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PCI Express 4.0 GEN4 – Todo lo que debes saber

¬°Las placas base X570 son las primeras en soportarla!

PCI Express 4.0 ya es una realidad en nuestros ordenadores de escritorio gracias a la llegada de la nueva generaci√≥n de AMD Ryzen Zen2 y el chipset AMD X570. El nuevo est√°ndar PCI-SIG lleva entre nosotros desde 2017, pero ha sido en esta primera mitad de a√Īo cuando ha sido opci√≥n para que los fabricantes comiencen a darle el uso que se merece. En este art√≠culo veremos todo lo que necesitamos saber acerca de esta nueva, o mejor dicho, actualizada interfaz de comunicaci√≥n.

PCI Express 4.0

Evolución de PCI Express y actualidad

También conocido como PCI Express o simplemente PCI-e, se trata de un bus de alta velocidad que se utiliza en todos los equipos informáticos de escritorio y profesionales en la actualidad. Prácticamente, todos los componentes de alto rendimiento de un ordenador envían los datos de entrada y salida por un bus de este tipo.

La entidad bajo este est√°ndar de comunicaci√≥n es PCI-SIG y desbloque√≥ esta versi√≥n 4.0 por primera vez en 2017, pero no ha llegado hasta nosotros, y hasta nuestros equipos de escritorio hasta este a√Īo 2019. Y la raz√≥n es muy simple, hasta ahora, muy pocos dispositivos han necesitado un ancho de banda superior al que nos da PCIe 3.0, pero con la llegada de las nuevas unidades de almacenamiento en estado s√≥lido NVMe, y una mayor densidad de intercambio de datos entre CPU y Chipset, este bus ha entrado de lleno en la industria.

Desde que se implementara este est√°ndar en el a√Īo 2003, hemos pasado por un total de cuatro actualizaciones. En todas ellas ha existido una constante, y es la de duplicar el ancho de bus en cada iteraci√≥n. La duraci√≥n de cada una de las versiones en el mercado se sit√ļa en unos 4 a√Īos aproximadamente, hasta la llegada de la versi√≥n 3.0 que se ha mantenido nada menos que 7 a√Īos hasta 2017. PCI-SIG ya ha desbloqueado incluso siguiente actualizaci√≥n, el PCIe 5.0 en este mismo trimestre de 2019, pero en los equipos de escritorio permaneceremos con este bus al menos tres a√Īos m√°s, ya que pocos son los dispositivos que necesitan a√ļn tal ancho de banda.

Ancho de banda

PCI Express se basa en lanes, o carriles de datos, asemejándose al carril de una autopista, pero en donde puede circular coches en ambos sentidos, aunque en este caso de electricidad. Concretamente PCIe 4.0 es capaz de duplicar la velocidad de trasferencia de la versión 3.0, llegando así a nada menos que a 16 GT/s (Gigabits de transferencia) por cada uno de estos carriles en subida y bajada, por el hecho de ser bidireccional. Si pasamos esta medida a valores con los que trabajamos diariamente, estamos ante una velocidad de 1969,2 MB/s por cada lane, frente a los 984,6 MB/s que tiene el bus PCIe 3.0.

PCI Express 4.0

Otro aspecto que también mejora es la latencia en las comunicaciones al disponer de mayor ancho de bus y a un receptor PHY que gestiona la información del margen eléctrico de cada uno de los lanes gracias al controlador PCIe correspondiente. A efectos prácticos, se consigue una mejor gestión de la saturación del bus y una reducción de latencia en las comunicaciones E/S, mejoran la escalabilidad en función de qué dispositivos conectemos.

En lo que a necesidad se refiere, PCI Express 4.0¬†no es a d√≠a de hoy a√ļn indispensable, sino una forma de prepararnos para el futuro pr√≥ximo. Las comunicaciones de red a 10 Gbps, son cada vez m√°s frecuentes, sobre todo ahora con la llegada de 5G. La gran demanda de conectividad USB 3.1 Gen2 y pronto USB 3.2 con 20 Gbps, junto a las nuevas unidades SSD NVMe PCIe x4 que ya encontraban el l√≠mite en los 3,94 GB/s, ha sido una de las principales causas de su implementaci√≥n

Veamos en la siguiente tabla una comparativa entre las distintas versiones de PCIe, como su velocidad en función de la configuración disponible:

V. IntroducciónTransferencia por lane Ancho de banda
√ó1√ó4√ó16
1.020032.5 GT/s250 MB/s (2 Gb/s)1.0 GB/s4.0 GB/s (32 Gb/s)
2.020075.0 GT/s500 MB/s (4 Gb/s)2.0 GB/s8.0 GB/s (64 Gb/s)
3.020108.0 GT/s984.6 MB/s (7,9 Gb/s)3.94 GB/s15.8 GB/s (126 Gb/s)
4.0201716.0 GT/s1969 MB/s (15,8 Gb/s)7.88 GB/s31.5 GB/s (252,1 Gb/s)
5.0201932.0 GT/s3938 MB/s (31,6 Gb/s)15.75 GB/s63.0 GB/s (32 Gb/s)

Retrocompatibilidad ¬ŅNecesitamos PCI Express 4.0?

En la actualidad la aplicaci√≥n m√°s famosa y que todos conocemos para darle uso a las ranuras PCIe es a trav√©s de la tarjeta gr√°fica. A estas alturas todos sabemos que para un equipo gaming que se precie necesitamos una tarjeta gr√°fica dedicada, la cual funciona a trav√©s de PCIe 3.0 x16, es decir, tenemos un bus de 126 Gbps para transferir datos. Pero, ¬Ņcu√°nto necesitamos realmente? Pues en una trasferencia para un juego en resoluci√≥n 4K a 144 Hz y profundidad de 10 bits de color necesitar√≠amos aproximadamente un bus de 35,8 Gbps.

Esto significa que nos sobra un ancho de bus del 70% aproximadamente para la trasferencia de los datos de imagen. Recordemos que son datos bidireccionales, así que aquí ya entra la consideración del bus de subida y de bajada. Entonces, definitivamente no tiene sentido actualmente tener PCie 4.0 en una tarjeta gráfica, por ejemplo. Si hablamos multi GPU, pues bueno, el ancho estaría considerablemente más utilizado debido al paralelismo, pero aun sobra.

Pero también podemos decir que sí lo necesitamos, y esto se debe a la incorporación de los nuevos SSD NVMe. Hasta ahora, todos funcionaban mediante PCI 3.0 x4, pero en este aspecto sí que los fabricantes encontraron pronto el límite, llegando a tasas de lectura muy cercanas a esos 3,94 GB/s que se daban. La solución no es introducir más lanes en la ranura M.2 por simple limitación de la capacidad de CPU y chipset, sino subir al doble de ancho de banda, así fabricantes como AORUS o Corsair, ya tienen sus propios M.2 PCie 4.0 a más de 4000 MB/s.

¬ŅQu√© ocurre entonces con los usuarios que mantengan su PCIe 3.0 y quieran usar un perif√©rico 4.0? Pues no va a tener problema alguno en cuanto a conectividad, ya que desde los inicios, PCIe ha ofrecido retrocompatibilidad con los est√°ndares anteriores. De hecho 3.0, 4.0 y pronto 5.0 seguir√°n utilizando la codificaci√≥n 128b/130b en sus trasferencias. El √ļnico inconveniente ser√° que nos limitar√° la velocidad del bus.

PCI Express 4.0 en SSD y tarjeta gr√°ficas

Sin duda se debe destacar el excelente trabajo que se ha hecho en el almacenamiento sólido. Desde que apareciera la interfaz M.2 trabajando a x4 lanes y bajo protocolo NVMe, las velocidades se han multiplicado en cuestión de meses, llegando a necesitar más de 4000 MB/s para sus configuraciones de memorias basadas en NAND 3D.

Fabricantes como AORUS o Corsair han dado a conocer sus nuevos SSD capaces de trabajar a velocidades teóricas de 5000 MB/s en lectura secuencial y 4400 MB/s en escritura con arquitectura NAND 3D TLC de Toshiba. Estas cifras son aproximadamente un 40% más que la anterior generación de SSD, y lejos de haber llegado al límite, ya que, aunque queda camino hasta los 7,88 GB/s disponibles en tan solo 4 carriles.

Bus PCIe 4.0 SSD

Este cambio trae consigo algunos detalles a tener en cuenta a la hora de instalar estos SSD, por ejemplo la necesidad de activar la directiva de caché de escritura para alcanzar mejores trasferencias. Por supuesto, otro detalle ligeramente importante es tener una placa compatible con PCIe, y por ahora solo AMD las va a tener.

Recomendamos marcar ambas opciones para tener el mejor rendimiento con el SSD

El otro dispositivo que tenemos en el mercado con PCI Express 4.0 son las nuevas tarjetas gr√°ficas AMD Radeon RX 5700 y 5700 XT. A efectos pr√°cticos no es algo importante, ya que hemos visto claramente que con 3.0 vamos sobrados, pero no est√° mal implementar el nuevo est√°ndar e ir marcando el camino.

AMD Ryzen 3000 y AMD X570, los primeros compatibles con PCI Express 4.0

El primer fabricante que se ha lanzado al mercado de equipos de escritorio con este nuevo PCIe 4.0 ha sido AMD, gracias a su nueva generación de procesadores Ryzen. Unas CPU con litografía en 7 nm FinFET bautizada como Zen2 que ahora ofrecen 16 lanes PCIe 4.0 en su interfaz de comunicación E/S para tarjeta gráfica, y un total de 24 lanes. No solo son procesadores con una gran mejora de rendimiento en el manejo de instrucciones, sino que son capaces de trabajar con mucho mayor volumen de datos.

Bus PCIe 4.0 X570

De hecho, las nuevas placas base adaptadas a esta nueva generación se sirve de un chipset AMD X570 que cuenta con nada menos que 20 lanes PCI Express 4.0. En un artículo que ya tenemos preparado, veremos la comparativa entre chipset X570 vs X470, etc., y una de las principales es esta. La configuración básica consiste en 8 carriles que serán de obligado uso para PCIe 4.0 y otros 8 carriles podrán ser destinados a otros dispositivos como SATA o periféricos como USB, por ejemplo, teniendo los fabricantes cierta libertad de asignación. Los 4 carriles restantes son de libre elección para los fabricantes, aunque en principio irán destinados a una configuración de 4x SATA 6 Gbps o 2x PCIe 4.0 x2.

Gracias a la potencia de estos dos elementos, el bus de comunicación entre CPU y Chipset consiste en 4 lanes PCI Express 4.0. En cuanto a la asignación de ranuras, también vemos bastantes novedades respecto a la anterior generación, ya que en el propio chipset se ha introducido alguna que otra ranura PCIe x1 y x16 (trabajando a x4) 4.0 e incluso dos ranuras M.2 x4 para estos nuevos SSD. Otro cambio sustancial es el soporte de hasta 8 puertos USB 3.1 Gen2 a 10 Gbps, algo que hasta ahora no era posible.

En cuanto a otro hardware compatible con PCI Express 4.0, podemos citar el procesador POWER9 de IBM o el Falcon Mesa FPGA con procesador de fabricaci√≥n de 10 nm de Intel, el cual es compatible con PCI Express 4.0 como un bloqueo de IP incorporado a trav√©s de EMIB. La nueva generaci√≥n de procesadores de Intel est√° a√ļn por llegar, y es evidente que tambi√©n implementar√° PCI Express 4.0.

Diferencia rendimiento NVME PCI Express 3.0 vs PCI Express 4.0

Aunque es algo que podemos buscar rápidamente por nuestras reviews, os vamos a comparar la lectura y escritura secuencial de un SSD PCI Express 3.0 contra uno de cuarta generación con PCI Express 4.0. Los candidatos perfectos son el MP510 vs MP600 de Corsair.

ModeloLectura secuencial (MB/s)Escritura secuencial (MB/s)
Corsair MP5103,480MB/s2,700MB/s
Corsair MP6004,950MB/s4,250MB/s

Y aquí nuestras pruebas:

Conclusiones y futuro de la industria

Si algo debemos tener claro, es que por ahora PCI e 4.0, ofrece su m√°xima ventaja en lo que respecta a dispositivos de almacenamiento y comunicaci√≥n interna entre dispositivos, por ejemplo, CPU y Chipset. Hardware como tarjetas gr√°ficas, a√ļn est√°n lejos de llegar a poner en problemas la versi√≥n 3.0 y mucho menos este 4.0, as√≠ que para los gamers, el resultado ser√° pr√°cticamente id√©ntico en rendimiento.

PCI-SIG ha desbloqueado ya su interfaz PCIe 5.0 este mismo a√Īo, pero est√° claro que no veremos placas base con este bus al menos hasta 2022, para intentar alargar un poco la vida del est√°ndar actual, por a d√≠a de hoy, este 4.0 a√ļn no tiene una amplia gama de aplicaciones de cada al usuario de a pie.

Te dejamos con los siguientes artículos:

Si quieres aportar m√°s datos acerca de este tema o tienen alguna pregunta, te invitamos a escribirnos en la caja de comentarios o debatirlo en nuestro Foro de hardware.

José Antonio Castillo

Graduado en Ingeniería en Tecnologías Industriales. Amante de la informática, el gaming y casi cualquier deporte de motor.
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