PCIe là gì? Lợi ích và tính năng của các thế hệ PCIe

PCIe là gì và tại sao nó lại quan trọng trong việc xây dựng và nâng cấp PC? Trong bài viết này, Điện Thoại Vui sẽ giải thích chi tiết về từng loại cổng PCIe. Hãy cùng khám phá nhé!

PCIe là gì?

PCIe là gì là câu hỏi nhiều người thắc mắc. PCie còn được gọi là PCI Express, là viết tắt của cụm từ Peripheral Component Interconnect Express. PICe là chuẩn kết nối tốc độ cao thường dùng để kết nối các thiết bị và các phần cứng vào bo mạch chủ của máy tính.

Cổng PCIe ra đời nhằm thay thế các chuẩn kết nối cũ như AGP và PCI có băng thông và tốc độ truyền dữ liệu chậm. Ngoài ra, còn có một phiên bản cao cấp hơn gọi là ePCIe (External PCI Express). Nhưng do tính đặc biệt của nó, ePCIe ít xuất hiện trên các mainboard thông thường.

Đa làn PCIe là gì?

Ngay từ những phiên bản đầu tiên, PCI-E đã áp dụng ý tưởng 'đa làn' và chứng minh được tính hiệu quả của nó. Hiện nay, PCIe được chia thành 4 kích cỡ chính: x1, x4, x8, và x16. Ngoài ra, còn có phiên bản x32 nhưng ít được sử dụng cho phần cứng thông thường. 

Tùy vào yêu cầu phần cứng, kích cỡ cổng PCIe trên main sẽ khác nhau, cổng lớn hơn có nhiều chân kết nối và hỗ trợ nhiều làn hơn. Mỗi làn PCIe bao gồm 2 cặp tín hiệu: một cặp để gửi và một cặp để nhận dữ liệu. Cổng có càng nhiều làn thì tốc độ truyền tải dữ liệu càng cao.

Phân loại các loại cổng PCIe

Kể từ khi phát hành lần đầu vào năm 2004, đến nay các cổng PCIe đã có 5 đời khác nhau. 

Phân loại	Năm phát hành	Tốc độ truyền	Thông lượng x16
PCI Express 1.0	2004	2.5 GT/giây	4 GB/giây
PCI Express 2.0	2007	5 GT/giây	8 GB/giây
PCI Express 3.0	2010	8 GT/giây	16 GB/giây
PCI Express 4.0	2017	16 GT/giây	32 GB/giây
PCI Express 5.0	2019	32 GT/giây	64 GB/giây

Các đời PCIe về sau có tốc độ băng thông cao hơn so với đời trước đó. Từ đó, cải thiện đáng kể tốc độ giao tiếp giữa các phần cứng, từ đó tăng cường hiệu năng cho máy tính.

Cơ chế hoạt động

PCIe hoạt động theo hai cơ chế là giao thức PCIe và giao thức Overhead. 

Giao thức PCIe (x1, x2, x4, x16,...)

PCIe sử dụng cơ chế kết nối vật lý được chia thành bốn kích cỡ chính: x1, x4, x8, và x16. Ngoài ra, còn có cổng x32 nhưng không thường được sử dụng trong các hệ thống thông thường. Kích cỡ cổng khác nhau quyết định số lượng chân kết nối dữ liệu đến bo mạch chủ. 

Các kết nối này được gọi là 'làn' (lane). Mỗi làn PCIe bao gồm hai cặp tín hiệu, một cho việc gửi dữ liệu và một để nhận dữ liệu. Cổng PCIe và thiết bị kết nối vào cổng đó có càng nhiều làn thì tốc độ truyền dữ liệu sẽ càng nhanh.

Giao thức Overhead

Tương tự như nhiều giao thức bus khác, PCIe sử dụng cơ chế mã hóa đường truyền. Trong đó, một lượng bit dữ liệu (8b) được biểu diễn bằng một lượng bit lớn hơn (10b), được gọi là symbol. 

Những bit bổ sung trong symbol tạo thành overhead siêu dữ liệu. Overhead này cần thiết để quản lý và kiểm soát quá trình truyền tải dữ liệu.

Các loại khe cắm PCIe

Khe cắm PCI Express là chuẩn khe cắm mở rộng phổ biến nhất hiện nay. Giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2004, đến nay PCIe đã có 4 phiên bản cập nhật.

PCI Express 1.1 (PCIe 1.1)

PCI Express (PCIe) phiên bản chuẩn 1.1 ra đời vào năm 2004 với tốc độ truyền tải 2,5 Gbps (Gigabit/giây). Phiên bản này đã đánh dấu sự thay đổi lớn so với các chuẩn kết nối trước đó như AGP và PCI. Nó mang lại khả năng truyền tải dữ liệu nhanh và ổn định hơn. 

PCIe 1.1 hỗ trợ các kích cỡ khe cắm x1, x4, x8, và x16. Số lượng làn càng lớn, hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống càng cải thiện. Tuy đã có nhiều phiên bản mới hơn, PCIe 1.1 vẫn được coi là bước đột phá quan trọng trong việc cải thiện hiệu năng phần cứng máy tính.

PCI Express 2.0 (PCIe 2.0)

PCI Express 2.0 ra mắt năm 2017. Băng thông của nó tăng gấp đôi so với chuẩn PCIe trước đó, từ 2,5 Gbps lên 5 Gbps. PCIe 2.0 hỗ trợ tương thích ngược với PCIe 1.1 về khe cắm phần cứng và phần mềm. Điều này cho phép các card cũ hoạt động trên các máy mới sử dụng PCIe 2.0. 

Ngoài ra, PCIe 2.0 còn cải thiện tính năng điều khiển năng lượng và quản lý lỗi. Từ đó, giúp tăng độ ổn định và hiệu suất cho hệ thống. Nhờ những ưu điểm trên, PCIe 2.0 trở thành một lựa chọn phổ biến, từ máy tính cá nhân đến các hệ thống máy chủ.

PCI Express 3.0 (PCIe 3.0)

2010 đánh dấu sự ra mắt của PCIe 3.0. Chuẩn mới này có băng thông gấp đôi so với thế hệ tiền nhiệm là PCIe 2.0. Tốc độ truyền tải lên đến 8 Gbps. PCIe 3.0 được thiết kế hỗ trợ tương thích ngược với các sản phẩm sử dụng chuẩn cũ. Giúp tiết kiệm chi phí chuyển đổi giữa hai thế hệ.

Ngoài ra, PCIe 3.0 còn mang lại nhiều cải tiến về hiệu suất và độ tin cậy. Những cải tiến này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao, như đồ họa và lưu trữ dữ liệu. Nó còn mở rộng khả năng ứng dụng của PCIe trong các lĩnh vực khác nhau, từ máy tính cá nhân đến các hệ thống máy chủ và trung tâm dữ liệu.

PCI Express 4.0 (PCIe 4.0)

PCIe 4.0 được giới thiệu vào năm 2017 với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 16 Gbps. Tốc độ này gấp đôi so với thế hệ PCIe 3.0 có tốc độ chỉ 8 Gbps. Cấu hình mỗi lane PCIe 4.0 hỗ trợ băng thông tối đa đến 32 GB/s với 16 lane. PCIe 4.0 cho phép truyền tải dữ liệu nhanh hơn và tăng hiệu suất của hệ thống.

PCIe 4.0 giúp nâng cao hiệu suất cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông cao. Ví dụ như xử lý đồ họa, máy chủ và lưu trữ dữ liệu. Ngoài ra, chuẩn này cũng hỗ trợ tính năng quản lý năng lượng tiên tiến. Từ đó giúp tiết kiệm điện năng và làm giảm phát thải nhiệt trong hệ thống.

PCI Express 5.0 (PCIe 5.0)

Năm 2019 cho ra đời PCIe 5.0 với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 32Gbps. Con số ngày gấp đôi PCIe 4.0 và gấp bốn lần PCIe 3.0. Chuẩn này đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn và tốc độ truyền dữ liệu nhanh.

CPU và GPU ngày nay có cấu trúc phức tạp hơn và đòi hỏi hiệu năng mạnh mẽ hơn. Vì thế, giảm độ trễ trở thành một yếu tố cần thiết. PCIe 5.0 được xem là giải pháp để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

So sánh giữa PCIe 4.0 và PCIe 3.0

Bên cạnh thế hệ, tốc độ của các phiên bản PCIe còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Ví dụ như băng thông bộ nhớ flash, tốc độ xử lý bộ điều khiển, nguồn điện, .... Những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền dữ liệu của PCIe. Đôi khi ngăn cản PCIe đạt được hiệu năng tối đa.

Ví dụ, một SSD PCIe Gen 2 x4 có thể có khả năng đạt tốc độ cao hơn so với một SSD PCIe Gen 3 x1, mặc dù PCIe Gen 3.0 có băng thông lớn hơn.

So sánh giữa 2 khe PCIe và PCI

Đầu tiên, PCI là chuẩn kết nối phần cứng giữa các linh kiện trong máy tính như bo mạch chủ, RAM, card am thanh, đồ họa, mạng, … Các chuẩn PCI khác nhau sẽ có tốc độ truyền dữ liệu khác nhau.

Ngược lại, PCIe là thế hệ chuẩn kết nối PCI có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đáng kể. PCIe thường được sử dụng cho các kết nối giữa các linh kiện card mở rộng, RAM và bo mạch chủ trong máy tính. PCIe cho hiệu suất và băng thông lớn hơn so với các chuẩn PCI truyền thống.

Tại sao khe PCIe lại phổ biến?

Khe PCIe đang trở nên phổ biến trong cộng đồng PC vì một số lý do sau. Các linh kiện quan trọng như card đồ họa, RAM, và ổ đĩa cứng thường sử dụng kết nối PCIe. Vì cổng này có khả năng băng thông cao hơn các chuẩn kết nối khác. 

Một trong những ưu điểm khác của PCIe là khả năng điều chỉnh băng thông dễ dàng. Chỉ cần tăng hoặc giảm kích thước của khe để điều chỉnh băng thông cho phù hợp với nhu cầu sử dụng. Điều này làm cho PCIe trở thành lựa chọn linh hoạt cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao.

Mặc dù PCIe tiêu thụ năng lượng khá cao, nhưng các phiên bản gần đây đã được cải tiến hơn. Điều này đồng nghĩa với việc PCIe sẽ tiếp tục là một lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống PC hiện đại. 

Kết luận

Bài viết trên đây đã giải đáp cho bạn PCIe là gì cũng như các loại PCIe hiện có trên thị trường. Hy vọng đã giúp bạn có thể lựa chọn loại cổng PCIe phù hợp với nhu cầu của mình. Đừng quên theo dõi Điện Thoại Vui để cập nhật thêm nhiều kiến thức công nghệ hữu ích nhé!