Puerto PCI Express, uno de los más importantes de la placa base

Puerto PCI Express, uno de los más importantes de la placa base

Roberto Sole

Todos sabemos que las placas base modernas llevan todas una cosa que se llama PCI Express (o PCIe, para abreviar). Pero no todos saben qué es este estándar. Ni las especificaciones que ha tenido este estándar desde que se formuló hasta la actualidad. O por qué se desarrolló este estándar y a qué otro estándar es al que sustituye. Todo esto es lo que vamos a tratar en este nuevo artículo.

El PCI Express se ha convertido en el zócalo de expansión por antonomasia para los PCs, todo gracias a las diversas evoluciones que ha tenido a través de su historia, lo que le ha permitido continuar durante más de una década en el interior de los PCs de la gente. Es por ello que os vamos a desvelar sus secretos.

 

¿Qué es PCI Express?

Es un bus seriado de datos de alta velocidad, cuya función es la de comunicar entre sí los diferentes componentes de un PC. Estos componentes pueden tener todos sus controladores en la placa base. También pueden usar controladores externos, en el caso de tratarse de tarjetas de expansión. Recibe el nombre este bus de comunicación PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express)

Este bus comenzó a introducirse en el año 2003. Y se desarrolló tanto para ser sustituto del, ya extinto, bus PCI que empleaban las placas base hasta ese momento, como del bus AGP que utilizaban las tarjetas gráficas por aquel momento.

Como principal diferencia, y mejora, frente al bus PCI antiguo, está el hecho que el ancho de banda del bus no se subdivide entre los diferentes componentes y por tanto se comparte. Algo que siempre lastró bastante el rendimiento del bus PCI. Porque, con ese bus, al compartir todos el mismo ancho de banda, cuanto más rendimiento tenía un componente. Y más ancho de banda exigía para funcionar, menor rendimiento de los componentes conectados a él. Por lo que el PCI Express trae lo que llamamos calidad de servicio, en el que cada uno de los componentes conectados recibe el ancho de banda necesario para funcionar sin problemas.

Todas las especificaciones y sus revisiones posteriores, son desarrolladas por el PCI Special Interest Group (PCI-SIG). Este está formado por más de 900 compañías dedican parte de sus esfuerzos a desarrollar este estándar de la industria.

PCIe lane segmentation

 

Versiones desde su creación

La primera versión del bus PCI Express aunaba las características de los puertos PCI y AGP, del primero tomo los mecanismos de identificación Plug and Play a través de su sistema de identificación, del segundo el ancho de banda y la capacidad de tener acceso a la RAM del sistema para copiar datos, aunque sin soportar coherencia en el direccionamiento de la memoria. Lo cual es lo que añade el Compute Express Link, el cual será implementado a partir de la versión 5.0 del estándar.

Actualmente, se han desarrollado 5 versiones diferentes del bus PCIe y existe una sexta en desarrollo:

  • La primera versión del estándar (PCIe 1.0) se presentó en el año 2003, tenía una capacidad de transferencia de datos de 2,5 GT/s (GigaTransfers por segundo) y de 250 MB/s por cada vía de datos.
  • El PCIe 2.0 fue lanzado en el año 2007, doblaba la tasa de transferencia de datos a 5 GT/s y a 500 MB/s por cada vía de datos.
  • PCIe 3.0: del año 2010, volvía a doblar las tasas de transferencia de archivos hasta los 8 GT/s y 984,6 MB/s por vía de datos. Precisamente por ello nunca hubo gran diferencia de rendimiento entre usar una tarjeta gráfica para este bus, en un bus PCIe 2.0.
  • PCIe 4.0: del año 2017, vuelve a doblar las tasas de transferencia hasta los 16 GT/s y 1.969 MB/s. Este bus de datos ha comenzado a verse recientemente en las placas base para los procesadores AMD Ryzen 3000 y Threadripper 3.
  • PCIe 5.0: su especificación se ha finalizado este año. Y, como es habitual, vuelve a doblar los datos de la anterior especificación hasta los 32 GT/S y 3.938 MB/s.

La última versión que está en desarrollo es la PCIe 6.0, cuya especificación todavía no se ha finalizado. Pero con la cual se volverá a doblar las especificaciones anteriores, llegando hasta los 64 GT/s y 7.8777 MB/s por cada vía de datos. Se comenta que para ello tendrán que utilizar codificación PAM4 por primera vez.

PCI Express 5.0

 

Formato de la interfaz

Una particularidad de la interfaz PCIe, es que es un bus modular. Es decir, que los conectores que se emplean en la placa base, no tienen todos las mismas características. En función del número de vías de datos PCI Express conectada a ellos, pueden ser conocidos como x1, x4, x8 o x 16.

Esto quiere decir que físicamente cada conector tiene un número de pines de contacto determinado, donde por ejemplo el conector de mayor tamaño, el x16, puede tener todos los contactos habilitados en su longitud, o en cambio tener solo la mitad, lo que rebajaría su velocidad a x8 lógicamente.

En cualquier caso, las diferencias entre versiones son de simple velocidad, ya que los conectores han mantenido su forma física en todos los aspectos, así como el número de contactos. La mayor velocidad se alcanza con distintas técnicas para garantizar la integridad de las señales, así como su modulación, voltaje y conexión.

Actualmente no existen muchas tarjetas de expansión que podamos acoplar a nuestro ordenador en las que varíen el tamaño. Esto se debe principalmente a que en los ordenadores actuales se suele utilizar únicamente el PCIe x16, en el cual se incorpora la gráfica. El resto cada vez se ven o se usan menos, ya que las nuevas placas base cada vez incorporan especificaciones adicionales, como por ejemplo WiFi.

PCIe placa

 

La llegada del conector M.2

Hace unos años con la llegada de los SSD se introdujo una variante de este conector. Este nuevo conector recibe el nombre de M.2 NVMe y está destinado principalmente para conectar discos de almacenamiento interno, ya que permite unas velocidad de transferencia muy superiores a las de los conectores de almacenamiento tradicionales. Aunque no todo el mundo lo conoce, este tipo de conector también permite conectar tarjetas de expansión, como por ejemplo para tarjetas de red, entre otros.

Se diferencia del respecto al resto de conectores en que está pensado para instalar los SSD y anclarse en la placa base por lo que, como hemos comentado antes, al tener una interfaz de datos superior, así como estar directamente conectado a la placa, ofrece velocidades muy superiores a un conector normal. Existen varios tipos de este mismo conector dependiendo de como de ancho es, pero para las placas base comerciales se ha estandarizado el formato de 22 mm.

Normalmente, uno de estos conectores va directamente al procesador y el resto van mediante chipset. Pero puede darse el caso que la placa base tenga dos de estos conectores directamente enlazados con el procesador. Esto lo determina el fabricante de la placa base y lo especifica en la hoja de características.

socket m.2 pcie

 

PCI Express Óptico

Otro tipo de interfaz PCI Express es aquel que se basa en el uso de interfaces avanzadas de fibra óptica para comunicar gráficas entre sí a alta distancia. Lo cual es necesario para la aceleración de algoritmos que requieren múltiples GPUs al mismo tiempo, pero también abre la posibilidad al uso en sistema domésticos.

Los sistemas ópticos tienen la particularidad de no perder calidad de la señal en la distancia, lo cual lo hacen ideal para la implementación de tarjetas gráficas externas. ¿El problema? Por el momento solo se ha podido llegar a la tercera generación con cables PCIe 3.0 x8, lo cual equivale al PCIe 4.0 x4 en ancho de banda, por lo que más que servir para GPUs puede ser el clavo en el ataúd de los SSD USB externos.

Por el momento el PCI Express óptico solo se utiliza en el mercado de los servidores entre los que se incluyen los centros de datos. Pero su llega al mercado doméstico se acabará dando, debido a que muchas aplicaciones van a requerir ancho de banda y por tanto velocidades acceso muy superiores a los que cualquier tipo de USB puede otorgar.

PCIe

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  • Se te ha presentado un vídeo sobre tendencias de moda, pero tu y otros usuarios habéis dejado de visualizarlo transcurridos unos 30 segundos. Esta información se utilizará para valorar la duración óptima de los futuros vídeos sobre tendencias de moda.

Se pueden generar informes basados en la combinación de conjuntos de datos (como perfiles de usuario, estadísticas, estudios de mercado, datos analíticos) respecto a tus interacciones y las de otros usuarios con el contenido publicitario (o no publicitario) para identificar las características comunes (por ejemplo, para determinar qué público objetivo es más receptivo a una campaña publicitaria o a ciertos contenidos).

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  • Un anunciante quiere tener una mayor comprensión del tipo de público que interactúa con sus anuncios. Por ello, acude a un instituto de investigación con el fin de comparar las características de los usuarios que han interactuado con el anuncio con los atributos típicos de usuarios de plataformas similares en diferentes dispositivos. Esta comparación revela al anunciante que su público publicitario está accediendo principalmente a los anuncios a través de dispositivos móviles y que es probable que su rango de edad se encuentre entre los 45 y los 60 años.

La información sobre tu actividad en este servicio, como tu interacción con los anuncios o con el contenido, puede resultar muy útil para mejorar productos y servicios, así como para crear otros nuevos en base a las interacciones de los usuarios, el tipo de audiencia, etc. Esta finalidad específica no incluye el desarrollo ni la mejora de los perfiles de usuario y de identificadores.

  • Una plataforma tecnológica que opera con un proveedor de redes sociales observa un crecimiento en los usuarios de aplicaciones móviles y se da cuenta de que, en funciónde sus perfiles, muchos de ellos se conectan a través de conexiones móviles. La plataforma utiliza una tecnología nueva para mostrar anuncios con un formato óptimo para los dispositivos móviles y con un ancho de banda bajo a fin de mejorar su rendimiento.
  • Un anunciante está buscando una forma de mostrar anuncios en un nuevo tipo de dispositivo. El anunciante recopila información sobre la forma en que los usuarios interactúan con este nuevo tipo de dispositivo con el fin de determinar si puede crear un nuevo mecanismo para mostrar la publicidad en ese tipo de dispositivo.

El contenido que se presenta en este servicio puede basarse en datos limitados, como por ejemplo la página web o la aplicación que esté utilizando, tu ubicación no precisa, el tipo de dispositivo o el contenido con el que estás interactuando (o con el que has interactuado) (por ejemplo, para limitar el número de veces que se te presenta un vídeo o un artículo en concreto).

  • Una revista de viajes, para mejorar las experiencias de viaje en el extranjero, ha publicado en su página web un artículo sobre nuevos cursos que ofrece una escuela de idiomas por Internet. Las publicaciones del blog de la escuela se insertan directamente en la parte inferior de la página y se seleccionan en función de la ubicación no precisa del usuario (por ejemplo, publicaciones del blog que explican el plan de estudios del curso para idiomas diferentes al del país en el que este te encuentras).
  • Una aplicación móvil de noticias deportivas ha iniciado una nueva sección de artículos sobre los últimos partidos de fútbol. Cada artículo incluye vídeos alojados por una plataforma de streaming independiente que muestra los aspectos destacados de cada partido. Si adelantas un vídeo, esta información puede utilizarse para determinar que el siguiente vídeo a reproducir sea de menor duración.

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