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

Actualmente, es el puerto de expansión único en todas las placas base del mercado. Permite instalar una gran variedad de tarjetas de expansión, siendo la más común la tarjeta gráfica. Debido a su gran flexibilidad, ya no se agregan otros zócalos de expansión en la actualidad.

Pese a que este tipo de interfaz ya tiene muchos años, ha ido evolucionando y mejorando para adaptarse a las necesidades modernas. Poco tiene que ver ya la primera variante de este socket con las versiones modernas. Mayores velocidades, tecnologías adyacentes para optimizar el rendimiento y mayor seguridad, son algunas de las muchas mejoras que se han ido integrando.

¿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.

Versiones desde su creación

La primera variante del bus PCI Express combinaba las características de los puertos PCI y AGP. Sobre todo destacaba la capacidad de identificación Plug and Play mediante su sistema de identificación. También destacaba por ofrecer un gran ancho de banda y tener acceso a la RAM para copiar datos.

Con los años se ha ido mejorando y agregando características como la coherencia de direccionamiento de memoria. Esta tecnología se encuentra en el paquete de características Compute Express Link que se empieza a usar a partir de la variante PCIe 5.0.

Hasta la fecha se han lanzado al mercado cinco versiones diferentes de esta interfaz, como son:

• PCIe 1.0: versión inicial de este estándar presentada en 2003 y que ofrecía una velocidad de transferencia de datos de 2,5 GT/s (GigaTransfers por segundo) y de 250 MB/s por cada vía de datos.
• PCIe 2.0: fue lanzada 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. Debido a la baja diferencia de velocidad de transferencia, no existían grandes diferencias de rendimiento entre conectar una tarjeta gráfica a un puerto PCIe 2.0 o uno PCIe 3.0.
• PCIe 4.0: del año 2017, vuelve a doblar las tasas de transferencia hasta los 16 GT/s y 1.969 MB/s. Una de las novedades más interesantes es que soportaba ReBAR, una tecnología que permite a la GPU almacenar datos en la memoria RAM. Esto sirve para aumentar el rendimiento en juegos, principalmente.
• PCIe 5.0: su especificación completa se terminó en 2019 aunque su implementación está siendo lenta. Dobla nuevamente las velocidades de transferencia, llegando a los 32 GT/S y 3.938 MB/s. Actualmente (2024) si bien hay placas base con puertos PCIe 5.0 x16, no hay tarjetas gráficas que aprovechen esta interfaz. Sí que tenemos unidades SSD M.2 PCIe 5.0, pero son costosas y poco habituales.
• PCIe 6.0: las especificaciones finales fueron presentadas en 2022, aunque su implementación no ha empezado. Esta nueva versión ofrece velocidades de transferencia de hasta 64 GT/s y 7.8777 MB/s. Su implementación inicial, como es normal, será en servidores y Data Centers, prevista para 2025 y no sería hasta finales de 2026 cuando diera el salto a los productos generalistas.

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.

Qué tipos de tarjetas de expansión se pueden conectar

Una vez conocemos lo que es el PCIe, podemos pensar en el uso que tiene, y es que es normal que tan solo conozcamos una o dos tarjetas de expansión que se pueden conectar, ya que por lo general los ordenadores personales no suelen utilizar ningún tipo de tarjeta más allá de la gráfica, que es, seguramente, la que todas las personas conocen. Y es que realmente es posible que desde un principio tan solo se nos venga a la cabeza la GPU cuando pensamos en algo que se puede conectar al PCIe, pero hay muchas otras tarjetas, unas con mayor uso que otras, que podemos encontrar para mejorar la conectividad y funciones de nuestro ordenador.

En general, todas las tarjetas que podemos conectar nos ofrecen la posibilidad de ampliar todo lo que necesita nuestro ordenador, por ejemplo, hay algunas como las de interfaz que nos permiten añadir diversos puertos de expansión para periféricos al sistema, aumentando la cantidad de dispositivos que podemos conectar. Otras por ejemplo pueden servir directamente para ampliar el almacenamiento de nuestro ordenador, o directamente ofrecernos una conexión mucho más estable permitiéndonos incluso añadir Wifi o Bluetooth a nuestro ordenador de forma interna.

Como bien os podéis imaginar, existe prácticamente un tipo de tarjeta para cada uno de los usos que podéis imaginar que no incluye de normal un ordenador, por lo que hay una gran cantidad de ellas en el mercado. A continuación, os enseñamos un listado de cuales son algunas de las que podéis conseguir para ampliar las capacidades de vuestro ordenador:

• Unidades de almacenamiento
• Tarjetas de interfaz
• Tarjeta de red
• Controladora RAID
• Tarjeta de sonido
• Capturadoras de vídeo
• Tarjetas gráficas
• Tarjetas FPGA
• Tarjetas sintonizadoras de TV

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.

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.