PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), mais souvent abrégé en PCIe ou PCI-E, est un type standard de connexion pour les périphériques externes d’un ordinateur.
Généralement, PCI Express fait référence aux emplacements d’extension réels sur la carte mère qui acceptent les cartes d’extension PCIe et aux types de cartes d’extension.
Par exemple, on peut l’utiliser pour ajouter une carte vidéo et graphique ou un SSD.
C’est aussi un BUS de communication entre les périphériques d’extensions et les autres composants de l’ordinateur.
Cet article vous dit tout autour du PCI Express (générations 4x, 8x, 16x, versions, nombre de voies, …).
Table des matières
Qu’est-ce que PCI Express ?
PCI Express est donc une technologie de port de connexion interne aux cartes mères.
Il succède à PCI et AGP.
C’est un connecteur qui sert à connecter des cartes d’extension sur la carte mère d’un ordinateur. Cela peut-être une carte graphique, Audio, réseau ou SSD.
C’est aussi un BUS qui permet d’échanger les données entre la carte et le reste des composants de l’ordinateur.
Avant le PCI Express, tous les bus PC et les connecteurs d’extension utilisaient une communication parallèle.
En communication parallèle, plusieurs bits sont transférés sur le chemin de données en même temps, en parallèle.
En communication série, un seul bit est transféré sur le chemin de données par cycle d’horloge. Au début, cela rend la communication parallèle plus rapide que la communication série, car plus le nombre de bits transmis à la fois est élevé, plus la communication sera rapide.
Mais la communication parallèle, cependant, souffre de certains problèmes qui empêchent les transmissions d’atteindre des fréquences d’horloge plus élevées. Plus l’horloge est élevée, plus les problèmes d’interférences électromagnétiques (EMI) et de retard de propagation seront importants.
La connexion PCI Express est basée sur le concept d’une «voie», qui est une communication série haut débit à un seul bit, duplex intégral.
Les voies peuvent être regroupées pour augmenter la bande passante.
Par exemple, lorsque deux appareils utilisent quatre voies pour leur connexion, ils sont considérés comme une connexion «x4» et pourront atteindre quatre fois plus de bande passante qu’une seule connexion, c’est-à-dire une seule voie.
Bien qu’en théorie n’importe quel nombre de 1 à 32 voies puisse être groupé, les nombres les plus courants sont x4, x8 et x16.
Enfin le bus PCIe donne aussi la possibilité à deux cartes PCIe de dialoguer entre elles sans passer par le processeur du PC, ce qui n’était pas possible avant.
Générations et voies
Lorsque l’on regarde les spécificités techniques d’une carte mère, on trouve le nombre de slots PCIe pour ajouter des cartes d’extensions.
Les mentions sont du type :
- PCI Express 3.0 16x
- PCI Express 3.0 1x
Ainsi :
- 3.0 correspond à la version et génération de la technologie PCI Express. Chaque génération a une bande passante différente pour un même nombre de voies
- 1x, 4x ou 16x le nombre de voies et donc de brochages différents
Ainsi si l’on regarde les spécifications techniques, la carte mère possède :
- Un port PCI 16x
- Un port PCI 4x mais avec des broches 16x. Voir explications plus bas dans le cadre bleu
- 4 ports PCI Express 1x
Le premier port PCIe est un vrai 16x, c’est le plus rapide que l’on réserve pour la carte graphique (voir plus bas les explications avec les cartes graphiques).
Le second peut-être utilisé par un SSD NVme mais selon comment vous pouvez avoir une baisse de performances.
Enfin les ports 1x moins rapide sont réservés aux cartes d’extensions Ethernet, WiFi ou audio.
PCIe Voies | Nombre de broches | Longueur |
---|---|---|
PCIe x1 | 18 | 25 mm |
PCIe x4 | 21 | 39 mm |
PCIe x8 | 49 | 56 mm |
PCIe x16 | 82 | 89 mm |
Toutefois, un port PCIe 4x peut avoir le même nombre de broches qu’un port PCIe 16x sans avoir le nombre de voies suffisantes.
Ainsi le port PCIe 4x peut avoir l’aspect d’un port port PCI 16x alors que c’est au final, il fonctionne avec une bande passante bien moindre.
C’est ce qui est indiqué dans la spécification PCI Express 3.0 16x 4x.
Le nombre de voies (lanes) influent sur le débit et bande passantes.
Plus, il y a de voies, plus le débit est important.
Bandes passantes et débits du PCI Express
Voici un comparatif des vitesses, bande passantes selon la génération et le nombre de voies.
Une seule voie PCI Express, cependant, peut gérer 250 Mo de trafic dans chaque direction par seconde.
Chaque voie et génération multiplie le débit par 2.
Nombre de voie | PCIe 1.0 (2003) | PCIe 2.0 (2007) | PCIe 3.0 (2010) | PCIe 4.0 (2017) | PCIe 5.0 (2019) | PCIe 6.0 (2022) |
---|---|---|---|---|---|---|
x1 | 250 MB/s | 500 MB/s | 1 GB/s | 2 GB/s | 4 GB/s | 8 GB/s |
x2 | 500 MB/s | 1 GB/s | 2 GB/s | 4 GB/s | 8 GB/s | 16 GB/s |
x4 | 1 GB/s | 2 GB/s | 4 GB/s | 8 GB/s | 16 GB/s | 32 GB/s |
x8 | 2 GB/s | 4 GB/s | 8 GB/s | 16 GB/s | 32 GB/s | 64 GB/s |
x16 | 4 GB/s | 8 GB/s | 16 GB/s | 32 GB/s | 64 GB/s | 128 GB/s |
PCI Express, BUS et Chipset
Le nombre de voies disponibles dépend du nombre de voies de la carte mère elle-même, ainsi que de la capacité de bande passante (nombre de voies) que le processeur peut fournir.
Dans la Platform Controller Hub (PCH) d’Intel, chaque port PCI Express ne sont pas reliés aux mêmes composants de la carte mère.
- Les ports PCIe les plus rapides avec le plus de voies sont reliés directement au processeur. Ce dernier reprend toute la partie du chipset NorthBridge
- Les ports PCIe moins rapides sont reliés au chipset de la carte mère, c’est la partie chipset SouthBride qui devient le PCH. On peut y connecter les cartes Ethernet WiFi, Audio ou encore les interfaces SATA.
Exemple avec le chipset Intel X99 (2014) :
- Deux ports PCI-e 3.0 16x et 8x reliés au processeur
- Ports PCI Express 2.0
- La carte Ethernet intégrée à la carte mère est en PCI-e 1x connecté au chipset
Autres exemples avec le Chipset Intel Z490 plus récent qui autorise plusieurs combinaisons de port PCIe.
Mais là aussi les plus rapides sont reliés au processeur et les plus lentes au chipset.
Les chipsets AMD ne sont pas si différents, l’ancien Southbridge étant désormais surnommé le Fusion Controller Hub, ou FCH.
A lire :
PCI Express et carte graphique
Lorsque vous jouez, la carte graphique est un composant qui échange le plus de données avec le reste de l’ordinateur et notamment le processeur.
Ainsi, il doit utiliser le BUS le plus rapide.
Sur de nombreux PC, il y aura plusieurs emplacements d’extension sur la carte mère.
Il est plus courant d’utiliser le plus haut pour une carte graphique car c’est le port PCI-E le plus rapide.
Si vous ne positionnez pas la carte graphique sur le port PCI-E le plus rapide, vous aurez une chute importante des performances de votre PC durant les jeux.
Enfin si vous installez deux cartes dans une configuration nVidia SLI ou AMD Crossfire, vous en aurez besoin des deux.
Vérifiez la norme prise en charge par votre carte mère avant d’investir dans une paire de cartes.
Le logiciel GPU-Z indique le type de connexion PCIe après un PCI-Express render test.
Plus de détails : GPU-Z : connaître la configuration de la carte graphique, GPU, température
Quelles sont les versions de PCIe
PCIe 6.0 (2022)
Le PCIe 6.0 (Peripheral Component Interconnect Express 6.0) est la sixième génération de cette norme d’interface haute vitesse. Annoncé en 2022 par le PCI-SIG, il double les performances de son prédécesseur (PCIe 5.0), offrant des améliorations significatives en termes de débit, d’efficacité énergétique et de support pour les technologies émergentes.
Caractéristique | Description |
Débit par ligne | Jusqu’à 8 GT/s (Gigatransfers par seconde). |
Débit total (x16) | 128 Go/s en mode bidirectionnel (64 Go/s dans chaque direction). |
Modulation PAM-4 | Utilisation de la modulation d’amplitude de pulsation 4 niveaux (PAM-4) pour augmenter le débit par broche. |
Efficacité énergétique | Réduction de la consommation énergétique par rapport aux générations précédentes. |
Compatibilité | Totalement rétrocompatible avec les versions précédentes (PCIe 5.0, 4.0, etc.). |
Applications cibles | Calcul haute performance (HPC), centres de données, intelligence artificielle (IA), réseaux 5G. |
Avantages de PCIe 6.0
- Débit accru : Avec une bande passante totale de 128 Go/s en mode bidirectionnel sur un slot x16, PCIe 6.0 permet des transferts de données ultra-rapides, essentiels pour les applications modernes.
- Support des technologies émergentes : Conçu pour répondre aux besoins croissants des centres de données, du calcul haute performance (HPC) et de l’intelligence artificielle (IA). Idéal pour les charges de travail massives, comme l’analyse de données et les simulations.
- Optimisation énergétique : L’architecture de PCIe 6.0 intègre des optimisations pour réduire la consommation d’énergie, rendant la norme adaptée aux infrastructures nécessitant une grande efficacité énergétique.
- Rétrocompatibilité : Les périphériques PCIe 6.0 sont compatibles avec les slots PCIe des versions antérieures, ce qui facilite les mises à niveau.
PCIe 5.0 (2019)
Le PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) est une norme de connexion haute vitesse utilisée pour relier les processeurs à des périphériques comme les cartes graphiques, les SSD NVMe, ou les cartes réseau.
Avantages du PCIe 5.0 :
- Doublement de la bande passante : Le PCIe 5.0 offre une bande passante de 32 GT/s (gigatransfers par seconde), soit un débit de 64 Go/s en mode bidirectionnel sur un slot x16, contre 16 GT/s pour PCIe 4.0.
- Amélioration des performances des SSD NVMe : Les SSD PCIe 5.0 offrent des vitesses de lecture/écriture dépassant 10 Go/s, accélérant considérablement les transferts de données.
- Avantages pour les cartes graphiques : Bien que les cartes graphiques actuelles n’exploitent pas encore pleinement PCIe 5.0, cette technologie garantit une compatibilité et des performances accrues pour les générations futures.
- Latence réduite : Idéal pour les applications nécessitant un accès rapide aux données, comme le gaming, les tâches d’IA, et la modélisation 3D.
Intégration dans les processeurs Intel :
- Introduit avec les processeurs Alder Lake (12ᵉ génération) et maintenu dans les séries ultérieures (Raptor Lake, Raptor Lake Refresh).
- Compatibilité : Les cartes mères avec chipsets Z690, Z790 et les versions ultérieures sont nécessaires pour tirer parti du PCIe 5.0.
PCIe 4.0 (2017)
Le PCIe 4.0 (Peripheral Component Interconnect Express 4.0) est la quatrième génération de cette norme d’interface, introduite en 2017. Il double la bande passante offerte par PCIe 3.0, répondant aux besoins croissants de performances des appareils modernes, tels que les SSD NVMe, les cartes graphiques, et les équipements réseau.
Caractéristiques principales de PCIe 4.0 :
Caractéristique | Description |
Débit par ligne | Jusqu’à 2 GT/s (Gigatransfers par seconde), soit 2 Go/s de bande passante brute. |
Débit total (x16) | 32 Go/s en mode bidirectionnel (16 Go/s dans chaque direction). |
Latence réduite | Optimisation des protocoles pour réduire les délais de communication. |
Compatibilité | Totalement rétrocompatible avec les versions précédentes (PCIe 3.0, 2.0). |
Applications cibles | Gaming, centres de données, calcul haute performance, stockage rapide. |
Avantages de PCIe 4.0 :
- Bande passante doublée :Comparé au PCIe 3.0, PCIe 4.0 offre deux fois plus de bande passante par ligne. Par exemple :
- Un slot x1 passe de 1 Go/s (PCIe 3.0) à 2 Go/s.
- Un slot x16 (pour les GPU) passe de 16 Go/s à 32 Go/s.
- Idéal pour les charges de travail exigeantes, comme les jeux en haute résolution et les applications IA.
- Support des SSD NVMe rapides
- Les SSD PCIe 4.0 atteignent des vitesses de lecture/écriture dépassant 7 Go/s, soit deux fois plus rapides que les modèles PCIe 3.0.
- Accélère le démarrage des systèmes, les temps de chargement des applications, et les transferts de données massifs.
- Performance GPU accrue : Les cartes graphiques compatibles PCIe 4.0, comme les AMD Radeon RX 5000/6000 et les NVIDIA RTX 30xx, bénéficient d’une bande passante accrue pour les jeux et le rendu graphique
- Optimisation des centres de données : PCIe 4.0 est largement adopté dans les infrastructures de serveurs pour le traitement de données à grande échelle, le stockage rapide, et les réseaux à faible latence.
PCIe 3.0 (2010)
Le PCIe 3.0 (Peripheral Component Interconnect Express 3.0), introduit en 2010, a marqué une étape clé dans l’évolution des normes PCI Express. Bien qu’elle soit désormais dépassée par les générations suivantes (4.0, 5.0 et 6.0), PCIe 3.0 reste largement utilisée dans de nombreux systèmes, notamment ceux de milieu de gamme et les configurations plus anciennes.
Caractéristiques principales de PCIe 3.0 :
Caractéristique | Description |
Débit par ligne | Jusqu’à 1 GB/s (Gigabyte par seconde), soit 8 GT/s (Gigatransfers par seconde). |
Débit total (x16) | 16 Go/s en mode bidirectionnel (8 Go/s dans chaque direction). |
Codage des données | Utilisation du codage 128b/130b, réduisant la surcharge et améliorant l’efficacité. |
Compatibilité | Totalement rétrocompatible avec PCIe 1.0 et 2.0. |
Applications cibles | Gaming, stations de travail, cartes réseau et périphériques de stockage. |
Avantages de PCIe 3.0
- Polyvalence :PCIe 3.0 est adapté à une large gamme de périphériques, y compris les GPU, les SSD, les cartes réseau, et les cartes RAID.
- Compatibilité étendue : Rétrocompatible avec PCIe 1.0 et 2.0, permettant une utilisation flexible dans des systèmes plus anciens.
- Adoption massive : De nombreux chipsets, cartes mères et périphériques utilisent PCIe 3.0, en faisant une norme largement disponible.
- Coût abordable : Les périphériques PCIe 3.0, en raison de leur ancienneté relative, sont plus abordables que ceux compatibles avec PCIe 4.0 et au-delà.
PCI Express, NVMe et SSD
Pour les SSD, le PCI Express remplace le mode de connexion SATA.
Cela approte de nombreuses nouveautés dont un meilleur débit :
- NVMe (Non-Volatile Memory express) remplace AHCI, c’est le nouveau protocole pour gérer ce nouveau mode de communication à travers le Bus PCI. Ainsi la carte mère et le BIOS doivent le gérer
- Ce mode de communication est plus rapide
- La connectique est exclusivement en PCI Express
- La vitesse varie selon le type de PCI Express (4x, 8x, 16x)
- La vitesse maximale est 5000 Mo/s mais en général 2000 à 2500 Mo/s
On en parle dans cet article :
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