Lo que necesitas saber sobre el PCIe (PCI Express)

¿Qué es PCIe?

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) es un estándar de bus de expansión de alta velocidad diseñado para reemplazar los estándares de bus PCI, PCI-X y AGP

Es la interfaz común de la placa base para las tarjetas gráficas, tarjetas de sonido, adaptadores de host de unidades de disco duro, SSD, conexiones de hardware Wi-Fi y Ethernet en las computadoras personales

PCI vs PCIe

PCI y PCIe son dos estándares de bus de expansión que se utilizan para conectar dispositivos de hardware a la placa base de una computadora. A continuación, se describen algunas diferencias importantes entre PCI y PCIe:

Interfaz: PCI es una interfaz paralela, mientras que PCIe es una interfaz serial

Esto significa que PCIe puede enviar y recibir datos en dos direcciones al mismo tiempo, lo que lo hace mucho más rápido que PCI

Velocidad: PCIe es mucho más rápido que PCI

La velocidad de transferencia de datos de PCIe es de hasta 32 Gbps para PCIe 3.0, mientras que la velocidad de transferencia de datos de PCI es de hasta 133 MB/s

Ranuras: Las ranuras PCIe son más pequeñas que las ranuras PCI

Además, las ranuras PCIe pueden tener diferentes tamaños físicos, dependiendo del número de carriles conectados a la ranura

Compatibilidad: PCIe es compatible con versiones anteriores de PCI, lo que significa que una tarjeta PCIe de una versión anterior se puede utilizar en una ranura PCIe de una versión más reciente, aunque la velocidad de transferencia de datos se limitará a la velocidad de la ranura

	PCI	PCIe (PCI Express)
Nombre de formato largo	Interconexión de componentes periféricos	Interconexión Express de componentes periféricos
¿Qué es?	Un estándar de bus de computadora local	Un estándar de bus de expansión de computadora en serie de alta velocidad
Uso primario	Provisión de una interfaz estandarizada para conectar hardware periférico a la placa base de una PC	Una interfaz de alta velocidad para conectar hardware periférico a la placa base de una PC
Versión inicial	1990	2004
Desarrolladores influyentes	Laboratorios de arquitectura, Intel Corporation	Grupo de trabajo Arapaho (AWG), Intel, PCI SIG
Número de versiones	6 (más reciente: 3.0)	7 (más reciente: 7.0)

Algunas características importantes de PCIe son:

Líneas: El enlace PCIe se construye alrededor de parejas unidireccionales dedicadas de conexiones serie (de 1 bit), punto a punto, conocidas como líneas

Ranuras: Cada placa base de PC de escritorio tiene un número de ranuras PCIe que se pueden usar para agregar tarjetas gráficas, tarjetas RAID, tarjetas Wi-Fi o tarjetas de expansión SSD

Versiones: Hay varias versiones de PCIe en uso hoy en día, incluyendo PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0 y PCIe 4.0

Cada versión tiene una velocidad de transferencia de datos diferente y un número diferente de líneas.

Las ranuras PCIe están diseñadas para ser compatibles con versiones anteriores, lo que significa que una tarjeta PCIe 4.0 se puede usar en una ranura PCIe 3.0, pero la velocidad de transferencia de datos se limitará a la velocidad de la ranura

El número de líneas PCIe disponibles en una placa base varía según el modelo y el fabricante. Las placas base suelen tener varias ranuras PCIe, cada una con un número diferente de líneas. Los puertos PCIe más comunes son PCIe x1, PCIe x4, PCIe x8 y PCIe x16

El puerto PCIe x16 es el más común en las placas base y se caracteriza por ofrecer 16 líneas PCIe
Las placas base de gama media y alta suelen tener dos o más puertos PCIe x16
Es importante destacar que aunque un producto físicamente tenga una conexión PCIe x16, puede ser que no ocupe todas las líneas. Es relativamente común encontrar productos con conector x16, pero que habilitan solo 8 líneas PCIe o menos
En resumen, el número de líneas PCIe disponibles en una placa base depende del modelo y del fabricante, pero el puerto PCIe x16 es el más común y ofrece 16 líneas PCIe.

PCIe es un estándar de bus de expansión de alta velocidad que se utiliza para conectar dispositivos de hardware a la placa base de una computadora. Actualmente, existen varias versiones de PCIe, incluyendo PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 y PCIe 5.0

Cada versión tiene una velocidad de transferencia de datos diferente y un número diferente de líneas PCIe. A continuación, se detallan las características de cada versión:

Versión	x1	x2	x4	x8	x16
PCIe 1.0 (2.5 GT/s)	500 MB/s	1 GB/s	2 GB/s	4 GB/s	8 GB/s
PCIe 2.0 (5 GT/s)	1 GB/s	2 GB/s	4 GB/s	8 GB/s	16 GB/s
PCIe 3.0 (8 GT/s)	2 GB/s	4 GB/s	8 GB/s	16 GB/s	32 GB/s
PCIe 4.0 (16 GT/s)	4 GB/s	8 GB/s	16 GB/s	32 GB/s	64 GB/s
PCIe 5.0 (32 GT/s)	8 GB/s	16 GB/s	32 GB/s	64 GB/s	128 GB/s
PCIe 6.0 (64 GT/s)	16 GB/s	32 GB/s	64 GB/s	128 GB/s	256 GB/s
PCIe 7.0 (128 GT/s)	32 GB/s	64 GB/s	128 GB/s	256 GB/s	512 GB/s

Cada versión de PCIe es compatible con versiones anteriores, lo que significa que una tarjeta PCIe 4.0 se puede usar en una ranura PCIe 3.0, pero la velocidad de transferencia de datos se limitará a la velocidad de la ranura

PCIe 6.0 es la versión más reciente de PCIe, presentada en enero del 2022, pero actualmente hay pocos dispositivos PCIe 6.0 disponibles en el mercado, apenas se podría decir PCIe 5.0 es la versión más reciente extendida durante este 2023, PCIe 6.0 apenas asoma el mundo de los servidores el estándar PCIe7.0 se espera llegue prontamente.

En general, la velocidad y el número de líneas PCIe disponibles en una placa base dependerán del modelo y del fabricante, muy importante la velocidad máxima será determinada por el estándar PCIe de la pieza conectada, ejemplo si tengo una tarjeta grafica PCIe 4.0 aunque mi placa tenga PCIe 5.0 solo irá a la velocidad del 4.0 y entenderse que eso es la velocidad teórica del puerto, puede que incluso necesite menos velocidad que la de su estándar máximo, por lo que no en todos los casos esto representa cuellos de botella, de igual manera si mi placa tiene PCIe 3.0 y mi tarjeta grafica es PCIe 5.0, dependiendo de las necesidades es posible que aún así no represente un cuello de botella, pero tendría menos velocidad en este caso por el estándar en la placa.

PCI 6.0

Lo primero que nos interesa del PCI Express 6.0 es saber cuanta información podemos transmitir por segundo a través de esta interfaz. No olvidemos que en las placas base de nuestros PC podemos encontrar interfaces de 1, 4, 8 y hasta 16 líneas diferentes, donde en cada una se envían datos en paralelo. ¿El ancho de banda total? 256 GB/s en ambas direcciones para la interfaz utilizada en tarjetas gráficas y 64 GB/s para la de los SSD M.2. Eso sí, hemos de tener en cuenta que estamos hablando del ancho de banda sumado en ambas direcciones, es decir, teniendo en cuenta lectura y escritura al mismo tiempo.

Compatibilidad hacia atrás

La interfaz PCI Express ha sido siempre compatible hacia atrás con versiones anteriores del protocolo, esto significa que podemos conectar una tarjeta PCI Express 1.0 en un slot PCI Express 6.0 y funcionará debido a que el pinaje va a ser exactamente el mismo. Esto es un arma de doble filo, ya que para aumentar el ancho de banda no se pueden colocar pines adicionales y, por tanto, se ha de aumentar la velocidad de reloj a la que funciona la interfaz. Es decir, los bombeos de datos por segundo para transmitir los datos.

¿El problema con el PCI Express 6.0? A medida que aumentamos la velocidad de reloj de una interfaz esta se va volviendo más inestable con la distancia y después de seis generaciones han tenido que hacer cambios en la interfaz debido a la alta velocidad a la que funciona la interfaz de manera tradicional. El problema viene cuando para transmitir 256 GB/s en una interfaz Full Duplex. La cual permite transmitir 1 bit por cada dirección simultáneamente, necesitamos que la velocidad de la interfaz suba hasta 128 GHz y a esas velocidades la integridad de la señal se ve seriamente comprometida.

Esto ha obligado a adoptar una serie de medidas para hacer posible el salto al PCI Express 6.0, empezando por la codificación.

PCI Express 6.0 y codificación PAM4

¿Cómo sabe una interfaz externa o interna de un chip si el valor es un 1 o un 0? Pues sencillo, dependiendo del voltaje en el que se transmite la información. Los sistemas binarios se basan en el uso de dos voltajes con la suficiente distancia entre ellos para que la bajada o subida de voltaje haga que la señal no se confunda. En los sistemas analógicos una simple variación en el voltaje supone un cambio en la información. Por ese motivo los ordenadores hablan en binario.

¿Qué tiene que ver esto con el PCI Express 6.0? Dado que no podemos aumentar el ancho de banda porque la señal se distorsiona y tampoco el número de pines por compatibilidad hacia atrás se ha de buscar una solución y esta pasa por el uso codificación PAM4 o Pulse Amplitude Modulation, la cual ya hemos visto en la GDDR6X y no se basa en el uso de dos valores de voltaje sino de 4 valores de voltaje por cada pin. De esta manera podemos codificar los valores 00, 01, 10 y 11 en cada pin. Cuatro valores en total, en vez de los dos valores clásicos que serían 0 o 1.

La solución evita aumentar el ancho de banda y los pines, pero nos adelanta que en el PCI Express 7.0 ya no será posible desde los métodos convencionales. Quizás veamos el uso de fotónica y de interfaces ópticas, pero con las mejoras del PCI Express 6.0 recién salidas del horno, mejor tener paciencia con su sucesor.

Cambios en el sistema de paquetes

El salto a PAM-4 ha cambiado la forma en la que la interfaz PCI Express 6.0 envía sus paquetes, pese a que es compatible con las generaciones anteriores a base de comunicarse en el tradicional modo PAM-2 o NRZ. La realidad es que el formato PAM-4 no soporta el sistema de paquetes anterior y, por tanto, el protocolo de comunicación ha cambiado debido a ello.

Forward Error Correction

El primer cambio ha sido el llamado Forward Error Correction o FEC, el cual es el nuevo protocolo para corregir los errores en el envío de los datos. El problema es que el ancho de banda a procesar es tan alto que el FEC añade una enorme latencia al envío de los datos. Para paliar esto en el estándar PCI Express 6.0 se utiliza un tipo de paquete llamado FLIT. Un paquete no es más que un conjunto de bits con un destino en concreto. ¿La latencia de envío de cada FLIT? Depende de la cantidad de líneas de la interfaz, pero cada paquete tiene una latencia de solo 2 ns en un PCI Express 6.0 de 16 líneas, pero llega hasta los 32 ns en una interfaz con una sola línea.

El FEC solamente trabaja con tamaños fijos, es por ello que el FLIT tiene un tamaño de 256 bytes por envío. Cada paquete o TLP puede tener un tamaño que va de los 0 bytes a los 4096 bytes y, por tanto, cada paquete puede estar compuesto por varios FLITS.

Cyclic Redundancy Check

La comprobación redundante cíclica es un sistema de corrección de errores en el código que se usa normalmente en unidades de almacenamiento y en redes digitales y que se ha integrado dentro del estándar PCI Express 6.0 para comprobar que los datos transmitidos de extremo a extremo mantienen su integridad y ni un solo bit se ha visto cambiado en el proceso.

Esto se consigue con una serie de cálculos polinomiales realizados por una serie de unidades especializadas para ello que se van a incluir con la interfaz. Esto es algo que tiene sentido con la enorme cantidad de datos que se van a transmitir y supone un ahorro en el caso de los futuros fabricantes de los M.2 SSD que no van a tener que añadir esta funcionalidad en sus unidades de estado sólido al ya venir de serie el CRC en la interfaz.

Nuevo modo de bajo consumo en PCI Express 6.0

El PCI Express 6.0 añade un nuevo estado de bajo consumo bautizado como L0P. Este modo le permite a la interfaz recortar su consumo energético cuando el flujo de datos que se envía es más bajo de los que puede transmitir la interfaz. Para ello varía la velocidad de reloj a la que esta funcione para los momentos puntuales en los que los datos a transmitir se encuentran en menor volumen.

Este mecanismo se encuentra estrechamente relacionado con las nuevas tecnologías introducidas en la sexta versión del PCIe 6, por lo que solo se podrá utilizar con dispositivos compatibles con esta generación de la interfaz.

Se puede usar una PCIe x1en un slot PCIe x16

Sí, es posible utilizar una tarjeta PCIe x1 en una ranura PCIe x16. La ranura PCIe x16 es físicamente más grande que la tarjeta PCIe x1, por lo que la tarjeta se puede insertar en la ranura sin ningún problema Además, la interfaz PCIe está diseñada para ser compatible con versiones anteriores, lo que significa que una tarjeta PCIe x1 puede comunicarse con el sistema utilizando una ranura PCIe x16

.En general, la compatibilidad entre las tarjetas PCIe y las ranuras PCIe depende de las especificaciones de ambas, por lo que es importante verificar que la tarjeta y la ranura sean compatibles antes de intentar instalar la tarjeta.

Es importante destacar que aunque una tarjeta PCIe x1 se pueda insertar en una ranura PCIe x16, la tarjeta solo utilizará una línea PCIe, lo que limitará su ancho de banda.

¿PCie funciona en portátiles?

Sí, es posible utilizar PCIe en portátiles, siempre y cuando la placa base del portátil tenga ranuras PCIe disponibles. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las ranuras PCIe de los portátiles suelen ser diferentes a las de las computadoras de escritorio, ya que las ranuras PCIe de los portátiles son más pequeñas y están diseñadas para tarjetas de expansión específicas, como tarjetas Wi-Fi o tarjetas de sonido

Además, no todos los portátiles tienen ranuras PCIe disponibles, ya que esto depende del modelo y del fabricante

En general, la compatibilidad entre las tarjetas PCIe y las ranuras PCIe depende de las especificaciones de ambas, por lo que es importante verificar que la tarjeta y la ranura sean compatibles antes de intentar instalar la tarjeta

En resumen, es posible utilizar PCIe en portátiles, siempre y cuando la placa base del portátil tenga ranuras PCIe disponibles y sean compatibles con la tarjeta que se desea instalar.

¿Es posible añadir una ranura PCIe a un portátil?

Este es un Mini PCI Express a Dual PCI Adaptador Tarjeta PCIe x1 a Router Tow 2 Ranura PCI equipos como estos pueden ser usados para tener una extensión de puertos PCI de manera externa en un portátil, como utilizar una tarjeta gráfica externa por ejemplo.

Es posible añadir una ranura PCIe a un portátil, pero no es una tarea sencilla. En general, los portátiles no están diseñados para ser actualizados o modificados, por lo que agregar una ranura PCIe requeriría una gran cantidad de trabajo y conocimientos técnicos especializados

Además, no hay muchas opciones disponibles en el mercado para agregar una ranura PCIe a un portátil. Una opción podría ser utilizar una caja de expansión externa PCIe a través de un puerto Thunderbolt o USB-C, pero esto requeriría un puerto compatible y una caja de expansión compatible

En resumen, aunque es posible añadir una ranura PCIe a un portátil, no es una tarea sencilla y requeriría una gran cantidad de trabajo y conocimientos técnicos especializados. Además, las opciones disponibles en el mercado son limitadas.

¿Cómo se puede añadir una ranura PCIe a un portátil?

Agregar una ranura PCIe a un portátil no es una tarea sencilla, pero existen algunas opciones disponibles en el mercado:

Caja de expansión externa PCIe: Una opción podría ser utilizar una caja de expansión externa PCIe a través de un puerto Thunderbolt o USB-C

Esta caja de expansión permite añadir tarjetas de expansión PCIe a un portátil.

Tarjeta adaptador PCIe a PCI: Otra opción podría ser utilizar una tarjeta adaptador PCIe a PCI

Esta tarjeta adaptadora permite instalar tarjetas de interfaz PCI de altura media/perfil bajo en una ranura de expansión PCIe estándar

Ranura Mini PCI Express: Algunos portátiles tienen una ranura Mini PCI Express, que admite un enlace PCIe x1 y un enlace USB 3.0

Esta ranura se utiliza principalmente para tarjetas Wi-Fi o tarjetas de sonido, pero también se puede utilizar para otras tarjetas de expansión PCIe

En resumen, existen algunas opciones disponibles en el mercado para agregar una ranura PCIe a un portátil, como una caja de expansión externa PCIe, una tarjeta adaptador PCIe a PCI o una ranura Mini PCI Express. Sin embargo, agregar una ranura PCIe a un portátil no es una tarea sencilla y requeriría una gran cantidad de trabajo y conocimientos técnicos especializados.

Cómo aumentar la velocidad de las tarjetas PCI (En 4 Pasos)

Paso 1

Enciende la computadora y presiona el tecla "Suprimir" antes que aparezca el logo de Windows para abrir el BIOS (Basic Input/Output System - Sistema básico de entrada y salida).

Paso 2

Presiona las teclas "Ctrl" y "F1" al mismo tiempo para revelar las funciones avanzadas del BIOS.

Paso 3

Utiliza las flechas direccionales para seleccionar la opción "PnP/PCI Configuration" (Configuración PnP/PCI). Después, selecciona la opción "PCI Latency Timer" (Temporizador de latencia PCI) y presiona "Entrar". Dependiendo de cuánto quieras aumentar la velocidad de la tarjeta PCI, selecciona entre "64" ó "128" y presiona "Entrar".

Paso 4

Presiona "Esc" para volver al menú principal del BIOS. Selecciona "Save Settings and Exit" (Guardar configuración y salir) y presiona "Entrar" para completar el proceso de aceleración de la tarjeta PCI.