Co to jest PCIe?

Peripheral Component Interconnect Express(PCIe) to standardowy interfejs połączeń między komponentami i urządzeniami peryferyjnymi w dzisiejszych komputerach. Umożliwia podłączenie komponentów, takich jak dyski SSD, karty graficzne i karty rozszerzeń, do każdej nowoczesnej płyty głównej i prawidłowe działanie bez konieczności stosowania zastrzeżonych interfejsów lub niestandardowych protokołów, które mogą powodować awarie lub utrudniać instalację.

PCI Express został zaprojektowany jako standardowy interfejs połączeń między komponentami i urządzeniami peryferyjnymi, który miał zastąpić oddzielne interfejsy na płytach głównych komputerów PC starszej generacji, a mianowicie AGP i PCI. W tamtych czasach używaliśmy AGP do kart graficznych, a porty PCI do kart dźwiękowych, kart sieciowych, kontrolerów RAID itp. PCI Express zastąpił wszystkie te interfejsy po wprowadzeniu na rynek w 2003 roku i został zaprojektowany z dużym zapasem mocy, aby umożliwić przyszły rozwój przepustowości i wydajności, dzięki czemu oczekuje się, że będzie miał bardzo długą żywotność. Nawet dzisiaj nadal wyprzedza konkurencję, ale o tym za chwilę.

PCI Express to punkt-punktowy interfejs szeregowy między urządzeniami, w którym urządzenie PCIe oraz procesor i chipset komunikują się za pośrednictwem fizycznych „pasów” wbudowanych w oba końce połączenia. Pasy PCIe wykorzystują dwie pary kabli miedzianych na każdy pas do wysyłania danych w obu kierunkach jednocześnie, a geniusz tej konstrukcji polega na tym, że przepustowość można w miarę łatwo zwiększyć poprzez dodanie (lub wykorzystanie) większej liczby pasów. Jest również kompatybilny wstecznie, więc urządzenie PCIe 3.0 działa bez zarzutu w systemie PCIe 4.0, co czyni go wyjątkowym interfejsem o bardzo elastycznej konstrukcji.

Technologia PCI Express jest obecnie dostępna zarówno w procesorach, jak i chipsetach procesorów AMD i Intel, więc w specyfikacji technicznej obu tych technologii wsparcie dla PCI Express jest podane jako „liczba linii PCIe”. Liczba dostępnych linii zależy od procesora i chipsetu procesora, przy czym produkty flagowe oferują więcej linii, a produkty z segmentu mainstream mniej.

Należy pamiętać, że istnieją linie PCIe zarówno dla procesora, jak i chipsetu, ale linie te nie są równe, mimo że wszystkie ostatecznie łączą się z procesorem. Linias pochodzące z chipsetu muszą łączyć się z procesorem za pośrednictwem łącza DMI (Direct Media Interface), natomiast linie łączące się bezpośrednio z procesorem omijają to pośrednie złącze. Oznacza to, że należy uważać, aby karta graficzna i przynajmniej główny dysk SSD nie zostały umieszczone w gniazdach, które nie korzystają z tego pośredniego połączenia.

Wszystkie urządzenia PCIe wykorzystują określoną liczbę linii, oznaczoną małą literą „x” i liczbą reprezentującą liczbę wykorzystywanych linii. Na przykład nowoczesna karta graficzna RTX 5090 jest urządzeniem PCIe 5.0 x16, co oznacza, że korzysta z piątej iteracji standardu PCI Express (PCIe 5.0 lub Gen 5) i wykorzystuje 16 linii do transmisji danych, co jest obecnie maksymalną dopuszczalną liczbą. Istnieją również urządzenia, które wykorzystują 8 pasm (x8), 4 pasma (x4), dwa pasma (x2) i 1 pasmo (x1).

Oczywiście za korzystanie z większej liczby pasm istnieje pewna cena, taka jak dodatkowe wydzielanie ciepła i większe zapotrzebowanie na energię, ponieważ w informatyce nie ma nic za darmo, ale możliwość korzystania z różnej liczby pasm do transmisji danych daje producentom sprzętu większą swobodę przy projektowaniu swoich produktów.

Może to również działać w drugą stronę, gdzie urządzenie może przejść z x16 do x8, aby oszczędzać energię i wytwarzać mniej ciepła, zakładając, że nie ma to znaczącego wpływu na wydajność lub że zmniejszenie wydajności jest opłacalnym kompromisem.

Od momentu powstania PCI Express był w stanie podwoić przepustowość interfejsu w każdej nowej generacji, co jest niesamowitym osiągnięciem. Oczekuje się, że podwojenie przepustowości będzie kontynuowane w najbliższej przyszłości, co sprawia, że wszyscy użytkownicy komputerów PC mogą ślinić się na myśl o karcie graficznej PCIe 7.0 z czterokrotnie większą przepustowością niż obecne karty graficzne. Jednak to, czy karty graficzne będą w stanie wykorzystać tak dużą przepustowość, to już zupełnie inna historia.

Jak wspomnieliśmy powyżej, twórcy interfejsu PCI Express w PCI-SIG zdołali podwoić przepustowość każdej nowej wersji PCIe Express i tendencja ta ma się utrzymać w przyszłości. Oto dotychczasowe postępy:

Jedną z rzeczy, która rzuca się w oczy na powyższym wykresie, jest długa żywotność każdej generacji PCIe w dzisiejszych czasach. Widać, że PCIe 5.0 pojawiło się w 2019 roku, ale w 2025 roku nadal nie jest całkowicie dominujące, ponieważ większość urządzeń nadal korzysta z PCIe 3.0 i 4.0. W rzeczywistości nowe karty graficzne Nvidia z serii RTX 50 są wyposażone w interfejs PCIe 5.0, ale jest to pierwsza taka karta tej firmy, ponieważ poprzednie karty z serii Ada Lovelace 40 z 2022 roku były wyposażone w interfejs PCIe 4.0. Poprzednia generacja kart graficznych AMD z serii 7000 również była wyposażona w interfejs PCIe 4.0, ale najnowsze karty graficzne obu firm są w końcu wyposażone w interfejs PCIe 5.0.

Jednocześnie w tabeli zaznaczono, że PCIe 6.0 zostało ogłoszone w 2021 r., ale miną lata, zanim trafi na rynek, a kolejne lata, zanim stanie się powszechne, co może oznaczać rok 2030 lub później. Oznaczałoby to, że PCIe 7.0 pojawi się około 2035 r., więc standardy te mają bardzo długą żywotność i są wprowadzane na długo przed tym, zanim staną się potrzebne na rynku.

W 2025 r. urządzenie PCIe Express to każde urządzenie podłączane do gniazd na płycie głównej poniżej procesora, czyli karty graficzne i wszelkie karty rozszerzeń montowane w gniazdach PCIe. Obejmuje to karty rozszerzeń USB, karty sieciowe, kontrolery RAID, karty dźwiękowe itp. Uwaga: Dyski SSD M.2 są również urządzeniami PCI Express i mają własne dedykowane porty w dzisiejszych płytach głównych, które różnią się od gniazd rozszerzeń, ale spełniają tę samą funkcję, ponieważ łączą się z procesorem i chipsetem w celu przesyłania danych do systemu hosta.

To, że PCI Express podwaja przepustowość przy każdej iteracji, nie oznacza, że wydajność jest dwukrotnie większa. Dobrym przykładem tego zjawiska są obecne dyski SSD M.2. Dyski SSD PCIe 4.0 są dostępne od wielu lat i są bardzo popularne, a ich maksymalna przepustowość wynosi około 7 GB/s. Z drugiej strony, dyski PCIe 5.0 są nowsze i oferują przepustowość do około 12–14 GB/s, co wydaje się oczywistym ulepszeniem, ale w rzeczywistości rzeczywista różnica w wydajności między tymi dwiema rodzinami dysków może być ogromna lub bardzo niewielka, w zależności od zastosowania.

Jeśli używasz dysku do wielokrotnego odczytywania i zapisywania dużych plików, może to być ogromna poprawa, jak zauważyliśmy w naszym artykule tutaj. Jeśli jednak używasz dysku SSD głównie do gier, różnica w czasie ładowania gier będzie prawdopodobnie minimalna.

Inną kwestią, z którą obecnie borykają się dyski SSD PCIe 5.0, jest ich wyższa cena w porównaniu z dyskami PCIe 4.0, a także fakt, że płyty główne z portami PCIe 5.0 SSD M.2 nie są jeszcze powszechnie dostępne. Jednak sytuacja ta ulegnie zmianie w ciągu najbliższych 5 lat.

W chwili pisania tego tekstu, w połowie 2025 roku, wszyscy czekamy na PCIe 5.0, który ma stać się nowym standardem, ale może to potrwać kilka lat. Najnowsze chipsety procesorów AMD i Intel obsługują PCIe 5.0, a procesory graficzne AMD i Nvidia również są zgodne z PCIe 5.0, więc w tej chwili można oczekiwać, że cały nowy sprzęt będzie obsługiwał najnowszy interfejs, co pomoże PCIe 5.0 stać się nowym standardem. Więcej osób przejdzie z PCIe 4.0 na PCIe 5.0, gdy te urządzenia będą jedyną dostępną opcją. Na przykład w 2027 roku, jeśli chcesz kupić nowy dysk SSD M.2, prawdopodobnie będziesz musiał kupić urządzenie PCIe 5.0, podobnie jak obecnie trudno jest kupić pamięć DDR4, ponieważ rynek przeszedł na DDR5.

Dlatego za kilka lat możemy zacząć widzieć urządzenia PCIe 6.0, ale naszym zdaniem nowy sprzęt pojawi się dopiero około 2028 roku. Biorąc pod uwagę, jak długo trwa wprowadzanie PCIe 5.0 na rynek – ponad 6 lat – urządzenia te mogą nie stać się popularne przed końcem dekady.

Warto dodać, że PCI-SIG już intensywnie pracuje nad standardem PCIe 7.0, więc jak wspomnieliśmy powyżej, jest to bardzo przyszłościowa organizacja, która zawsze wyprzedza o kilka kroków aktualną sytuację na rynku, co jest doskonałą wiadomością dla całej branży komputerowej.