PCIe là gì? Tìm hiểu các thế hệ PCIe và ảnh hưởng đến hiệu suất PC

PCIe hay còn gọi là PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) là chuẩn kết nối quan trọng trong máy tính, đóng vai trò then chốt trong việc truyền dữ liệu giữa bo mạch chủ và các linh kiện như card đồ họa, SSD, card mạng, … Trong bài viết này, hãy cùng Đăng Vũ Surface tìm hiểu chi tiết qua bài viết này nhé.

PCIe nghĩa là gì?

PCIe hay còn có tên gọi đầy đủ là Peripheral Component Interconnect Express. Đây là chuẩn kết nối tốc độ cao, đóng vai trò trung gian giữa bo mạch chủ và các thiết kế ngoại vi khác như: Card đồ họa, SSD NVMe, card mạng, … Nó có nhiệm vụ truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng, nhằm tối ưu hiệu suất cho hệ thống máy tính hiện đại.

Phân loại các loại cổng PCIe

Kể từ khi ra mắt vào năm 2004, PCI Express đã trải qua nhiều thế hệ nâng cấp, mang lại tốc độ truyền tải ngày càng nhanh hơn, giúp cải thiện hiệu suất kết nối giữa phần cứng và bo mạch chủ.

Dưới đây là phân loại các cổng:

Sau quá trình nâng cấp PCI Express, bằng thông sẽ được tăng gấp đôi, nhằm cải thiện tốc độ truyền dữ liệu giữa CPU, GPU, SSD NVMe, card mạng và các thiết bị mở rộng khác. Khi đó, máy tính của bạn sẽ được tối ưu hiệu năng vượt trội, đảm bảo các tác vụ thực hiện một cách mượt mà.

Cơ chế hoạt động của PCIe như thế nào?

Nó hoạt động dựa trên 2 cơ chế chính đó là giao thức PCIe và giao thức Overhead. Các giao thức này giúp đảm bảo tốc độ truyền tải nhanh chóng và độ ổn định cao.

Giao thức PCIe – Cấu trúc đa làn linh hoạt

PCI Express ứng dụng cơ chế kết nối vật lý với đa dạng kích cỡ cổng khác nhau như: x1, x4, x8, x16 (có phiên bản x32 nhưng ít được sử dụng). Mỗi cổng PCI Express sẽ có số làn hoàn toàn khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến băng thông truyền dữ liệu.

• Mỗi làn PCI Express gồm có 2 cặp tín hiệu: một cặp để gửi dữ liệu, một cặp để nhận dữ liệu.
• Số làn càng cao, tốc độ truyền dữ liệu càng lớn, đặc biệt quan trọng đối với card đồ họa, SSD PCIe NVMe, card mở rộng mạng tốc độ cao.

Giao thức Overhead – Mã hóa và kiểm soát dữ liệu

PCIe sử dụng cơ chế mã hóa đường truyền nhằm đảm bảo tính chính xác và ổn định khi truyền dữ liệu:

• Dữ liệu gốc (8 bit) sẽ được mã hóa thành 10 bit (8b/10b encoding), còn gọi là symbol.
• Các bit bổ sung này giúp tạo overhead siêu dữ liệu, hỗ trợ kiểm soát, sửa lỗi và đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu truyền tải.

Nhờ vào các cơ chế tối ưu này, PCI Express trở thành chuẩn giao tiếp tốc độ cao, phù hợp cho cho cả máy tính cá nhân lẫn hệ thống máy chủ của doanh nghiệp, đảm bảo hiệu suất mạnh mẽ và bền bỉ.

Các loại khe cắm 

Dưới đây là tổng quan về những phiên bản chính của PCI Express.

PCI Express 1.1 

Phiên bản 1.0 được ra mắt lần đầu tiên vào năm 2004. Khi đó, tốc độ truyền tải 2,5 GT/s (Gigatransfers mỗi giây). Phiên bản này ra đời nhằm đánh dấu bước chuyển mình quan trọng từ các giao diện cũ như AGP và PCI, đem lại khả năng truyền tải dữ liệu nhanh và ổn định hơn.

• Hỗ trợ các kích thước khe cắm: x1, x4, x8, x16
• Băng thông tối đa: 4 GB/s khi dùng khe x16

PCI Express 2.0 

Ra đời vào năm 2007, PCIe 2.0 là phiên bản nâng cấp hơn với tốc độ truyền tải gấp đôi phiên bản trước đó, đạt 5 GT/s. Phiên bản này vẫn giữ nguyên thiết kế vật lý của PCI Express 1.0 nhưng lại được cải thiện băng thông nhằm tối ưu hiệu suất hệ thống.

• Hỗ trợ tương thích ngược với PCI Express 1.0
• Tăng cường khả năng quản lý điện năng và xử lý lỗi
• Băng thông tối đa: 8 GB/s trên khe x16

PCI Express 3.0 

Ra mắt vào năm 2010, phiên bản 3.0 tiếp tục được nhà phát hành tăng gấp đôi tốc độ truyền tải so với PCI Express 2.0, đạt 8 GT/s. Chuẩn này cũng giới thiệu thuật toán mã hóa hiệu quả hơn, giúp tối ưu hóa hiệu suất tổng thể.

• Hỗ trợ tương thích ngược với PCIe 2.0 và 1.0
• Băng thông tối đa: 16 GB/s trên khe x16
• Cải thiện hiệu suất cho các ứng dụng đồ họa, lưu trữ và xử lý dữ liệu

PCI Express 4.0 

Vào năm 2017, PCI Express 4.0 chính thức được ra mắt với tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 16 GT/s. Khi đó, tốc độ xử lý của các thiết bị phần cứng như GPU, SSD NVMe và máy chủ được cải thiện một cách đáng kể.

• Băng thông tối đa: 32 GB/s trên khe x16
• Hỗ trợ các ứng dụng yêu cầu băng thông cao như AI, Big Data và xử lý đồ họa
• Cải thiện khả năng quản lý năng lượng

PCI Express 5.0 

PCI Express 5.0 ra mắt vào năm 2019 với tốc độ truyền tải đạt 32 GT/s. Sự nâng cấp này đặc biệt này quan trọng trong bối cảnh các CPU và GPU ngày càng mạnh mẽ, đòi hỏi hiệu năng cao hơn.

• Băng thông tối đa: 64 GB/s trên khe x16
• Hỗ trợ các ứng dụng điện toán hiệu năng cao (HPC), trung tâm dữ liệu và công nghệ AI
• Giảm độ trễ, tối ưu hóa tốc độ xử lý dữ liệu

Bạn có thể thấy, mỗi thế hệ PCI Express sẽ mang lại cho người dùng những trải nghiệm vượt trội về tốc độ và hiệu suất. Từ đó, khả năng xử lý của hệ thống sẽ được tối ưu.

Hiện tại, PCIe 5.0 đang dần trở thành tiêu chuẩn phổ biến trên các bo mạch chủ cao cấp, trong khi đó phiên bản 4.0 vẫn được dùng rộng rãi. Dự kiến, phiên bản 6.0 chính thức ra mắt trong năm tương lai với băng thông lớn hơn nữa, tiếp tục đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của công nghệ hiện đại.

So sánh giữa PCIe 4.0 và PCIe 3.0

Qua mỗi thế hệ, PCI Express được cải tiến về băng thông, giúp nâng cao hiệu suất hệ thống. Dưới đây là sự khác biệt giữa phiên bản 4.0 và phiên bản 3.0 dựa trên các yếu tố quan trọng:

Lựa chọn PCIe phù hợp:

• PCI Express 3.0: Dành cho người dùng phổ thông, gaming, văn phòng, hệ thống có giới hạn về tản nhiệt và năng lượng.
• PCI Express 4.0: Thích hợp cho SSD tốc độ cao, AI, đồ họa chuyên sâu, máy chủ dữ liệu hoặc khi cần hiệu suất tối đa.

So sánh giữa 2 khe PCIe và PCI

Cùng so sánh xem 2 khe PCI Express và PCI có gì:

Kết luận:

• PCI: Đã lỗi thời, chỉ còn xuất hiện ở một số thiết bị cũ hoặc hệ thống công nghiệp.
• PCIe: Chuẩn kết nối hiện đại, mang lại hiệu suất cao, băng thông lớn, phù hợp với linh kiện tiên tiến.

Nếu bạn đang muốn lựa chọn linh kiện cho PC hoặc máy trạm, PCI Express là lựa chọn tối ưu hơn so với PCI truyền thống.

Tại sao khe PCIe lại trở nên phổ biến?

Khe PCI Express ngày càng trở nên phổ biến và là tiêu chuẩn kết nối phổ biến trong thế giới PC với nhiều ưu điểm vượt trội so với các giao thức cũ. Lý do quan trọng nhất phải kể đến băng thông cao và tốc độ truyền tải nhanh. Khi đó, PCI Express hỗ trợ tốt các linh kiện hiệu suất cao như card đồ họa, SSD NVMe, card âm thanh, card mạng và RAM. So với PCI hay AGP trước đó, PCIe cho phép truyền dữ liệu một cách nhanh chóng, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất của cả hệ thống.

Một ưu điểm khác đó là khả năng mở rộng linh hoạt. Bạn có thể nó để sử dụng kiến trúc đa làn (x1, x4, x8, x16), cho phép điều chỉnh băng thông tùy thuộc vào nhu cầu. Chính vì vậy, các nhà sản xuất có thể thiết kế linh kiện phù hợp cho nhiều hệ thống, từ PC cá nhân đến máy chủ và trung tâm dữ liệu.

Mặc dù nó có mức tiêu thụ điện năng cao, các phiên bản mới như PCIe 4.0 và 5.0 đã được tối ưu để tiết kiệm điện mà vẫn đảm bảo hiệu suất mạnh mẽ. Với những ưu điểm này, nó không chỉ trở thành chuẩn kết nối chính trong PC mà còn được ứng dụng rộng rãi trong AI, gaming, xử lý đồ họa và lưu trữ dữ liệu tốc độ cao.

Trên đây, chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu chi tiết về PCIe và các loại hiện có trên thị trường. Hy vọng những chia sẻ của chúng tôi sẽ giúp bạn lựa chọn loại cổng PCI Express phù hợp với nhu cầu của bạn thân. Nếu còn có bất kỳ vướng mắc nào khác, hãy comment bên dưới bài viết để được Đăng Vũ Surface giải đáp nhé.

>>  Xem thêm một số bài viết khác: 

• USB-C là gì? Ưu điểm của USB type C trên máy tính Surface
• Top 5 mẫu máy có thời lượng pin lâu nhất 2024