado del puerto, de esta manera:

Las etiquetas en estos puertos muestran los carriles disponibles: el puerto x1 en la parte superior tiene un carril, pero el puerto x16 a continuación tiene solo cuatro, a pesar de su tamaño físico. PCIEX1_2 significa que es el segundo puerto x1 en la placa base.

Además, una tarjeta x1 o x4 más corta puede caber físicamente en una ranura x8 o x16 más larga: la configuración inicial del pin de los contactos eléctricos lo hace compatible. La tarjeta puede estar un poco floja físicamente, pero cuando está atornillada en su lugar en las ranuras de expansión de una caja de la PC, es más que adecuadamente robusta. Naturalmente, si los contactos de una tarjeta son físicamente más grandes que la ranura, no se puede insertar.

Entonces, cuando compre tarjetas de expansión o actualización para ranuras PCI Express, debe tener en cuenta tanto el tamaño como la clasificación de carril de sus puertos disponibles.

Crédito de la imagen: Newegg, Amazon