Ya sabes qué es PCI Express pero, ¿conoces todas sus velocidades?

La interfaz PCIe podríamos tomarla como una solución para expandir las capacidades de un ordenador. Hay elementos que no están integrados dentro de la placa base por lo que tienen que conectarse a ella a través de una serie de puertos específicos, como es el caso del procesador o de aquellos otros elementos que necesitan de hardware adicional.

Para poder conectarlos, se ha desarrollado un conectar estándar que evita la proliferación de componentes propietarios de cada fabricante, por lo que permite que no tengamos que encadenarnos a una sola compañía y a sus soluciones. De esta forma, es el fabricante el que debe adaptarse al estándar lo que permite que existan muchas alternativas para los usuarios y de ahí la variedad infinita de posibles configuraciones dentro del universo PC.

Una vez el estándar está desarrollado y aprobado, todos deben adaptarse a las especificaciones. Ninguno de los firmantes del acuerdo, ya sean miembros del consorcio o colaboradores, puede manipularlo a su antojo. La idea es ofrecer compatibilidad universal y que sea posible adquirir componentes con la seguridad de que no nos va a dar problemas ni crear situaciones de incompatibilidad.

¿Qué es PCIe?

Es la denominación que recibe el bus de expansión en serie de alta velocidad utilizado en informática en la actualidad. Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) se utiliza principalmente para tarjetas gráficas, aunque puede usarse también para tarjetas de sonido, instalación de SSD, tarjetas de red y otros elementos que utilizamos a diario en nuestros PC.

Es tal su versatilidad y popularidad adquirida en los últimos tiempos que cada vez más componentes que podemos instalar dentro de nuestros equipos se han decidido por utilizarlo, por lo que se ha transformado con los años en uno de los puntales más importantes de la tecnología de puertos de ordenadores.

Nos ofrece esta interfaz un mayor rendimiento del bus con respecto a las soluciones anteriores. Además, reduce la cantidad de pines E/S necesarios, ofrece una gran escalabilidad del rendimiento. Por si fuera poco, incluye mecanismos de notificación, detección de errores y la posibilidad de intercambio de componentes en caliente. Precisamente, esto último antaño no era posible, ya que la desconexión de un componente sin apagar el ordenador podía provocar daños irreparables en la placa base y estropear todo el ordenador.

La especificación está desarrollada por parte de PCI-SIG (PCI Special Interest Group). Hablamos de un consorcio de 900 empresas cuyo objetivo es desarrollar y mantener la interfaz PCIe estableciendo todas sus especificaciones, así como todas sus futuras evoluciones. Esa homogeneidad es la clave del éxito que ha tenido desde que se viene utilizando hace ya 20 años, 2004.

Actualmente, en el mercado conviven las versiones PCIe 3.0 (2010), PCIe 4.0 (2017) y PCIe 5.0 (2019). Destacar que en 2022 se presentó el estándar PCIe 6.0, pero aún le cuesta implementarse al ritmo que los fabricantes desearían, cosa que resulta bastante curioso que a día de hoy sigamos sin ver una transición desde los estándares anteriores al actual. Por otro lado, está previsto que en 2025 se presente el estándar definitivo de PCIe 7.0, así que veremos cuál es el panorama que se encuentra a su llegada y si la industria decide ahorrarse el paso por PCIe 6.0 para dar el salto directamente al nuevo estándar.

Principales características de esta interfaz

Como hemos comentado, PCI-SIG es el único regulador de esta interfaz y obliga a todos a cumplir con el estándar o, de lo contrario, no tendrá la certificación para poder usarse. Es más, cuando vayáis a adquirir un periférico para este tipo de conector, es esencial que veamos en la caja todos los certificados que garantizan que va a poder utilizarse con nuestro equipo. Es por eso que, una vez que siguen las recomendaciones de PCI-SIG, los fabricantes pueden usar este tipo de conectividad, respetando dos parámetros que no se pueden alterar nunca: el regulador impide modificar las dimensiones físicas del bus (es decir, los anchos existentes dependiendo del modelo de PCIe que quieren utilizar) y las velocidades de funcionamiento de cada uno de ellos en función de la cantidad de pines presentes.

Dimensiones estandarizadas

Actualmente, la interfaz PCIe cuenta con cuatro longitudes de conector estandarizadas según el número de líneas PCIe. El número de líneas siempre se indica con una ‘x’ seguido de un número. Nos dice cuántas líneas de conexión tiene con el procesador o con el chipset, cuando son líneas indirectas. Y no hará falta decir que cuanto mayor valor tenga esa «x», mejor en teoría para la capacidad de rendimiento del ordenador por lo que sí, un PCI x16 con 82 pines es el que mejor rendimiento nos va a ofrecer de todos. Si es que el componente que lo utiliza va a hacer uso de ese ancho de banda de trabajo.

Debéis saber que la longitud del zócalo y el número de pines tienen relación con el número de líneas. De la forma que os indicamos justo aquí debajo:

• PCIe x1 es de 1 línea y tiene una longitud de 25 mm y alberga 18 pines
• PCIe x4 es de 4 líneas y tiene una longitud de 39 mm y alberga 21 pines
• PCIe x8 es de 8 líneas y tiene una longitud de 56 mm y alberga 46 pines
• PCIe x16 es de 16 líneas y tiene una longitud de 89 mm y alberga 82 pines

Decir que, independientemente de la cantidad de líneas, el socket PCIe tiene una altura estandarizada de 111.15 mm y una anchura de 20.32 mm.

Excepciones de tamaño a tener en cuenta

Un aspecto importante de este estándar es que podemos instalar una tarjeta de expansión de longitud corta en un socket de longitud mayor. Por ejemplo, podríamos instalar una tarjeta de expansión PCIe x4 en un socket PCIe x16. El bus se adaptará de manera automática sin problemas y seguirá funcionando sin errores.

Incluso, podemos encontrarnos con zócalos PCIe x16 que realmente cuentan con 49 pines (como PCIe x8). Esto sobre todo es común en placas base con varios sockets PCIe x16 para tarjetas gráficas. Solo el primero suele ser de perfil completo y el resto, se recortan, por lo que no ofrecen la misma capacidad.

Ranuras M.2

Tenemos en el mercado dos tipos de unidades, las basadas en la interfaz SATA y de formato 2.5 pulgadas y las basadas en la interfaz PCIe de formato M.2. Las unidades SSD M.2 se instalan directamente sobre la placa base en los socket o ranuras M.2. Dichas interfaces de conexión se basan en el bus de comunicación PCI Express y son una variante inspirada en la misma tecnología pero con un uso muy específico para esas unidades de almacenamiento.

Estas ranuras M.2 soportan diferentes formatos de unidades SSD M.2, que pueden basarse en SATA o PCIe. Destacar que actualmente las unidades SSD M.2 SATA son bastante raras de ver, por ser muchísimo más lentas que las unidades PCIe. Para todos los casos el conector es estándar, tiene las mismas dimensiones y cantidad de pines.

Suministro de energía directo

Algo que muchos usuarios desconocen es que la propia interfaz PCIe tiene la capacidad de suministrar energía. Esto se hace, sobre todo, pensando en tarjetas de expansión con consumos bajos, como tarjetas de red y sonido, para no tener que agregar conectores adicionales.

Concretamente, para tarjetas de expansión PCIe x1 se puede llegar a suministrar hasta 25 vatios a una tensión de 12 voltios. Para tarjetas de expansión superiores y hasta x16 el suministro de energía puede ascender hasta los 75 vatios a una tensión de 12 voltios.

Velocidades de transferencia de PCIe

Podemos definirlo como un puerto bus local pensado para instalar tarjetas de expansión. Son elementos que mejoran las capacidades o prestaciones del sistema. Estos se pueden usar para conectar, entre otros, estos elementos

• Tarjetas gráficas
• FPGAs
• SSD de alta velocidad
• Controladoras RAID
• Tarjetas de sonido
• Tarjetas de red

Estos son solo una muestra, siendo las tarjetas de expansión más habituales en el mercado. Realmente, hay muchas otras integraciones y usos de este tipo de interfaz de transferencia de datos.

Cada nueva generación suele duplicar la velocidad o volumen de datos que se puede transferir. Cuanto más reciente es la versión, mayores velocidades conseguirá esta interfaz.

Hemos agregado a la siguiente tabla la interfaz PCIe 7.0 que aún no está aprobada. Se encuentra en la fase final de desarrollo y, pudiéndose presentar a lo largo de 2024. Los datos mostrados para esta versión del conector sería prácticamente los definitivos, no deberían variar.

Cómo calcular manualmente la velocidad

Aunque todos los datos están correctamente representados en este artículo, siempre viene bien conocer cómo los ingenieros calculan los anchos de banda para cada versión y línea. En realidad, es bastante sencillo si tenemos los datos correctos, ya que todo se reduce a escoger una línea donde queremos saber su rendimiento, seleccionar sus Gigatransfer y multiplicarlo por la codificación de su correspondiente versión.

Esto nos dará el llamado pair o diferential pair, el cual viene expresado en MB/s. Ahora solo tendremos que multiplicar esta cifra por el número de líneas totales que queramos calcular, donde el dato que obtendremos será en GB/s y unidireccional.

Si queremos saber la bidireccionalidad del bus en concreto, multiplicaremos por dos el valor, ya que es síncrono. Falta por conocer la especificación final de PCIe 6.0, pero los primeros datos, ya que vimos nos hacen pensar que duplicará de nuevo todos los valores manteniendo la codificación y donde será necesaria una nueva reestructuración de la parte eléctrica, al igual que ha pasado con PCIe 3.0 vs PCIe 4.0.

Por lo tanto, la compatibilidad está asegurada, pero podríamos encontrarnos con el hecho de que los fabricantes no ofrezcan PCIe 6.0 en placas nativas con PCIe 5.0, y de paso hacernos pasar por caja una vez más. Es algo que debéis tener en cuenta, ya que estos estándares no quedan anclados en el tiempo y cada pocos años van mejorando, haciendo incompatibles algunos componentes más modernos con placas antiguas. Si es tu caso, valora hacer un cambio radical de ordenador, para actualizarlo a las versiones más modernas.

Esto no está confirmado, de hecho, este año tendrán las últimas reuniones para fijar detalles como estos, pero por lo filtrado, parece que el escenario será de nuevas placas base y no un upgrade por BIOS/UEFI a las que haya con PCIe 5.0.

¿Cómo afecta la elección de una versión específica de PCIe al rendimiento del PC?

A la hora de comprar una placa base, una vez nos hemos marcado un presupuesto, debemos tener en cuenta la versión de PCIe que ofrece, ya que de esta dependerá gran parte de su rendimiento, especialmente en las tarjetas gráficas y en las unidades de almacenamiento.

Como hemos comentado a lo largo de este artículo, la versión de PCIe define el ancho de banda que es capaz de ofrecer en combinación con los otros componentes del PC.

Siempre que sea posible, ambos deben ser compatibles con la misma versión de PCIe ya que, de lo contrario, sufriremos de cuello de botella y nunca podremos sacarla el máximo partido, ya que únicamente se utilizará la velocidad que ofrezca el protocolo más antiguo.

Si bien es cierto que en el mercado podemos encontrar placas base y componentes compatibles con PCIe 3.0, PCIe 4.0 y PCIe 5.0, estos dos últimos son los más utilizados. ¿Qué versión necesitas? Aquí depende del uso principal que hagamos del PC.

• PCIe 3.0. Más que suficiente para uso de ofimática, reproducción de contenido. Si bien es cierto que también se puede utilizar para gaming, es recomendable hacerlo con hardware de generaciones anteriores.
• PCIe 4.0. A pesar de que PCIe 5.0 lleva mucho tiempo en el mercado, a día de hoy sigue siendo la opción más utilizada por su relación precio-rendimiento. Esta opción es ideal para jugar y trabajar.
• PCIe 5.0. Si trabajamos en la creación de contenido, Inteligencia Artificial o buscamos el máximo rendimiento y no queremos renovar el equipo en muchos años, debemos apostar por PCIe 5.0.