Qu’est-ce que le PCI Express (PCIe/PCI-E)

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, ...).

Qu'est-ce que le PCI Express (PCIe/PCI-E)

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.

La connexion PCI-Express
source community.fs.com

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
Les slots d'extensions avec les ports PCI-Express d'une carte mère

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.

Les différentes connectiques et broches PCI-Express 4x, 8x, 16x
source Wikipedia
PCIe VoiesNombre de brochesLongueur
PCIe x11825 mm
PCIe x42139 mm
PCIe x84956 mm
PCIe x168289 mm
Taille et nombre de broches par génération de PCIe
Dans la photo ci-dessus, la différence saute aux yeux...
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.

Les voies et liens PCI-Express
source howstuffworks.com

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 voiePCIe 1.0 (2003)PCIe 2.0 (2007)PCIe 3.0 (2010)PCIe 4.0 (2017)PCIe 5.0 (2019)PCIe 6.0 (2021)
x1250 MB/s500 MB/s1 GB/s2 GB/s4 GB/s8 GB/s
x2500 MB/s1 GB/s2 GB/s4 GB/s8 GB/s16 GB/s
x41 GB/s2 GB/s4 GB/s8 GB/s16 GB/s32 GB/s
x82 GB/s4 GB/s8 GB/s16 GB/s32 GB/s64 GB/s
x164 GB/s8 GB/s16 GB/s32 GB/s64 GB/s128 GB/s
Nombre de voies, bandes passantes du PCI Express

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
Chipset, connectique carte mère du PCI-Express

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.

Chipset, connectique carte mère du PCI-Express

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

PCI-Express et carte graphique

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

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