Pourquoi les ports PCI Express sur ma carte mère sont-ils de tailles différentes? x16, x8, x4 et x1 expliqués

La norme PCI Express est l'un des éléments de base de l'informatique moderne, avec une fente sur plus ou moins tous les ordinateurs de bureau fabriqués au cours de la dernière décennie. 

Mais la nature de la connexion est quelque peu nébuleuse: sur un nouveau PC, vous pourriez voir une demi-douzaine de ports dans trois ou quatre tailles différentes, tous étiquetés "PCIE" ou PCI-E. "Alors, pourquoi la confusion, et ceux qui peuvent vous utilisez réellement?

Comprendre le bus PCI Express

En tant que mise à niveau du système PCI (Peripheral Component Interconnect) original, le PCI Express avait un énorme avantage lorsqu'il a été développé au début des années 2000: il utilisait un bus d'accès point à point au lieu d'un bus série. Cela signifiait que chaque port PCI individuel et ses cartes installées pouvaient tirer pleinement parti de leur vitesse maximale, sans que plusieurs cartes ou expansions ne soient bouchées dans un seul bus.

PCI Express a remplacé l'ancienne norme PCI. Cette carte mère supporte à la fois: PCIE x16 en bleu, PCIE x1 en noir et PCI en beige.

En termes simples, imaginez votre PC de bureau comme un restaurant. L'ancienne norme PCI était comme une épicerie, tout le monde attendait dans une seule ligne pour être servi, avec la vitesse du service limitée par une seule personne au comptoir. PCI-E ressemble plus à un bar, chaque patron assis dans un siège assigné, avec plusieurs barmans prenant la commande de tout le monde à la fois. (Ok, il n'est jamais possible d'avoir un barman pour tous les clients, mais supposons que c'est une très bonne barre.) Avec des bandes de données dédiées pour chaque carte d'extension ou périphérique, l'ordinateur peut accéder plus rapidement aux composants et accessoires.

Maintenant, pour étendre notre métaphore de charcuterie / barre, imaginez que certains de ces sièges ont plusieurs barmans réservés juste pour eux. C'est là que l'idée de voies multiples entre en jeu.

La vie dans les voies rapides

PCI-E a subi plusieurs révisions depuis sa création; Actuellement les nouvelles cartes mères utilisent généralement la version 3 de la norme, avec la version 4 plus rapide devenant de plus en plus commune et la version 5 attendue en 2019. Mais les différentes révisions utilisent toutes les mêmes connexions physiques, et ces connexions peuvent venir en quatre tailles principales : x1, x4, x8 et x16. (x32 ports existent, mais sont extrêmement rares et généralement pas vu sur le matériel du consommateur.)

Les cartes de différentes tailles prennent en charge différentes voies PCI-Express maximales.

Les différentes tailles physiques permettent un nombre différent de connexions de broches de données simultanées à la carte mère: plus le port est grand, plus le nombre de connexions maximum sur la carte et le port est élevé. Ces connexions sont familièrement appelées «voies», chaque voie PCI-E étant composée de deux paires de signalisation, l'une pour l'envoi de données et l'autre pour la réception de données. Différentes révisions de la norme PCI-E permettent des vitesses différentes sur chaque voie. Mais d'une manière générale, plus il y a de voies sur un seul port PCI-E et sa carte connectée, plus les données peuvent circuler entre le périphérique et le reste du système informatique.

Pour en revenir à la métaphore de notre bar: si vous imaginez chaque client assis au bar comme un périphérique PCI-E, alors une file x1 serait un seul barman desservant un seul client. Mais un patron assis dans le siège assigné "x4" aurait quatre barmans lui chercher des boissons et de la nourriture, et le siège "x8" aurait huit barmans juste pour ses boissons, et celui dans le siège "x16" aurait un énorme seize ans barmans juste pour lui. Et maintenant, nous allons arrêter de parler des bars et des barmen, parce que nos pauvres buveurs métaphoriques sont en danger d'empoisonnement à l'alcool.

Quels périphériques utilisent quels ports? 

Pour la version 3.0 du PCI Express, le débit de données maximal par voie est de huit gigatransfers, un terme qui signifie «toutes les données et les données électroniques en même temps». Dans le monde réel, la vitesse de la PCI-E révision 3 est un peu moins d'un gigaoctet par seconde, par voie.

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Ainsi, un périphérique qui utilise un port PCI-E x1, comme une carte son de faible puissance ou une antenne Wi-Fi, peut transférer des données vers le reste de l'ordinateur à environ 1GBps. Une carte qui se loge dans la fente x4 ou x8 physiquement plus grande, comme une carte d'extension USB 3.0, peut transférer des données quatre ou huit fois plus vite - et il le faudrait si plus de deux de ces ports USB étaient utilisés au maximum taux de transfert. Les ports PCI-Ex16, avec un maximum théorique d'environ 15GBps sur la version 3.0, sont utilisés pour presque toutes les cartes graphiques modernes conçues par NVIDIA et AMD.

La plupart des cartes graphiques discrètes utilisent un slot PCI-E x16 complet.

Il n'y a pas de lignes directrices pour lesquelles les cartes d'extension utiliseront le nombre de voies. Les cartes graphiques ont tendance à utiliser x16 uniquement pour le transfert de données maximum, mais vous n'avez évidemment pas besoin d'une carte réseau pour utiliser un port x16 et seize voies complètes lorsque son port Ethernet est capable de transférer des données à un gigabit par seconde ( environ un huitième du débit d'une voie PCI-E-rappelez-vous, huit bits à un octet). Il existe une petite quantité de disques durs SSD montés sur PCI-E qui préfèrent un port x4, mais ceux-ci semblent avoir été rapidement dépassés par le nouveau standard M.2, qui peut également utiliser le bus PCI-E. Les cartes réseau haut de gamme et les équipements enthousiastes tels que les adaptateurs et les contrôleurs RAID utilisent un mélange de formats x4 et x8.

Rappelez-vous: la taille et les voies des ports PCI-E ne sont peut-être pas la même chose

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Voici l'une des parties les plus déroutantes de la configuration PCI-E: un port peut être de la taille d'une carte x16, mais ne dispose que de suffisamment de voies de données pour quelque chose de beaucoup moins rapide, comme x4. En effet, alors que le PCI-E peut prendre en charge des quantités pratiquement illimitées de connexions individuelles, il existe toujours une limite pratique au débit de voie du chipset. Les cartes mères moins chères avec des chipsets plus orientés budget peuvent seulement aller jusqu'à un seul slot x8, même si ce slot peut physiquement accueillir une carte x16. Pendant ce temps, les cartes mères "gamer" incluront jusqu'à quatre slots PCI-E 16 x 16 et 16 x 16 voies pour une compatibilité maximale avec le GPU. (Nous en avons discuté plus en détail ici.)

Cette carte mère enthousiaste comprend cinq slots PCI-E x16 pleine taille, mais seulement deux d'entre eux ont les 16 voies de données complètes, les autres étant x8 et x4.

Évidemment, cela peut causer des problèmes. Si votre carte mère dispose de deux slots de taille 16, mais que l'un d'entre eux ne dispose que de x4 voies, le fait de brancher votre nouvelle carte graphique dans le mauvais slot peut gâcher sa performance de 75%. C'est un résultat théorique, bien sûr: l'architecture des cartes mères signifie que vous ne verrez pas un déclin aussi dramatique. Le fait est que la bonne carte doit aller dans la bonne fente.

Heureusement, la capacité de la voie des slots PCI spécifiques est généralement indiquée dans le manuel de l'ordinateur ou de la carte mère, avec une illustration de quel slot a quelle capacité. Si vous n'avez pas votre manuel, le nombre de voies est généralement écrit sur le PCB de la carte mère à côté du port, comme ceci:

Les étiquettes sur ces ports montrent les voies disponibles: le port x1 en haut a une voie, mais le port x16 en a seulement quatre, malgré sa taille physique. PCIEX1_2 signifie que c'est le deuxième port x1 sur la carte mère.

En outre, une carte x1 ou x4 plus courte peut physiquement s'intégrer dans une fente plus longue x8 ou x16: la configuration initiale des broches des contacts électriques la rend compatible. La carte peut être un peu lâche physiquement, mais lorsqu'elle est vissée dans les fentes d'extension d'un boîtier PC, elle est plus que suffisamment solide. Naturellement, si les contacts d'une carte sont physiquement plus grands que la fente, ils ne peuvent pas être insérés.

Alors n'oubliez pas, lors de l'achat de cartes d'extension ou de mise à niveau pour les slots PCI Express, vous devez être conscient de la taille et la cote de vos ports disponibles.