O que é PCI Express?

Seja na hora de comprar as peças para montar o seu computador, na hora de buscar por um notebook gamer ou de adquirir um PC pré-fabricado, ou ainda de buscar por um SSD para aumentar o armazenamento, uma das especificações mais citadas é o PCI-E, acompanhado de uma série de números. Outros componentes importantes, como as placas de vídeo, também trazem como um dos destaques o PCI-E nas fichas técnicas.

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Mas o que é exatamente o PCI Express? No que é preciso prestar atenção na hora de adquirir um PC ou expandir o armazenamento? Neste artigo, o Canaltech explica o que é essa interface, detalha os benefícios que esse método de conexão oferece, e dá dicas dos detalhes que você deve ficar de olho.

O que é PCI-E?

O Peripheral Component Interconnect Express, também conhecido como PCI Express ou apenas PCI-E, é uma interface de comunicação de periféricos para computador desenvolvida por um grupo de grandes empresas de tecnologia, incluindo Intel, Dell e HP, e estabelecida no mercado em 2003. Antes de receber seu agora popular nome, a funcionalidade foi conhecida por muito tempo como 3GIO, ou Third Generation I/O (do Inglês, Input e Output de terceira geração).

Para estabelecer essa comunicação, a tecnologia utiliza barramentos, basicamente linhas de cobre pelas quais a eletricidade circula e chega a componentes importantes que enviam e recebem os dados, como a CPU e o chipset da placa-mãe. Essas linhas são conhecidas ainda como pistas ou lanes. O PCI-E foi projetado para substituir alguns padrões de comunicação populares na década de 1990, com destaque para o PCI, o PCI-X e o AGP.

O primeiro deles foi o PCI (Peripheral Component Interconnect), projetado pela própria Intel para se tornar a conexão padrão para as placas de expansão. A solução oferecia taxas de transferência de até 132 MB/s, e eventuais atualizações levaram o padrão a atingir os 512 MB/s. Junto a ele, tivemos o PCI eXtended, ou PCI-X, utilizado a partir de 1998 como um sucessor do PCI original.

Em sua versão 1.0, o PCI-X conseguia entregar até 1.064 MB/s de taxa de transferência, em operações a 133 MHz. O barramento recebeu uma atualização 2.0, que proporcionou velocidades ainda maiores, beirando os 4.266 MB/s em frequências de 533 MHz, números respeitáveis para o período. Ainda assim, o protocolo acabou tendo uma vida útil muito curta.

Outro padrão abandonado para dar lugar ao PCI-E foi o Accelerated Graphics Port, também estabelecido na década de 1990, com capacidade de entregar largura de banda entre 266 MB/s (AGP x1) e 2.128 MB/s (AGP x8). No entanto, como seu nome sugere, o AGP era uma conexão pensada para componentes de processamento gráfico. Com os avanços exponenciais das placas gráficas e o surgimento das GPUs, as taxas oferecidas pelo AGP deixaram de ser suficientes.

Desde sua primeira geração, o PCI Express utiliza o mesmo padrão de portas, sendo a retrocompatibilidade um dos requisitos de cada nova versão da conexão. Uma placa-mãe pode conter os seguintes slots:

• PCI-E x1
• PCI-E x4
• PCI-E x8
• PCI-E x16
• PCI-E x32

Os números (x1, x4, x8, x16 e x32) representam a quantidade de lanes que cada slot traz embutido. Vale destacar que os slots x32 não são encontrados no mercado consumidor, estando reservados para data centers e workstations. Outro ponto importante é que há a possibilidade instalar placas de expansão com conexões menores em slots maiores — é possível inserir uma placa x4 em um slot x16, por exemplo.

Quanto mais pistas, maior é a velocidade de transferência que o slot é capaz de entregar. Essas taxas também variam por geração, e atualmente atingem os 64 GB/s, ou 128 GB/s considerando a viagem bidirecional ("ida e volta" dos dados), com o PCI-E 5.0.

A PCI-SIG, órgão internacional composto por gigantes da tecnologia que regulamenta a interface, mantém até o momento a missão de dobrar as velocidades da conexão PCI-E a cada nova geração, um dos motivos pelos quais a versão PCI-E 4.0 levou 7 anos para chegar ao mercado, em vez de 3 ou 4 anos, como em gerações anteriores.

Gerações do PCI-E

O barramento PCI-E encontra-se atualmente em sua 5ª geração, inaugurada com a estreia dos processadores Intel Alder Lake de 12ª geração. A PCI-SIG também já está nos momentos finais para definir as especificações da 6ª geração PCI-E, que só deve estrear entre 2022 e 2023. Confira mais detalhes sobre cada geração a seguir:

PCI-E 1.0

O barramento teve sua estreia em 2004, com a chegada do PCI-E 1.0. A novidade entregava 250 MB/s de transferência por lane, atingindo até 4 GB/s, ou 8 GB/s em viagem bidirecional, nos slots x16.

PCI-E 2.0

A segunda geração foi oficializada em 2007 e duplicou a capacidade do protocolo original, entregando 500 MB/s de transferência por lane. Assim sendo, o padrão atingia 8 GB/s, ou 16 GB/s em viagem bidirecional, nos slots x16.

PCI-E 3.0

Geração mais antiga a ainda estar amplamente disponível no mercado, o PCI-E 3.0 estreou em 2011 com 1.000 MB/s, ou 1 GB/s, por lane, totalizando 16 GB/s de transferência, ou 32 GB/s bidirecional, nos slots x16.

PCI-E 4.0

A quarta geração do PCI-E é de longe a mais demorada a estrear, em virtude de dificuldades enfrentadas pelo PCI-SIG para alcançar a meta de dobrar as velocidades. Apesar da demora, o objetivo foi atingido, com o PCI-E 4.0 oferecendo 2 GB/s por lane, entregando um total de 32 GB/s de transferência, ou 64 GB/s bidirecional, nos slots x16.

PCI-E 5.0

A mais nova versão do barramento acaba de chegar ao mercado pelas mãos da Intel, com a chegada da 12ª geração Alder Lake de processadores, estando disponível no momento apenas em placas-mãe Z690 para entusiastas.

O PCI-E 5.0 chega apenas um ano e meio após a estreia do PCI-E 4.0 e é tratado como "uma expansão" da quarta geração, apesar de também cumprir a meta de dobrar as velocidades. A novidade entrega 4 GB/s por lane, atingindo assim 64 GB/s de transferência, ou impressionantes 128 GB/s bidirecional, em slots x16.

PCI-E 6.0

O PCI-SIG já está nos estágios finais do documento que define as especificações da 6ª geração do barramento PCI-E, que deve chegar ao mercado entre 2022 e 2023.

Assim como os antecessores, o PCI-E 6.0 dobrará as taxas de transferência, oferecendo 8 GB/s por lane, para um total de 128 GB/s de velocidade, ou ainda mais incríveis 256 GB/s bidirecionais, em slots x16.

O protocolo também deve marcar mudanças mais profundas, ao estrear tecnologias como correção de erros e transmissão PAM-4, aguardado para chegar também à conexão Thunderbolt 5 da Intel, que utiliza três combinações de dois bits por pulso elétrico para transmitir a informação, possibilitando assim o enorme salto nas taxas de transferência.

Principais expansões PCI-E

As placas de expansão mais comuns a utilizar o protocolo PCI-E são as placas de vídeo. No momento, todos os modelos disponíveis no mercado ainda operam no padrão de 4ª geração, mas já há indícios de que a próxima geração de GPUs de AMD e Nvidia adotarão o novo PCI-E 5.0.

É importante ressaltar que, por transferirem enormes taxas de dados, as GPUs só atingem seu potencial máximo quando instaladas no slot PCI-E x16, geralmente posicionado mais próximo da CPU, no topo da fila de slots PCI-E.

Há algumas exceções que merecem atenção, com um exemplo interessante: a Radeon RX 6600 da AMD conta com uma conexão PCI-E 4.0 x8. Ainda que só utilize 8 lanes, a placa é capaz de atingir sua velocidade máxima em slots PCI-E 3.0 x16, já que 8 lanes de 4ª geração entregam a largura de banda de 16 lanes da 3ª geração.

Outros periféricos também bastante populares são os SSDs M.2 NVMe, que utilizam slots PCI-E x4 — os melhores modelos chegam à casa dos 8 GB/s de transferência, mas há placas especiais de expansão que combinam mais de um SSD para tirar melhor proveito do slot PCI-E, podendo atingir velocidades impressionantes de 26 GB/s.

Na mesma linha das placas especiais de expansão, há diversos complementos diferenciados que utilizam as altas velocidades do barramento PCI-E para oferecer benefícios para os computadores, incluindo placas de som, placas de rede Wi-Fi, placas de rede ethernet, placas de captura de vídeo interno e muito mais.

Fonte: PCI-SIG, Infowester (1, 2), 2AM Gaming, The Register