¿Cómo funcionan y para qué sirven los carriles PCIe de la placa base?

¿Cómo funcionan y para qué sirven los carriles PCIe de la placa base?

Rodrigo Alonso

PCI-Express, PCIe o Peripheral Component Interconnect Express puede ser a veces una especificación complicada de entender, especialmente cuando hablamos de carriles PCIe y su segmentación. En este artículo te vamos a contar qué son los carriles PCIe que tienen todas las placas base de PC, para qué sirven, cómo funcionan y por qué es importante tenerlos en cuenta.

Cuando el PC arranca, PCIe es lo que determina qué dispositivos están conectados a la placa base. Identifica el enlace entre cada uno de los dispositivos, creando un mapa del tráfico y negociando el ancho de banda de cada uno de los enlaces. Esta identificación de los dispositivos conectados utiliza el mismo protocolo que PCI, así que no hay cambios en cuanto a configuración cuando se cambia de PCIe a PCI a nivel de software o del sistema operativo.

¿Qué son los carriles PCIe y cómo funcionan?

Una conexión PCIe consiste en uno o más (hasta dieciséis por ahora) carriles de transmisión de datos conectados en serie, y cada uno de ellos consiste en dos pares de conexiones físicas (podríamos llamarlos cables), una para transmitir datos y la otra para recibirlos. En un solo zócalo PCIe podemos encontrar 1, 4, 8 o 16 carriles, denotados como PCIe x1, x4, x8 y x16, y esta es precisamente la diferencia entre PCIe y PCI, ya que en PCIe la conexión es en serie mientras que en PCI era en paralelo (con un bus de 32 o 64 bits bidireccional en paralelo).

PCIe carriles

PCIe es un protocolo de varias capas: una para transacciones, otra para enlaces de datos y otra más, física. La capa de enlaces de datos se subdivide para incluir además otra capa adicional llamada MAC, Media Access Control. Cada uno de los carriles consiste en dos pares unidireccionales que operan a una velocidad de 2,5, 5, 8 o 16 Gbit/s dependiendo de la capacidad negociada al arrancar el PC, mientras que por su parte los pares de transmitir y recibir datos están separados, haciendo que el total de conexiones físicas por cada carril sea de cuatro.

Cada uno de los carriles PCIe es una conexión independiente entre la controladora PCI del procesador o chipset y la tarjeta de expansión conectada. El ancho de banda escala de manera lineal, así que una conexión de cuatro carriles tendrá el doble de ancho de banda que una de dos carriles y así sucesivamente; en cuanto al tamaño físico, dado que hay un número de conexiones concreta el tamaño del zócalo dependerá del número de éstas.

Carriles PCIe

Un zócalo PCI-Express x16 de la placa base puede acomodar una tarjeta de expansión x1, x4, x8 o x16 indistintamente, ya que es capaz de funcionar a x16, x8, x4 y x1 sin problemas. De igual manera, un zócalo PCI-Express x8 de la placa base podrá dar cabida a tarjetas de expansión PCIe x8, x4 y x1, pero no a una x16 porque no tiene conexiones suficientes, y por este motivo en la mayoría de placas base encontrarás zócalos PCIe de diferentes dimensiones.

El ancho de banda de los bus PCI (y otros)

Para complicar un poco más las cosas, existen diferentes generaciones de la interfaz PCI-Express, cada una duplicando el ancho de banda máximo de la anterior generación. Actualmente existen las interfaces PCI-Express 1.0a, 1.1, 2.0, 2.1, 3.0, 3.1, 4.0 y muy pronto 5.0. En la siguiente tabla podéis encontrar el ancho de banda máximo de todos ellos, así como de otros buses de datos más antiguos como AGP, que precedió al PCI.

BUSAncho de banda
PCI1056 MBps
AGP 8x2.1 GBps
PCIe 1.0 / x41 GBps
PCIe 1.0 / x82 GBps
PCIe 1.0 / x164 GBps
PCIe 2.0 / x42 GBps
PCIe 2.0 / x84 GBps
PCIe 2.0 / x168 GBps
PCIe 3.0 / x11.97 GBps
PCIe 3.0 / x43.94 GBps
PCIe 3.0 / x87.88 GBps
PCIe 3.0 / x1615.75 GBps
PCIe 4.0 / x13.94 GBps
PCIe 4.0 / x47.88 GBps
PCIe 4.0 / x815.75 GBps
PCIe 4.0 / x1631.5 GBps
PCIe 5.0 / x1663 GBps
Firewire 400/800400/800 Mbps
USB 1.012 Mbps
USB 2.0480 Mbps
USB 3.04.8 Gbps
USB 3.110 Gbps​
Gigabit Ethernet1 Gbps
IDE (ATA 100)800 MBps
IDE (ATA 133)1064 MBps
SATA1.5 Gbps
SATA III3 Gbps
SATA 66 Gbps

¿Por qué deberían importarte los carriles PCIe de tu placa base?

En la actualidad, la mayoría de placas base modernas tienen capacidad de sobra para dar cabida al hardware moderno, pero hasta hace no mucho esto no era así. Por ejemplo, había muchas placas base que contaban con dos zócalos físicos PCIe x16, pero que al utilizar ambos al mismo tiempo (por ejemplo para conectar dos tarjetas gráficas) funcionaban eléctricamente a x8/x8. Otras placas base, y esto pasa incluso en la actualidad, tienen dos zócalos que físicamente son x16 pero que eléctricamente solo son capaces de funcionar a x16/x8, e incluso hay placas base en las que al conectar un SSD M.2 PCIe NVMe, uno de los zócalos PCIe físicos reduce su ancho de banda máximo a x8.

Los carriles PCIe de tu placa base deberían importarte, por lo tanto, si pretendes conectar varios dispositivos a la misma, como varias tarjetas gráficas o SSDs con interfaz PCIe, ya que algunas placas reducen el ancho de banda de estos zócalos físicos porque eléctricamente no tienen suficientes enlaces de datos. Es algo que deberás mirar en las especificaciones de la placa base y tenerlo en cuenta antes de comprarla para no llevarte desagradables sorpresas.