PCIe là gì?
PCI Express hay PCIe viết tắt của Peripheral Component Interconnect Express và là một chuẩn kết nối dành cho phần cứng bên trong PC (phân biệt với các loại thiết bị ngoại vi kết nối thông qua các cổng USB hoặc sóng wireless, Bluetooth…)
PCI-SIG đã xây dựng các kết nối PCIe cơ bản theo cách đảm bảo khả năng mở rộng và khả năng tương thích ngược giữa các giao diện PCIe khác nhau. Tính năng đặc điểm kỹ thuật quan trọng này cho phép SBC/SHB, phần cứng embedded motherboard hoặc backplane của máy tính hoạt động chỉ với bất kỳ thẻ tùy chọn PCI Express nào bất kể phiên bản giao diện.
Các chuẩn PCIe
PCI Express 1.1 (PCIe 1.1)
Được ra đời vào năm 2004 version chuẩn lúc bấy giờ của PCI Express (PCIe) là 1.1.
PCI Express 2.0 (PCIe 2.0)
Năm 2007 tổ chức PCI-SIG đã thông báo những đặc điểm kỹ thuật cơ bản của PCI expres 2.0.
PCIe 2.0 tăng gấp đôi băng thông của chuẩn PCIe 1.1 cũ từ 2,5Gbps lên 5Gbps. PCIe 2.0 vẫn tương thích với PCIe 1.1 cả về các khe cắm phần cứng, vì vậy một cái card cũ vẫn có thể làm việc trên một máy mới với PCIe 2.0.
PCI Express 3.0 (PCIe 3.0)
Về cơ bản, chuẩn PCIe 3.0 sẽ gấp đôi băng thông so với thế hệ trước là PCIe 2.0 : từ 16 GB/s lên 32 GB/s cho cả 2 hướng truyền với 1 khe PCIe x16 3.0.
Tuy vậy, con số tối đa 16 GB/s chỉ là sự làm tròn vì chuẩn PCIe 3.0 sử dụng cơ chế mã hoá 128b/130b, vốn sẽ tốn ít “hao tổn” hơn so với PCIe 1.1 và 2.0.
PCIe thế hệ trước dùng cơ chế mã hoá 8b/10b, dẫn đến việc tuy có tốc độ truyền tải (transfer) là 5 GT/s (trên PCIe 2.0) nhưng băng thông dữ liệu thực chỉ còn 8 GB/s cho 1 hướng truyền (khe PCIe x16).
Với cơ chế mới, tốc độ truyền tải trên PCIe 3.0 chỉ tăng 60% so với PCIe 2.0 nhưng băng thông dữ liệu thực gần đạt gấp đôi thế hệ cũ.
Chuẩn PCIe 3.0 được thiết kế nhằm tương thích ngược với các sản phẩm dùng chuẩn cũ, nhờ đó tiết kiệm tối đa chi phí chuyển đổi giữa 2 thế hệ.
PCI Express 4.0 (PCIe 4.0)
PCIe được sử dụng trong các kết nối như card mạng, và gần hơn là ổ đĩa lưu trữ tốc độ cao SSD. Nó cũng là nền tảng cho công nghệ Thunderbolt của Intel với các thiết bị ngoại vi.
PCIe 3.0 hiện tại cung cấp tốc độ truyền 8 Gbps (bit-rate) cho mỗi lane, nhưng PCIe 4.0 hứa hẹn sẽ tăng lên gấp đôi, 16 Gbps.
Theo PCI-SIG (PCI Special Interest Group) tập đoàn giám sát PCIe thì chúng có mức năng lượng sử dụng tương tự PCIe 3.0, giúp duy trì tuổi thọ pin cho thiết bị.
PCIe còn có một biến thể M-PCIe dành cho các thiết bị di động với kết nối M-Phy được đưa ra bởi MIPI Alliance.
M-Phy cung cấp kết nối dữ liệu từ các mô-đun khác nhau trong smartphone, video camera, bộ vi xử lý và chíp vô tuyến.
Cũng theo PCI-SIG thì PCIe 4.0 sẽ được mở rộng khả năng làm việc đến các laptop siêu nhẹ, tablet và smartphone, trong khi M-PCIe sẽ được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu điện năng tiêu thụ thấp hơn.
PCIe 4.0 sẽ phải đối diện với sự lớn mạnh của công nghệ kết nối Thunderbolt mà Intel phát hành, cho tốc độ truyền tải dữ liệu hiện lên đến 40 Gbps, sử dụng trong các máy tính Mac mới cùng một số máy tính Windows cao cấp.
PCI Express 5.0 (PCIe 5.0)
Các nền tảng đầu tiên hỗ trợ giao tiếp PCIe 5.0 là CPU Alder Lake thế hệ thứ 12 của Intel, dự kiến sẽ ra mắt vào nửa cuối năm 2021, cũng như Xeon Scalable thế hệ thứ 4 ‘Sapphire Rapids’ cho các trung tâm dữ liệu và siêu máy tính dự kiến ra mắt vào đầu năm 2022.
Sự khác biệt giữa PCIe 5.0, PCIe 4.0, PCIe 3.0, PCIe 2.0 và PCIe 1.1
Phần lớn, cải tiến lớn nhất giữa các thế hệ PCI Express luôn là tăng gần gấp đôi băng thông.
Tốc độ truyền trong phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn này, PCIe 1.1, vào khoảng 250MB/ s trên một làn đơn (x1) và có thể là 2,5GT/s (gigatransfers). Với sự xuất hiện của PCIe 2.0, tốc độ này đã được tăng gấp đôi lên lần lượt là 500MB/s và 5GT/s.
Với PCIe 4.0, tốc độ tăng lên 1,97GB/s và 16GT/s, gấp đôi 985MB/s và 8GT/s của PCIe 3.0. Cứ như vậy, mỗi thế hệ mới tăng gấp đôi (hoặc gần gấp đôi) băng thông của thế hệ tiền nhiệm.
PCIe 5.0 không phải là một ngoại lệ. PCIe 5.0 là sự kế thừa trực tiếp của tiêu chuẩn PCIe 4.0. Và một lần nữa, băng thông và tốc độ gigatransfer được tăng gấp đôi so với thế hệ trước, cho phép dữ liệu được truyền với tốc độ nhanh hơn đáng kể. Tốc độ truyền 32 gigatransfer/s hoặc 32GT/s và 3,94GB/s đều sẽ xuất hiện. PCIe 4.0 đã rất nhanh (bạn chỉ cần nhìn vào SSD NVMe hỗ trợ PCIe 4.0 và loại tốc độ đọc/ ghi mà nó có thể đạt được), nhưng PCIe 5.0 sẽ còn nhanh hơn với cùng số làn.
Tất nhiên, tăng gấp đôi tốc độ nói thì dễ hơn làm. Mặc dù kết nối vật lý sẽ vẫn giữ nguyên và PCIe 5.0 sẽ vẫn hoàn toàn tương thích ngược với các thế hệ PCI Express trước đó, các yêu cầu sẽ thay đổi để phù hợp với tốc độ cao hơn. Ví dụ, các bo mạch chủ hỗ trợ PCIe 5.0 sẽ cần thêm các khả năng lớn hơn để xử lý tình trạng mất tín hiệu và nhiễu. Điều này là do việc chạy nhanh hơn có thể gặp phải nhiều vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu (SI) và điều đó cần được tính đến để hạn chế lỗi nhiều nhất có thể.
Phiên bản mới hơn của PCI Express, PCIe 6.0, đã được phát triển, sẽ được hỗ trợ về việc tăng băng thông và tính toàn vẹn của tín hiệu bằng cách sử dụng tín hiệu PAM-4. Tuy nhiên, PCIe 5.0 sẽ cần sử dụng nhiều phương pháp thông thường hơn để tạo không gian cho tốc độ cao hơn: Bo mạch chủ chất lượng tốt hơn và PCB dày hơn với nhiều lớp để giảm thiểu suy hao tín hiệu và trở nên đắt hơn.
Máy tính công nghiệp có hỗ trợ PCI Express?
Tùy vào nhu cầu sử dụng mà các nhà sản xuất có trang bị khe cắm PCIe cho dòng máy tính công nghiệp của mình hay không.
Các hệ thống máy tính nhúng hay IoT Gateway công nghiệp nhỏ gọn thường chỉ được trang bị card Mini PCI Express. Máy tính công nghiệp cung cấp khả năng mở rộng nhiều hơn với ít nhất một khe cắm PCI Express tùy chọn gồm khe PCIex16 dành cho card đồ họa, PCIex1, PCIex4, PCIex8 cho thiết bị ngoại vi,…