Vamos a ver las diferencias entre los modos PCI Express x1, x4, x8 y x16, así como comprobar si existe alguna diferencia en el rendimiento de una tarjeta gráfica actual. ¿Tanta diferencia hay entre sus velocidades?

¿Qué es PCI Express?

Primero, vamos a definir adecuadamente PCIe, o PCI Express.

PCI Express ha sido el estándar principal para tarjetas de expansión en los PCs durante décadas, y ha visto actualizaciones generacionales junto con nuevas arquitecturas de CPU y generaciones de RAM. ¡Actualmente estamos en la versión PCI Express 5.0!

Cada generación de PCI Express ve grandes mejoras en el ancho de banda (generalmente duplicando cada generación), pero sigue siendo compatible con las tarjetas de generaciones anteriores y sigue funcionando en las mismas ranuras y sistemas de carriles. ¡Lo cual es genial para evitar problemas de compatibilidad!

Pero, ¿qué son las ranuras y los carriles PCI Express?

¿Qué es una ranura PCI Express?

No existe una sola ranura PCI Express. En realidad, hay cuatro tamaños (longitudes): PCI Express x1, PCI Express x4, PCI Express x8 y PCI Express x16.

Cada uno de estos tamaños de ranuras PCIe mecánicas también corresponde al número de carriles eléctricos PCI Express disponibles (básicamente, la cantidad de cables conectados a dicha ranura y que pasan por la placa base) y, dependiendo de la generación, el ancho de banda puede aumentar exponencialmente de un carril a otro.

Este artículo no trata realmente sobre esas preocupaciones específicas de ancho de banda, sino que quiero desglosar cada una de las ranuras y los tipos de expansión que puedes esperar usar con ellas.

Ejemplos típicos de tarjetas para ranuras PCIe x1:

• Expansiones de Puertos/Hubs
• Tarjetas de Sonido
• Tarjetas de Red
• Tarjetas de Captura

Ejemplos típicos de tarjetas para ranuras PCIe x4:

• Expansiones de Puertos/Hubs
• Tarjetas de Red de Alto Ancho de Banda
• Almacenamiento NAS
• Tarjetas Controladoras RAID
• Tarjetas de Captura
• Adaptadores M.2 y NVMe

Ejemplos típicos de tarjetas para ranuras PCIe x8:

• Implementaciones de Mayor Ancho de Banda de otras Tarjetas de Expansión
• Adaptadores NVMe Multi-Ranura
• Tarjetas Gráficas de Gama Baja que realmente están hechas para longitudes de ranura PCIe x8 (algo como una AMD RX 560)

Ejemplos típicos de tarjetas para ranuras PCIe x16:

• Tarjetas Gráficas, en general
• Tarjetas de Expansión de Entusiastas o de Grado Servidor (Red y Almacenamiento, las más comunes)

PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), abreviado oficialmente como PCIe, es un estándar de bus de expansión de computadora de serie de alta velocidad, diseñado para reemplazar los estándares de bus más antiguos PCI, PCI-X y AGP. La interfaz eléctrica PCI Express también se usa en una variedad de otros estándares, especialmente en ExpressCard como una interfaz de tarjeta de expansión para portátiles, y en SATA Express como una interfaz de almacenamiento.

En PCI Express x1, x indica el tamaño físico de la tarjeta o ranura PCIe, siendo x16 el más grande y x1 el más pequeño. La interfaz PCI Express permite una comunicación de gran ancho de banda entre el dispositivo y la placa base, así como otro hardware. Cuantos más canales de datos estén conectados, mayor será el ancho de banda entre la tarjeta y el host. Sin embargo, generalmente hay un aumento de costes en los que se incurre con un mayor número de carriles.

PCIe es una versión actualizada del protocolo PCI. Similar a las interfaces PCI / PCI-X, PCIe fue desarrollado para interconexión de componentes periféricos. PCIe difiere de PCI / PCI-X en varias formas. Sin embargo, una diferencia clave nos permitirá comprender mejor las diferencias entre las variaciones del protocolo PCIe (x1, x4, x8, x16 y x32). Esa diferencia clave es la transmisión de datos «paralelo» frente a la transmisión «serial». En la arquitectura PCI y PCI-X, todas las tarjetas comparten líneas de datos paralelas hacia y desde el host. Las diferencias entre las velocidades de las tarjetas y los tipos de ranura dan lugar a velocidades de datos limitadas.

PCI Express está organizado en lanes. Cada lane tiene un conjunto independiente de pines de transmisión y recepción, y los datos pueden enviarse en ambas direcciones simultáneamente. Y aquí es donde las cosas se vuelven engañosas. El ancho de banda en una sola dirección para un solo lane PCIe 1.0 (x1) es de 250 MB/s, pero debido a que puede enviar y recibir 250 MB/s al mismo tiempo a Intel le gusta indicar el ancho de banda disponible para una ranura PCIe 1.0 x1 como 500 MB / s . Si bien ese es el ancho de banda total agregado disponible para una sola ranura, solo puedes alcanzar esa cifra de ancho de banda si estás leyendo y escribiendo al mismo tiempo.

• Las conexiones ‘PCIe x1’ tienen un lane de datos
• Las conexiones ‘PCIe x4’ tienen cuatro lanes de datos
• Las conexiones ‘PCIe x8’ tienen ocho lanes de datos
• Las conexiones ‘PCIe x16’ tienen dieciséis lanes de datos
• Las conexiones ‘PCIe x32’ tienen treinta y dos lanes de datos (actualmente, son muy raras)

Esto permite que cada conexión de tarjeta alcance un ancho de banda independiente de otras tarjetas que puedan estar activas en el sistema. El número de lanes se indica mediante el sufijo del protocolo PCIe (× 1, × 4, × 8, × 16, × 32). Cada lane es capaz de velocidades de 250-1969 MB / s, dependiendo de la versión del protocolo PCIe (v1.x, v2.x, v3.0, v4.0). Las tarjetas PCIe siempre pueden operar en ranuras PCIe con la misma o más líneas que la tarjeta. Por ejemplo, una tarjeta x8 puede operar en una ranura con x8, x16 o x32 carriles. De manera similar, una tarjeta x1 puede operar en cualquier ranura PCIe

¿Afecta al rendimiento?

Como hemos mencionado, el número de lanes afecta al ancho de banda de la interfaz PCIe, algo que puede afectar negativamente al rendimiento de los dispositivos conectados si el ancho de banda es insuficiente. La siguiente tabla detalla el ancho de banda de todas las versiones de PCIe.

Generalmente os PCs ofrecen 24 lanes PCIe para las tarjetas gráficas, lo que significa que si montamos dos de estas , una de ellas deberá trabajar en modo x16 y la otra en modo x8. Gamernexus ha hecho una serie de pruebas para ver si hay diferencias entre usar una tarjeta gráfica en x16 y en x8. El entorno de pruebas ha sido el siguiente:

Sin más dilación pasamos a ver los resultados obtenidos por Gamernexus:

Palabras finales y conclusión acerca de PCI Express x1, x4, x8 y x16

Como hemos podido ver, no hay diferencia de rendimiento entre usar una tarjeta gráfica en modo PCIe X16 y usarla en PCIe x8. Los resultados de Gamernexus hablan por si solos, y como mucho vemos una diferencia de 1 FPS, algo que no es nada significativo y que puede ser debido a multitud de factores como un objeto más en pantalla en ese momento concreto.

RTX 4090: PCIe 4.0 x8 apenas afecta el rendimiento en juegos 

TechPowerUP ha querido probar en cuanto afecta al rendimiento si se baja la cantidad de carriles de la interfaz PCIe 4.0 en una tarjeta gráfica como la RTX 4090. En este caso, la RTX 4090 utiliza una interfaz PCIe 4.0, que al conectarse en la ranura PCIe Express utiliza 16 carriles, pero ‘qué pasaría si bajamos la cantidad de carriles a ocho (x8)?

Una ranura PCIe 4.0 x16 tiene 16 carriles de datos, mientras que una ranura PCIe Gen4 x8 tiene 8 carriles. En el primer caso, se trata del doble de ancho banda que x8, aunque no siempre esto se traduce en un mayor rendimiento en juegos.

Para realizar esta comparativa se utilizó una tarjeta gráfica RTX 4090 y un CPU Intel Core i9-13900K.

Las gráficas de rendimiento no dejan lugar a dudas sobre los resultados, con una media de 2% a favor de PCIe 4.0 x16. Al tratarse de una media de muchos juegos, podemos encontrarnos casos en donde los resultados son mejores, como es el caso de Elden Ring donde se llega a ver un 5% más de rendimiento. Otros juegos demuestran hasta 8% más de rendimiento, como en Far Cry 6 cuando se ejecuta en resolución 4K.

Los juegos se probaron en resoluciones de 1440p y en 4K. Cuando se ejecutan los juegos en 4K, algunos juegos demuestran unas diferencias mayores que las vistas en 1440p, lo que quiere decir que aprovechan mejor el ancho de banda. También se observan comparativas con 4 carriles, donde la diferencia se amplía, pero no significativamente. Hablamos de una diferencia del 6% con PCIe 4.0 x4.

Esto explicaría porque Nvidia y AMD no se han apresurado en implementar PCIe 5.0 en sus nuevas tarjetas gráficas RTX 40 y Radeon RX 7000, simplemente nunca se podría aprovechar todo el ancho de banda que ofrece.

 Fuentes:

https://www.profesionalreview.com/2018/12/10/conectores-pci-express-x16-x8-x4-y-x1/ 

https://www.profesionalreview.com/2023/03/06/rtx-4090-pcie-4-0-x8-rendimiento/

https://ibericavip.com/blog/pc-workstation/todos-los-tipos-de-ranuras-pcie-explicados-y-comparados/