| Artículos | 01 SEP 2004

PCI Express: el sustituto de AGP y PCI ya está aquí

Tags: Histórico
Eugenio Barahona.
El pasado 21 de junio Intel lanzó al mercado los primeros productos con soporte para PCI Express, el bus que redefinirá la conexión de dispositivos internos en la informática personal.

Aunque no lo parezca, el bus PCI de 32 bits que conocen los usuarios lleva con nosotros algo más de diez años, lo que en el mundo de la informática es una auténtica eternidad, convirtiendo este tipo de conexión en un elemento anacrónico que en determinadas situaciones llega incluso a comprometer el rendimiento de uno o varios dispositivos conectados al sistema. El bus AGP, por su parte, aunque es relativamente reciente, impone también ciertas restricciones para la optimización de algunos tipos de software y el consumo eléctrico máximo que pueden realizar las tarjetas gráficas.

Limitaciones del bus PCI
Si bien el bus PCI está disponible en varias versiones, lo cierto es que al menos en los ordenadores de sobremesa y en los portátiles la que se ha impuesto trabaja a una velocidad de 33 MHz con un ancho de 32 bits. A esta velocidad de reloj, relativamente baja para los estándares actuales, hay que añadir que se trata de un bus multiplexado. Esto quiere decir que no se dispone de líneas independientes para un bus de direcciones y otras tantas para efectuar las transferencias de datos. Por lo tanto, para direccionar la memoria que pueda contener un dispositivo PCI primero es necesario enviar la dirección a la que se desea acceder, tras lo cual podremos comenzar a enviar la información que deseemos escribir o a leer los datos que deseemos manipular.
Además de todo esto, al tratarse de un bus, los dispositivos comparten entre sí el ancho de banda disponible, por lo que si uno de ellos requiere un elevado ancho de banda para su funcionamiento, esa capacidad se restará del total disponible en el bus. Este caso puede darse, por ejemplo, al utilizar determinadas tarjetas de digitalización de vídeo y tarjetas de red local de 1 gigabit o más.

Limitaciones del puerto AGP
Si bien normalmente se le denomina bus AGP, la denominación correcta es puerto AGP. Esto se debe a que no se trata de un bus, sino de una conexión punto a punto entre el procesador de la tarjeta gráfica y el north bridge del conjunto de chips de la placa base. Esta sutileza técnica hizo que en las primeras especificaciones sólo fuese posible conectar al sistema un dispositivo AGP, algo que sólo se solucionó con la introducción de la versión 3.0 de esta tecnología, que ya incluía soporte para dos dispositivos AGP en el mismo sistema.
Otra limitación de AGP es la baja velocidad que se obtenía al realizar lecturas de la memoria de la tarjeta gráfica, lo que para implementar algunos algoritmos gráficos se convierte en una seria complicación que limita la utilización de los procesadores gráficos actuales para la ejecución de tareas para nada relacionadas con la producción de gráficos 3D.
Por otro lado, la tecnología AGP actual impone un límite en el consumo eléctrico que puede realizar el hardware conectado a este tipo de puerto: 75 vatios. Sin embargo los procesadores gráficos más potentes, cuando están realizando operaciones de render 3D, llegan a realizar consumos próximos a la centena de vatios. Esta situación ha llevado a que las tarjetas gráficas más actuales requieran de la conexión de uno, o incluso dos, conectores de alimentación adicionales procedentes de la fuente de alimentación del ordenador.

PCI Express: una conexión serie
Al igual que sucede con el puerto AGP, lo más correcto no es hablar del bus PCI Express, sino de puertos PCI Express, ya que lo que se implementa en la realidad son conexiones punto a punto entre un dispositivo PCI Express y un puerto de este tipo que reside en alguno de los componentes de un conjunto de chips para placa base que implementa dicho estándar.
La primera diferencia que encontramos entre el bus PCI tradicional y esta nueva tecnología es la forma en que se transmite la información. Si en el caso de PCI vemos que se transmiten hasta 32 bits de forma paralela, PCI Express se basa en la transmisión de datos mediante conexiones serie bidireccionales. La capa física básica de PCI Express está formada por un par de líneas de transmisión diferencial y un par de líneas de recepción diferencial.
Es posible agrupar cada línea de datos para formar un carril, o lane como se denomina en la jerga de PCI Express, para así obtener un mayor ancho de banda de forma sencilla y evitando los problemas eléctricos que suelen acarrear los buses paralelos de alta velocidad. Esta agrupación da lugar a los puertos que más comúnmente observaremos en las implementaciones comerciales de esta tecnología: x1, x4 y x16. Sin embargo la especificación actual soporta las siguientes configuraciones: x1, x2, x4, x8, x12, x16 y x32.
Una innovación importante de esta nueva tecnología es la posibilidad de implementar un canal virtual, lo que mejorará el rendimiento, por ejemplo, de aplicaciones que usen técnicas de streaming, ya que de esta forma será posible reservar un ancho de banda determinado garantizado. Además nos encontramos ante un diseño dividido en capas, concretamente en tres: transacción, enlace de datos y física. Especialmente interesante es la última capa, ya que hace posible que la conexión física de los dispositivos se realice mediante conexiones de cobre, ópticas o cualquier otra que aparezca en el futuro.
Por otro lado, la capacidad de crecimiento futura está garantizada, ya que la naturaleza serie de PCI Express, así como el uso de una comunicación diferencial en las implementaciones actuales y el bajo voltaje utilizado hacen posible el aumento del ancho de banda con tan sólo incrementar la frecuencia de reloj a la que trabaja el sistema.

PCI Express x1: adiós al PCI de 32 bits
Este tipo de configuración sustituirá a las actuales ranuras PCI de 32 bits presentes en todos los sistemas de sobremesa. Básicamente se trata de ocho conexiones serie de tipo diferencial, tanto de envío como de recepción, trabajando a una velocidad de 2,5 GHz. Esta configuración ofrece un ancho de banda teórico máximo de alrededor de 250 MB por segundo. Dicho ancho de banda está disponible, de forma independiente, para transmitir y para recibir información. Como se puede apreciar, se dispone de una capacidad de transferencia de información muy superior a los 133 MB por segundo que como máximo ofrece el bus PCI de 32 bits.
Sin embargo hay que tener en cuenta que PCI Express utiliza paquetes de información para implementar el protocolo de comunicación que se establece entre el chipset y los dispositivos que conectamos al ordenador, por lo que el ancho de banda neto que obtenemos será probablemente inferior al máximo teórico de 250 MB por segundo.

PCI Express x16: el sustituto para AGP
Sin duda alguna la principal ventaja disponible para los diseñadores de hardware gráfico es el considerable aumento del ancho de banda, ya que PCI Express ofrece en total 4 GB por segundo tanto en lectura como en escritura. El aumento de velocidad en la transferencia de información desde el adaptador gráfico a la memoria RAM del sistema será especialmente importante a la hora de aprovechar la enorme potencia de cálculo de los actuales procesadores gráficos programables para tareas diferentes de la producción de gráficos en tres dimensiones.<

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