PCI Express (PCIe) là một chuẩn giao tiếp tốc độ cao, được thiết kế để thay thế các chuẩn giao tiếp cũ hơn như PCI, PCI-X và AGP. PCIe đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các card mở rộng, card đồ họa và các thiết bị khác với bo mạch chủ của máy tính. Vậy PCIe là gì, lịch sử phát triển của nó ra sao và có những phiên bản nào? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết.
Mục Lục
PCIe Là Gì?
PCI Express (PCIe) là một giao diện kết nối tốc độ cao được sử dụng rộng rãi trong máy tính hiện đại. Nó cung cấp một kênh giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị phần cứng, chẳng hạn như card đồ họa, card âm thanh, ổ cứng SSD và các thiết bị ngoại vi khác, với bộ xử lý trung tâm (CPU) và bộ nhớ hệ thống. Về mặt vật lý, khe cắm PCIe có nhiều kích cỡ khác nhau, tương tự như PCI và PCI-X, để phù hợp với các loại card mở rộng khác nhau.
Khe cắm PCI Express (PCIe) trên bo mạch chủ
Chuẩn PCIe ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ truyền dữ liệu, thay thế cho chuẩn PCI cũ vốn đã trở nên lạc hậu. Trước đây, PCI là chuẩn kết nối tốt nhất cho phép máy tính giao tiếp với các card mở rộng như card âm thanh, modem và nhiều thiết bị khác thông qua các khe cắm trên bo mạch chủ.
Lịch Sử Phát Triển của PCI Express
PCI Express 1.1 (PCIe 1.1)
PCI Express phiên bản 1.1 được giới thiệu vào năm 2004, đánh dấu bước khởi đầu của chuẩn giao tiếp PCIe.
PCI Express 2.0 (PCIe 2.0)
Năm 2007, tổ chức PCI-SIG công bố các đặc điểm kỹ thuật cơ bản của PCI Express 2.0. Phiên bản này tăng gấp đôi băng thông so với PCIe 1.1, từ 2.5 Gbps lên 5 Gbps.
Các cổng PCIe 2.0 trên bo mạch chủ
PCIe 2.0 vẫn tương thích ngược với PCIe 1.1 về khe cắm phần cứng. Điều này có nghĩa là một card PCIe 1.1 có thể hoạt động trên một máy tính hỗ trợ PCIe 2.0.
PCI Express 3.0 (PCIe 3.0)
PCI-SIG, tổ chức chịu trách nhiệm thông qua tiêu chuẩn PCI Express, tiếp tục công bố các thông số kỹ thuật cho thế hệ thứ 3 của chuẩn giao tiếp này.
Về cơ bản, PCIe 3.0 tăng gấp đôi băng thông so với PCIe 2.0, từ 16 GB/s lên 32 GB/s cho cả hai hướng truyền với một khe PCIe x16 3.0. Tuy nhiên, con số tối đa 16 GB/s chỉ là sự làm tròn vì PCIe 3.0 sử dụng cơ chế mã hóa 128b/130b, giúp giảm thiểu hao tổn so với PCIe 1.0 và 2.0.
Khe cắm PCIe 3.0
Các thế hệ PCIe trước đó sử dụng cơ chế mã hóa 8b/10b, dẫn đến việc tốc độ truyền tải (transfer rate) là 5 GT/s (trên PCIe 2.0) nhưng băng thông dữ liệu thực tế chỉ còn 8 GB/s cho một 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 tế gần như gấp đôi thế hệ cũ.
PCIe 3.0 được thiết kế để tương thích ngược với các sản phẩm sử dụng chuẩn cũ, giúp tiết kiệm chi phí chuyển đổi giữa các thế hệ.
PCI Express 4.0 (PCIe 4.0)
PCIe được sử dụng rộng rãi trong các kết nối như card mạng và ổ cứng SSD tốc độ cao. 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 (gigabit per second) cho mỗi lane, nhưng PCIe 4.0 hứa hẹn tăng gấp đôi lên 16 Gbps. Theo PCI-SIG, mức năng lượng tiêu thụ của PCIe 4.0 tương tự như PCIe 3.0, giúp duy trì tuổi thọ pin cho thiết bị.
Ổ cứng SSD PCIe 4.0
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 chip không dây.
PCI-SIG cũng cho biết 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 phải đối mặt với sự lớn mạnh của công nghệ kết nối Thunderbolt do Intel phát hành, cho tốc độ truyền tải dữ liệu hiện lên đến 40 Gbps, được 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 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. Ngoài PCIe 5.0, Sapphire Rapids cũng sẽ hỗ trợ giao thức CXL 1.1.
Kết luận
PCI Express (PCIe) đã trải qua một quá trình phát triển liên tục để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ và băng thông trong máy tính hiện đại. Từ PCIe 1.1 đến PCIe 5.0, mỗi phiên bản đều mang đến những cải tiến đáng kể về hiệu suất và tính năng, đóng góp vào sự phát triển của công nghệ máy tính nói chung. Việc hiểu rõ về PCIe và các phiên bản khác nhau của nó là rất quan trọng để lựa chọn các thiết bị và linh kiện phù hợp, đảm bảo hiệu năng tối ưu cho hệ thống của bạn.