PCIe 3.0 vs. 4.0: ¿Vale la pena pasarse a la PCIe 4.0?

PCIe, que significa "Peripheral Component Interconnect Express" en inglés, es un estándar de interfaz de alta velocidad utilizado para conectar componentes periféricos en dispositivos informáticos, como GPUs y SSDs.

Los estándares PCIe abarcan varias generaciones, como PCIe 3.0 y PCIe 4.0. Actualmente, los dispositivos PCIe 4.0 son los más comunes. Ahora analizaremos las diferencias entre PCIe 3.0 y PCIe 4.0, y evaluaremos si es realmente beneficioso actualizar a PCIe 4.0.

¿Qué son la PCIe 3.0 y la PCIe 4.0?

Los estándares PCIe actuales abarcan 6 generaciones: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0 y PCIe 6.0. La más reciente, PCIe 6.0, fue lanzada en enero de 2022. Esta última generación marca uno de los cambios más significativos en los casi 20 años de historia de PCIe.

PCIe 6.0 presenta tres principales modificaciones: la velocidad de transferencia de datos se duplica de 32GT/s a 64GT/s; el método de codificación cambia de modo de señalización NRZ a PAM4; y se pasa de la transferencia de TLP de tamaño variable a FLIT de tamaño fijo.

En cuanto a la aplicación práctica, dado que PCIe 6.0 acaba de ser lanzado, aún no hay avances concretos al respecto. Actualmente, las aplicaciones principales siguen utilizando PCIe 3.0 y PCIe 4.0.

PCIe 3.0

En noviembre de 2010, PCI-SIG (PCI Special Interest Group) anunció que PCIe 3.0 vendría con una velocidad de transferencia de datos de 8 gigatransferencias por segundo (GT/s). En comparación con las generaciones anteriores PCIe 1.0 y 2.0, PCIe 3.0 tiene una velocidad de señal más rápida y un menor retraso en la transmisión de datos.

Las nuevas características del estándar PCIe 3.0 incluyen una serie de optimizaciones para mejorar la señalización y la integridad de los datos, como la ecualización del transmisor y del receptor, la mejora del bucle de bloqueo de fase, la recuperación de datos del reloj y las mejoras del canal en las topologías soportadas.

Dispositivos configurados con PCIe 3.0 también se han convertido en la opción predominante para la mayoría de las empresas. El RS3110, un servidor en rack de 1U, que admite 1 ranura de expansión PCIe 3.0 x8, es una combinación ideal de rendimiento, costo y densidad para la mayoría de los centros de datos y empresas.

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Además, PCIe 3.0 es compatible con generaciones anteriores y posteriores de dispositivos PCIe existentes. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el rendimiento está limitado por la generación más baja del estándar PCIe en su implementación.

Por ejemplo, se puede insertar una unidad SSD PCIe 3.0 en una ranura PCIe 2.0 de una placa base, pero sólo se obtendrá un rendimiento PCIe 2.0. Del mismo modo, una unidad SSD PCIe 3.0 también puede insertarse en una placa base con ranura PCIe 4.0, pero sólo se obtendrá rendimiento PCIe 3.0.

PCIe 4.0

El estándar PCIe 4.0 debutó en junio de 2017. Tiene una tasa de transferencia de datos de 16 GT/s que duplica el ancho de banda de la PCIe 3.0. Como las ranuras PCIe pueden configurarse con un carril o múltiplos de cuatro carriles, como x1, x4, x8, x16, esto significa que una interfaz PCIe 4.0 x4 puede funcionar como una interfaz PCIe 3.0 x8 y ofrece la misma cantidad de ancho de banda.

Además, la PCIe 4.0 sigue siendo compatible con otras generaciones de PCIe. En la actualidad, muchos fabricantes han introducido varios dispositivos con especificaciones PCIe 4.0. Por ejemplo, Mellanox Technologies lanzó el primer adaptador de red de 100 Gb/s con PCIe 4.0 en junio de 2016; en enero de 2019, AMD presentó el chipset X570 y los procesadores basados en Zen 2, que soportan la PCIe 4.0.

PCIe 3.0 vs 4.0: aspectos clave

Las diferencias entre estas dos generaciones de PCIe son evidentes, en la siguiente sección las explicaremos más detalladamente.

Ranura

Las placas base cuentan con varias ranuras PCIe destinadas para la instalación de GPUs, SSDs, tarjetas RAID, entre otros dispositivos. Estas ranuras pueden estar configuradas con diferentes números de carriles, como x1, x2, x4, x8 o x16. Por ejemplo, una ranura PCIe 4.0 x8 es una expansión Gen 4 con 8 carriles, lo que significa que tiene el doble de ancho de banda que una ranura con solo 4 carriles.

Tanto las ranuras PCIe 3.0 como las 4.0 admiten configuraciones con carriles x1, x2, x4, x8 y x16, pero las ranuras PCIe 4.0 ofrecen una mayor tasa de transferencia por carril y un rendimiento de ancho de banda superior. Específicamente, una ranura PCIe 4.0 tiene una tasa de transferencia de 16 GT/s por carril, el doble de la tasa que ofrece una ranura PCIe 3.0.

Velocidad

La velocidad es un factor crítico que influye en el rendimiento de manera significativa. En comparación con PCIe 3.0, PCIe 4.0 ofrece el doble de velocidad, con una impresionante tasa de transferencia de datos de 16 GT/s, frente a los 8 GT/s de PCIe 3.0.

Además, cada configuración de carriles en PCIe 4.0 tiene el potencial de ofrecer el doble de ancho de banda en comparación con PCIe 3.0. Por ejemplo, en una ranura de 16 carriles en recorrido unidireccional, PCIe 4.0 puede alcanzar velocidades de hasta 32 GB/s, lo que supone una ventaja significativa en términos de velocidad y eficiencia.

Estas mejoras en PCIe 4.0 son clave para aquellos que buscan maximizar el rendimiento de sus sistemas y mantenerse a la vanguardia de la tecnología de redes. La siguiente tabla muestra las diferencias de velocidad en las distintas configuraciones de carriles entre estas generaciones de PCIe.

Compatibilidad

En lo que respecta a la compatibilidad, tanto la PCIe 4.0 como la PCIe 3.0 son compatibles con las configuraciones PCIe existentes de generaciones previas y posteriores. Ya sabemos que las ranuras PCIe se utilizan para conectar componentes como GPUs y SSDs a la placa base para un funcionamiento corriente.

La compatibilidad de la PCIe con generaciones previas y posteriores permite insertar una GPU PCIe 4.0 en una ranura PCIe 3.0 de una placa base, pero el ancho de banda de la GPU PCIe 4.0 se vería obstaculizado por las limitaciones de ancho de banda de la ranura PCIe 3.0.

Es esencial verificar que la ranura de tu placa base tenga un número de carriles igual o superior al de la tarjeta PCIe que planeas insertar. De lo contrario, la inserción física de tu tarjeta PCIe será imposible. Por ejemplo, una tarjeta SSD PCIe 3.0 x4 puede adaptarse a una ranura PCIe 4.0 x4 o x8.

Sin embargo, una tarjeta PCIe 3.0 x8 no será compatible con una ranura x2 o x4. Por lo tanto, es prudente verificar de antemano la compatibilidad entre tus GPUs y SSDs PCIe 4.0 o 3.0 con la configuración de carriles de las ranuras de tu placa base.

Precio

Al igual que cualquier otra generación de productos, el precio es una gran diferencia entre la PCIe 3.0 y la PCIe 4.0. En general, las GPUs y SSDs PCIe 4.0 son siempre más caras que las PCIe 3.0 con las mismas configuraciones de almacenamiento y carriles.

Al fin y al cabo, los dispositivos PCIe 4.0 soportan un mayor ancho de banda y ofrecen un mejor rendimiento. Además, los precios también varían en función del fabricante. Es recomendable hacer un análisis exhaustivo del producto antes de tomar la decisión de compra.

¿Cómo afectan las PCIe 3.0 y 4.0 a tu SSD y GPU?

Como se ha mencionado anteriormente, tanto la PCIe 4.0 como la PCIe 3.0 son compatibles con las configuraciones PCIe existentes. Sin embargo, las limitaciones de ancho de banda pueden obstaculizar la obtención del rendimiento completo de tus GPUs o SSDs PCIe.

Si conectas una GPU PCIe 3.0 a una ranura PCIe 4.0, sólo obtendrás el rendimiento estándar de PCIe 3.0. Si conectas una GPU PCIe 4.0 a una ranura PCIe 3.0, no podrás aprovechar el mayor ancho de banda y velocidad de transferencia de datos de tu GPU PCIe 4.0. Lo mismo ocurre con las unidades SSD PCIe.

Dicho esto, es evidente que una placa base con puertos PCIe 4.0 tiene una ventaja notable sobre placas con puertos PCIe 3.0. Al utilizar una placa base con puertos PCIe 4.0, tienes más espacio para aumentar el número de SSD y GPU para soportar un mayor ancho de banda. Por ejemplo, para conseguir 16 GB/s de ancho de banda, sólo necesitas 8 carriles PCIe 4.0 en lugar de 16 carriles con PCIe 3.0.

¿Merece la pena pasarse a la PCIe 4.0?

¿Deberías actualizar a PCIe 4.0 si ya tienes PCIe 3.0? No creemos que PCIe 4.0 vaya a inutilizar tu antigua PCIe 3.0. Si estás satisfecho con el rendimiento actual y no planeas gastar más dinero en mejorar pronto, puede que no sea necesario.

Además, si tus dispositivos y tarjetas PCIe 3.0 cumplen con tus necesidades de velocidad de transferencia, no hay razón urgente para cambiar a PCIe 4.0.

Sin embargo, si anticipas que tus aplicaciones requerirán más ancho de banda en el futuro, considera la actualización. De esta manera, podrás aprovechar el rendimiento adicional que ofrece PCIe 4.0. Recuerda siempre evaluar tus propias necesidades antes de tomar una decisión.

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