A la hora de elegir la placa base y el procesador para montar un PC, una característica que la mayoría de los fabricantes suelen pasar por alto es la cantidad correcta de carriles PCIe.

Identificarlos no sólo es crucial para una nueva construcción, sino que también reduce la necesidad de actualizaciones en el camino, manteniendo tu equipo a prueba de futuro.

Aunque lo primero que viene a la mente cuando se piensa en PCIe es la ranura de la placa base donde se conecta la tarjeta gráfica, la tecnología subyacente e invisible es mucho más amplia.

Los carriles PCIe asignados a un componente pueden afectar profundamente a tareas como el renderizado con varias GPU, ya que el ancho de banda de estos carriles limita el rendimiento máximo que puede alcanzar un componente conectado a una ranura PCIe.

En esta guía, te guiaremos a través de los diferentes tipos de configuraciones y generaciones PCIe que puedes encontrar y te ayudaremos a identificar el número de carriles PCIe que necesitas en función de tu carga de trabajo.

¿Qué es PCIe?

PCIe o Peripheral Component Interconnect Express es un tipo de interfaz que permite conectar al ordenador componentes de alta velocidad como tarjetas gráficas, unidades SSD y tarjetas WiFi.

Los conectores PCIe típicos adoptan la forma de ranuras de expansión en la placa base, lo que permite conectar físicamente un dispositivo compatible.

Explicación de los carriles PCIe

Los carriles PCIe son el enlace físico entre el dispositivo compatible con PCIe y el procesador o chipset.

Los carriles PCIe están formados por dos pares de cables de cobre, normalmente conocidos como trazas, que atraviesan la placa base y conectan el dispositivo compatible con PCIe al procesador o al chipset de la placa base.

Puedes pensar en un único carril PCIe como una autopista en la que los vehículos (datos aquí) viajan en ambas direcciones (de ida y vuelta) simultáneamente.

Se pueden asignar hasta 32 de estos carriles PCIe bidireccionales a un único dispositivo, lo que le permite lograr una transferencia de datos de gran ancho de banda y baja latencia.

Explicación de las configuraciones PCIe x1, x4, x8 y x16

Como norma, todas las conexiones PCIe disponen de 1, 4, 8, 16 o 32 carriles para la transferencia de datos, aunque los sistemas de consumo no admiten 32 carriles. Como era de esperar, el ancho de banda aumenta linealmente con el número de carriles PCIe.

La mayoría de las tarjetas gráficas del mercado actual necesitan al menos 8 carriles PCIe para funcionar a su máximo rendimiento en aplicaciones de juegos y renderizado.

Aunque las tarjetas gráficas pueden funcionar con menos de ocho carriles PCIe, el rendimiento puede disminuir.

En configuraciones multi-GPU, se recomiendan ocho carriles por GPU, pero podrías utilizar menos dependiendo de tu carga de trabajo.

Funciones como NVLink de Nvidia ayudan a reducir la carga en el bus PCIe y permiten apilar la VRAM en varias GPU, pero como las tarjetas de consumo ya no son compatibles con esta función, es mejor invertir en un sistema con suficientes carriles PCIe para varias GPU sin tener que depender de NVLink.

No todas las ranuras PCIe son iguales

El tamaño físico del conector PCIe de la placa base indica su configuración.

Las ranuras PCIe típicas son x1, x4, x8 y x16. Para que sea más fácil diferenciar entre las ranuras físicas y los carriles, los denominaremos mecánico y eléctrico, respectivamente.

En un escenario ideal, se puede asumir que el número de la especificación del conector indica el número de carriles PCIe que lleva, pero no siempre es así.

El número de carriles PCIe asignados a un determinado dispositivo o ranura de la placa base varía, y el fabricante suele encargarse de establecerlo.

Tomemos, por ejemplo, las ranuras PCIe x16 para tarjetas gráficas en una placa base. Es fácil suponer que una ranura x16 mecánica hace uso de 16 carriles PCIe, pero dependiendo de factores como el procesador, el chipset de la placa base y el número de GPU, el número está sujeto a cambios.

Echa un vistazo a la X570 ROG Crosshair VIII Hero de abajo. Las dos ranuras PCIe x16 mecánicas superiores están pensadas para tarjetas gráficas.

Sin embargo, la ranura mecánica x16 de la parte superior es la única ranura con 16 carriles PCIe físicos, que puedes distinguir haciendo zoom en la imagen.

La ranura mecánica x16 central tiene ocho carriles PCIe, mientras que la inferior tiene cuatro.

Además, si se ejecutan dos GPU con esta placa base, la ranura superior tendrá que funcionar con sólo ocho carriles debido a las limitaciones del procesador, aunque tiene 16 carriles PCIe físicos.

Dado que la placa base utiliza PCIe Gen 4, el rendimiento de la GPU entre 8 y 16 carriles apenas se ve afectado, siempre que la GPU sea compatible con PCIe 4.0. Incluso las tarjetas gráficas PCIe Gen 3 funcionarán bien.

Sin embargo, con generaciones PCIe y placas base más antiguas, el impacto en el rendimiento será significativo.

La tabla anterior muestra cuántos PCIe Lanes soportan las CPUs modernas. Esto es un buen comienzo, pero aún es necesario comprobar cómo la placa base reparte los carriles PCIe disponibles en los distintos conectores de la placa base.

Líneas PCIe asignados al chipset frente al procesador

Los carriles PCIe de una placa base proceden del propio procesador o del chipset de la placa base.

Por lo general, los carriles del procesador se reservan exclusivamente para las ranuras x16 de la tarjeta gráfica y las ranuras M.2 para las unidades SSD de alta velocidad, ya que necesitan mover datos sin que el chipset suponga un cuello de botella.

Por otro lado, los carriles del chipset se conectan al USB integrado, a otras ranuras M.2 y PCIe, y a SATA. El propio chipset transfiere los datos al procesador a través de un bus PCIe dedicado de 4 carriles.

Así, todos los dispositivos conectados a través de carriles PCIe al chipset tendrán un límite en su ancho de banda máximo, lo que provocará cuellos de botella.

Al elegir una placa base, debes asegurarte de que las ranuras PCIe que piensas utilizar estén conectadas directamente al procesador. Puedes utilizar una ranura PCIe conectada por cable al chipset, pero correrás el riesgo de encontrarte con cuellos de botella.

Una forma segura de identificar la conexión física de tu ranura PCIe x16 sería identificar los carriles asignados a la misma, ya que 16 u 8 carriles enlazarán directamente con el procesador. La ranura PCIe superior casi siempre está conectada a la CPU, pero consulta el manual de tu placa base para asegurarte de que es correcto.

Requisitos PCIe para tarjetas gráficas

Puede que te preguntes si es necesario utilizar el número recomendado de carriles PCIe en la tarjeta gráfica para obtener el máximo rendimiento.

La respuesta exacta a esta pregunta depende del tipo de trabajo que realices, el tipo de GPU que quieras utilizar y el número de GPU que planees utilizar con tu equipo.

Incluso para tareas de renderizado que consumen gran cantidad de ancho de banda, una sola GPU de la generación actual como la RTX 3080 puede rendir prácticamente lo mismo cuando se ejecuta en 8 o 16 carriles PCIe Gen 3.0/4.0.

Si un dispositivo conectado a PCIe, como una tarjeta gráfica, funciona cerca del ancho de banda máximo suministrado por los carriles PCIe de que dispone, se dice que los carriles PCIe están saturados.

Dependiendo de la generación y el número de carriles PCIe suministrados, la saturación del ancho de banda variará entre las conexiones PCIe.

En el caso de las configuraciones multi-GPU, el rendimiento ideal sería ejecutar cada GPU en ocho carriles.

Si puedes soportar un ligero descenso del rendimiento, es posible ejecutar las tarjetas en cuatro carriles, pero no es recomendable. Puedes consultar la siguiente tabla para conocer mejor los requisitos de ancho de banda de las tarjetas gráficas más populares y decidir cuántos carriles PCIe quieres asignar.

La siguiente tabla muestra el número mínimo y la generación de carriles PCIe que las GPU más populares necesitan para no verse atascadas por el ancho de banda PCIe:

Notas sobre la tabla anterior:

El PCIe Lane Scaling dependerá en gran medida del tipo de cargas de trabajo que estés ejecutando. 

Si estás renderizando escenas 3D sencillas o ejecutando juegos que caben fácilmente en la VRAM de tu GPU, y necesitan poca o ninguna comunicación a través del bus PCIe, es probable que no veas casi ningún cuello de botella, incluso cuando utilices menos PCIe Lanes de los recomendados anteriormente.

Para tareas que requieren comunicación constante con la CPU o acceso a la Memoria del sistema, el cuello de botella será mucho más pronunciado.

También hay que tener en cuenta que los PCIe Lanes sólo se pueden reducir a la mitad. Aunque la RTX 3090 puede funcionar sin cuellos de botella (<1%) justo por encima de PCIe 4 x8 (por ejemplo, PCIe 4 x9), no puedes usar x9 PCIe Lanes. Tienes que duplicar tus Lanes y Generación cada vez.

Generaciones PCIe: No todos los carriles son iguales

El estándar PCIe ha pasado por un total de seis revisiones desde su creación en 2003.

Aunque la quinta y sexta generaciones de PCIe aún no han llegado al mercado, PCIe 4.0 y 3.0 son las que te encontrarás hoy en día al comprar un nuevo PC.

Cada generación de PCIe hasta la fecha ha duplicado la velocidad de transferencia (normalmente expresada en GT/s) de la generación anterior, allanando el camino para que dispositivos más rápidos se conecten fácilmente a los ordenadores.

Cada nueva generación también reducía la latencia, algo necesario para dispositivos como las tarjetas gráficas.

PCIe 4.0 frente a 3.0: El doble de ancho de banda

PCIe 4.0, lanzado en 2017, no fue adoptado por el mercado de consumo hasta 2019, siendo la tercera generación de procesadores AMD Ryzen la primera en soportar la generación PCIe.

Con PCIe 4.0 ofreciendo el doble de ancho de banda que la generación anterior, ayudó a mejorar el rendimiento de componentes como las SSD, que se desarrollaron lo suficiente como para ser un cuello de botella con PCIe 3.0.

Sin embargo, incluso a las tarjetas gráficas más potentes disponibles en la actualidad les resulta difícil saturar todo el ancho de banda PCIe 4.0 x16 y tener un rendimiento similar con la anterior generación PCIe 3.0.

Por tanto, aunque la ranura x16 mecánica de tu placa base sólo ofrezca 8 carriles PCIe Gen 4, puedes estar seguro de que el rendimiento no se resentirá.

Las configuraciones multi-GPU se beneficiarían enormemente de PCIe 4.0, ya que podrías ejecutar dos tarjetas PCIe 4.0 con ocho o incluso cuatro carriles hasta que notes que el rendimiento de la tarjeta empieza a bajar, lo que te permitiría conectar más GPU en un solo sistema.

Recuerda que no puedes ejecutar una GPU PCIe 3.0 a velocidades x16 mientras está conectada a PCIe Gen 4 x8, ya que sólo hay ocho carriles PCIe físicos.

Impacto en el rendimiento con generaciones anteriores

Animación y renderizado 3D

Chips PLX

Encontrarás algunas placas base que dicen soportar/ofrecer más PCIe Lanes de lo que debería ser posible.

La Asus WS X299 Sage, por ejemplo, sólo debería poder ofrecer 44 PCIe Lanes, dado que la CPU tiene esta cantidad de Lanes disponibles.

De hecho, sin embargo, esa placa base ofrece configuraciones de GPU de hasta 7x x8 PCIe Lanes (=56), o 4x x16 PCIe Lanes (=64).

Esto es posible gracias al denominado chip PLX de la placa base, que gestiona los carriles PCIe.

Este chip por un lado habla con la CPU y la mantiene satisfecha diciéndole que no hay más PCIe Lanes de los que la CPU soporta siendo usados. El otro lado, sin embargo, gestiona una mayor cantidad de PCIe Lanes.