right|PCI Express -logo. PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express, lyhennettynä PCIe) on suurinopeuksinen tietokoneen standardoitu väylätyyppi, joka on suunniteltu korvaamaan vanhemmat PCI, PCI-X ja AGP-liitäntästandardit. PCIe-liitäntä sisältää useita parannuksia edeltäjiinsä nähden, joita ovat muun muassa suurempi siirtokyky, siirtyminen sarjamuotoiseen tiedonsiirtoon rinnakkaisesta, väylän parempi skaalattavuus, sekä pienempi siirräntäpinnien määrä, jonka ansiosta PCIe-liittimillä on pienempi fyysinen tilantarve. PCIe:ssä on myös yksityiskohtaisempi virheiden havaitsemis- ja raportointimekanismi (Advanced Error Reporting (AER)) ja lisäksi sen viimeisimmät versiot tukevat I/O-virtualisointia. PCIe on vähitellen korvannut edeltäjänsä (AGP, PCI ja PCI-X), ja on tämän seurauksena noussut hallitsevaksi väylätyypiksi pöytätietokoneissa. PCIe:n sähköteknisiä puolia on hyödynnetty useissa siihen pohjautuvissa muunnelmissa, joista ehkä huomattavimpana voidaan mainita ExpressCard, PCIe:n kannettaville tietokoneille suunniteltu versio.
PCIe-liitäntästandardia ylläpitää PCI-SIG (PCI Special Interest Group), johon kuuluu yli 900 tietotekniikka-alan yritystä. Maaliskuussa 2015 viimeisin tuotannossa ja kuluttajamarkkinoilla saatavilla oleva PCIe-versio oli 3.1.
Muutokset entiseen PCIe poikkeaa arkkitehtuuriltaan huomattavasti aikaisemmista väylistä, ja tästä syystä se poikkeaa täysin myös PCI-väylästä. Yleensä väylä koostuu yhteisestä tiedonsiirtokanavasta, johon kaikki väylään kytketyt laitteet liittyvät, ja jota laitteet käyttävät vuorotellen. PCIe taas muistuttaa pakettikytkentäistä tiedonsiirtoverkkoa (erityisesti Ethernetin nykyaikaista tähtimäistä versiota) OSI-mallin mukaisella protokollapinolla, joten periaatteessa PCIe ei ole väylä sanan perinteisessä merkityksessä. PCIe:ssä jokaisella laitteella on oma tiedonsiirtokanava kytkimeen. Tiedonsiirtokanava koostuu linjoista (). Yksi linja koostuu kahdesta yksisuuntaisesta johdinparista, joista toinen siirtää tietoa kytkimen suuntaan ja toinen taas kytkimeltä laitteelle. Tämän ansiosta voidaan samanaikaisesti siirtää tietoa molempiin suuntiin. Standardi tukee 1, 2, 4, 8, 12, 16 ja 32 linjan ratkaisuja, joista nykyään yleisimmin käytössä ovat yhden (×1), neljän (×4), kahdeksan (×8) ja 16 (×16) linjan kytkennät. Kytkin reitittää tietoa PCIe-laitteiden ja muun järjestelmän välillä tiedonsiirtopakettien otsikkokenttien sisältämän tiedon perusteella. Toisin kuin monet aiemmat väylätekniikat, PCIe käyttää CRC-summaa luotettavuuden parantamiseksi.
PCIe:tä käytetään myös keskeisenä osana IBM PC -yhteensopivien tietokoneiden arkkitehtuuria. Suorittimelta tulee parikymmentä PCIe-linjaa (lane). Tyypillisesti 16 menee suoraan näytönohjaimelle, joka on ensimmäisessä PCIe-korttipaikassa, neljä menee piirisarjalle, jossa ovat mm. SATA- ja USB-ohjaimet. Toinen tärkeä käyttötarkoitus on M.2-liittimeen kytkettävät nopeat SSD-levyt. M.2 käyttää maksimissaan neljä linjaa. Lisäksi emolevyn piirisarja saattaa tarjota lisää linjaa käytettäväksi omasta kaistastaan esim. PCIe-korttipaikoille ja M.2-liittimille.https://www.onlogic.com/company/io-hub/pcie-5-0/ https://www.bestgamingreviews.com/how-many-pcie-lanes-does-m-2-slot-use/ https://www.gamersnexus.net/news-pc/3611-amd-a520-chipset-comparison-specs https://www.anandtech.com/show/15999/amd-releases-the-a520-chipset-for-ryzen-3000-on-a-budget
PCIe-tyypit ja -muunnokset
Täysikokoinen PCI Express
Täysikokoisia PCIe kortteja käytetään etenkin pöytätietokoneissa. Kortit sopivat kantansa kokoiseen tai suurempaan PCIe-paikkaan, mutta eivät useimmissa tapauksissa pienempään ilman modifiointia. On tosin myös saatavilla emolevyjä, joissa PCIe-porttien toinen pää on avoin mahdollistaen pidempien korttien asentamisen pienempään liittimeen. Joissain emolevyissä on jätetty myös osa liitännöistä asentamatta, vaikka liittimen fyysinen koko olisi mahdollistanut niiden käytön. PCI Express -liittimien pituuserot johtuvat niiden vaihtelevasta pinnimäärästä. Lyhemmissä liittimissä on vähemmän pinnejä, ja ne pystyvät tämän takia pienempiin siirtonopeuksiin, mutta vaativat kuitenkin samalla vähemmän tilaa emolevyllä. Pidempien liitinten etuna on niiden tarjoama suurempi siirtonopeus, mutta ne vaativat vastaavasti enemmän tilaa emolevyllä.
Tästä esimerkkinä ×16-paikka, joka toimii ×4 nopeuksilla. Korttipaikkaan mahtuu mikä tahansa ×1, ×2, ×4, ×8 tai ×16 -kortti, mutta se antaa kortille vain ×4-nopeuden. Tällainen konfiguraatio voidaan ilmoittaa esimerkiksi seuraavilla tavoilla: ×16 (×4 mode); tai "×koko @ ×nopeudella" (×16 @ ×4). Tällaisten liittimien etuna on niiden tuoma mahdollisuus asentaa suurempia kortteja ilman, että emolevyn tarvitsee tukea kortin vaatimaa täyttä nopeutta.
Kytkennät Seuraavassa taulukossa esitetään PCI Express kortin A- ja B-puolien nastojen käyttötarkoitukset. + PCI Express liittimen kytkennät (×1, ×4, ×8 ja ×16 -versiot) Nasta B-puoli A-puoli Käyttötarkoitus Nasta B-puoli A-puoli Käyttötarkoitus 1 +12 V PRSNT1# Kytketään kauimmaiseen PRSNT2# nastaan 50 HSOp(8) Varattu Linja 8 datan lähetys, + ja − 2 +12 V +12 V 51 HSOn(8) Maa 3 +12 V +12 V 52 Maa HSIp(8) Linja 8 datan vastaanotto, + ja - 4 Maa Maa 53 Maa HSIn(8) 5 SMCLK TCK SMBus ja JTAG port pins 54 HSOp(9) Maa Linja 9 datan lähetys, + ja − 6 SMDAT TDI 55 HSOn(9) Maa 7 Maa TDO 56 Maa HSIp(9) Linja 9 datan vastaanotto, + ja - 8 +3.3 V TMS 57 Maa HSIn(9) 9 TRST# +3.3 V 58 HSOp(10) Maa Linja 10 datan lähetys, + ja − 10+3.3 V aux +3.3 V Standby power 59 HSOn(10) Maa 11 WAKE# PERST# Link reactivation; fundamental reset 60 Maa HSIp(10) Linja 10 datan vastaanotto, + ja - Key notch 61 Maa HSIn(10) 12 CLKREQ# Maa Request running clock 62 HSOp(11) Maa Linja 11 datan lähetys, + ja − 13 Maa REFCLK+ Reference clock differential pair 63 HSOn(11) Maa 14 HSOp(0) REFCLK− Linja 0 datan lähetys, + ja − 64 Maa HSIp(11) Linja 11 datan vastaanotto, + ja - 15 HSOn(0) Maa 65 Maa HSIn(11) 16 Maa HSIp(0) Linja 0 datan vastaanotto, + ja − 66 HSOp(12) Maa Linja 12 datan lähetys, + ja − 17 PRSNT2# HSIn(0) 67 HSOn(12) Maa 18 Maa Maa 68 Maa HSIp(12) Linja 12 datan vastaanotto, + ja - PCI Express ×1 cards end at pin 18 69 Maa HSIn(12) 19 HSOp(1) Varattu Linja 1 datan lähetys, + ja − 70 HSOp(13) Maa Linja 13 datan lähetys, + ja − 20 HSOn(1) Maa 71 HSOn(13) Maa 21 Maa HSIp(1) Linja 1 datan vastaanotto, + ja − 72 Maa HSIp(13) Linja 13 datan vastaanotto, + ja − 22 Maa HSIn(1) 73 Maa HSIn(13) 23 HSOp(2) Maa Linja 2 datan lähetys, + ja − 74 HSOp(14) Maa Linja 14 datan lähetys, + ja − 24 HSOn(2) Maa 75 HSOn(14) Maa 25 Maa HSIp(2) Linja 2 datan vastaanotto, + ja − 76 Maa HSIp(14) Linja 14 datan vastaanotto, + ja − 26 Maa HSIn(2) 77 Maa HSIn(14) 27 HSOp(3) Maa Linja 3 datan lähetys, + ja − 78 HSOp(15) Maa Linja 15 datan lähetys, + ja − 28 HSOn(3) Maa 79 HSOn(15) Maa 29 Maa HSIp(3) Linja 3 datan vastaanotto, + ja − 80 Maa HSIp(15) Linja 15 datan vastaanotto, + ja − 30 Varattu HSIn(3) 81 PRSNT2# HSIn(15) 31 PRSNT2# Maa 82 Varattu Maa 32 Maa Varattu PCI Express ×4 cards end at pin 32 33 HSOp(4) Varattu Linja 4 datan lähetys, + ja − 34 HSOn(4) Naa 35 Maa HSIp(4) Linja 4 datan vastaanotto, + ja − 36 Maa HSIn(4) 37 HSOp(5) Maa Linja 5 datan lähetys, + ja − 38 HSOn(5) Maa 39 Maa HSIp(5) Linja 5 datan vastaanotto, + ja − 40 Maa HSIn(5) 41 HSOp(6) Maa Linja 6 datan lähetys, + ja − 42 HSOn(6) Maa 43 Maa HSIp(6) Linja 6 datan vastaanotto, + ja − Selitykset 44 Maa HSIn(6) Maa (GND) 0 V (maa) 45 HSOp(7) Maa Linja 7 datan lähetysja, + ja − Virta PCIe-kortin virransyöttö 46 HSOn(7) Maa Output-nasta Signaalit kortista emolevylle 47 Maa HSIp(7) Linja 7 datan vastaanotto, + ja − Input-nasta Signaalit emolevystä kortille 48 PRSNT2# HSIn(7) Open drain May be pulled low or sensed by multiple cards 49 Maa Maa Sense-nasta Tied together on card PCI Express ×8 cards end at pin 49 Varattu Ei käytössä
PCI Express Mini -kortti
PCI Express Mini Card (myös Mini PCI Express, Mini PCIe, Mini PCI-E, mPCIe tai PEM) on PCI Express -väylään pohjautuva korvaaja vanhemmalle Mini PCI -liitännälle. Sen on kehittänyt PCI-SIG, ja liitäntä tukee sekä PCIe- että USB 2.0 -toiminnallisuuksia. Monet vuoden 2005 jälkeen valmistetut kannettavat tietokoneet tukevat jotain PCIe-pohjaista liitäntästandardia.
Fyysiset mitat PCI Express Mini -kortin ulkomitat ovat 30×50,95 mm. Kytkentä kortin ja emolevyn välillä tapahtuu 52-pinnisellä liittimellä, jonka pinnit on jaettu kahdelle puolelle. Yhden pinnin leveys on 0,6 mm. Kummallakin puolella on 26 pinniä, jotka on jaettu yhteen kahdeksan ja yhteen 18 pinnin osaan. (katso kuva) Mini-kortista on olemassa myös puolet pienempi versio, jonka ulkomitat ovat 30×26,8 mm. mPCIe piirilevyn paksuus on 1,0 mm ilman komponentteja.
PCIe-liitännän muunnoksia Monet muut laajennusliitännät on kehitetty PCIe:n pohjalta. Näihin kuuluvat muun muassa: ExpressCard PCI Express ExpressModule XQD card XMC AdvancedTCA AMC FeaturePak Universal IO Thunderbolt Serial Digital Video Out M.2 (tunnettu myös nimellä NGFF) M-PCIe PCIe 3.0 mobiililaitteille, kuten älypuhelimille ja tableteille.
Historia ja versiot PCIe-liitännän suunnitteluvaiheessa sitä kutsuttiin lyhenteellä HSI (for High Speed Interconnect), joka vaihtui vielä nimelle 3GIO (for 3rd Generation I/O) ennen lopullista asettumistaan PCI Express nimelle, jolla liitäntä nykyisin tunnetaan. Työ PCIe-standardin kanssa käynnisyi Arapaho Work Group (AWG) -ryhmässä, joka koostui alkuun vain Intelin insinööreistä. Myöhemmin siihen liittyi kuitenkin henkilöitä Intelin kanssa yhteistyötä tehneistä yrityksistä.
PCIe -tekniikkaa päivitetään edelleen.
+ PCI Express -linkin kehitys PCI Expressversio Koodaus Linjaa kohti (×1) ×16 -liittimestä (16 linjaa) Raakabittinopeus Kaistanleveys Raakabittinopeus Kaistanleveys 1.0 NRZ 8b/10b 2,5 GT/s 2 Gbit/s 250 MB/s 40 GT/s 4 GB/s 2.0 8b/10b 5 GT/s 4 Gbit/s 500 MB/s 80 GT/s 8 GB/s 3.0 128b/130b 8 GT/s 7,877 Gbit/s 984,6 MB/s 128 GT/s 15,754 GB/s 4.0 128b/130b 16 GT/s 15,754 Gbit/s 1969,2 MB/s 256 GT/s 31,508 GB/s 5.0 128b/130b 32 GT/s 6.0 PAM4 FLIT 64 GT/s
PCI Express 1.0a PCI-SIG esitteli 2003 PCIe 1.0a -liitännän, joka pystyi siirtämään 250 MB/s dataa linjaa kohden ja saavuttamaan 2,5 GT/s siirtonopeuden. GT viittaa "gigasiirtoihin" (ei gigatavuihin) sekunnissa, joka liittyy väylässä käytettyyn tiedon koodaustapaan. 8b/10b-koodausmenetelmällä kahdeksan bittiä on koodattu 10-bittisellä symbolilla, joka puretaan vastaanottajassa. Väylän on siis siirrettävä 10 bittiä kahdeksan databitin siirtoon.
PCIe-väylä on kaksisuuntainen: siirrettäessä 2.5 Gbps (gigabittiä sekunnissa) kokonaissiirtonopeus on 5 Gbps. Enkoodauksen myötä käytännön siirtonopeus on tällöin 4 Gbps. Väylässä voi olla useita linjoja moninkertaistaen siirtonopeuden: 16 linjan PCIe 1.1 -väylä voi siirtää 80 Gbps koodattua tietoa tai 64 Gbps koodaamatonta tietoa. Linkki toimii kellotaajuudella kuljettaen tehollista tavua sekunnissa yhtä linjaa kohden () suurimmalla nopeudellaan.
PCI Express 1.1 PCI-SIG julkaisi helmikuussa 2005 PCIe 1.1 -liitännän. Päivitys sisälsi useita täsmennyksiä ja parannuksia, mutta se oli täysin yhteensopiva edellisen PCIe 1.0a -standardin kanssa. Päivitys ei sisältänyt muutoksia tiedonsiirtonopeuksiin.
PCI Express 2.0 PCI-SIG julkaisi PCI Express Base 2.0 -määritelmän 15. tammikuuta 2007. PCIe 2.0 -standardissa on kaksinkertaiset tiedonsiirtonopeudet 1.0 -standardiin nähden (2,5 GT/s vs 5 GT/s; 250 MB/s vs 500 MB/s). 32-kaistainen PCIe-liitäntä (×32) pystyy siirtämään yhteenlaskettuna 16 GB/s.
PCIe 2.0 -emolevyliitännät ovat täysin yhteensopivia PCIe v1.x -korttien kanssa. PCIe 2.0 toimivat myös PCIe 1.x liitännässä, mutta niiden PCI Express 1.1 -standardin mukainen pienempi kaistanleveys rajoittaa niiden toimintaa. Yleisesti ottaen PCIe 2.0 -liitännälle suunnitellut näytönohjaimet toimivat v1.1 tai v1.0a emolevyjen kanssa ja päinvastoin.
The PCI-SIG kertoi myös, että PCIe 2.0 sisältää parannuksia Point-to-Point -siirtoprotokollaan ja ohjelmistoarkkitehtuuriin.