O PCI Express faz muito mais que apenas permitir a utilização de uma placa gráfica.
O bus PCI Express faz muito mais no seu computador que apenas permitir a utilização de uma placa gráfica. Vamos ver para que serve e como é que funciona.
Há duas coisas básicas que se passam dentro do seu PC: os ficheiros são processados e movidos de um lado para o outro. Na base do desempenho de um computador está a velocidade com que os dados são passados para dentro e para fora dos componentes que os processam. Existem muitos barramentos que servem para transportar dados, desde a lenta ligação entre o teclado e o computador, até ao da memória RAM que, na actualidade, disponibiliza velocidades que começam nos 17 GB/s mas que consegue chegar muito mais longe.
EVOLUÇÃO LENTA
Enquanto o barramento que permite a comunicação entre o processador e a memória RAM tem vindo a ser desenvolvido em paralelo com os próprios processadores, os barramentos para a expansão dos computadores através de placas não têm sofrido muitas alterações ao longo do tempo. Com o aparecimento das drives SSD, que são mais rápidas que os discos mecânicos, foi posta em evidência a lenta evolução das ligações externas, com engarrafamentos de dados que não permitem tirar partido das potencialidades destes componentes. O PCI Express apareceu em 2003, mas só em 2010 é que conseguiu substituir
totalmente o antigo padrão AGP. Os controladores PCI Express mudaram-se para dentro dos processadores e na versão 3.0 da norma, o PCI Express tornou-se o padrão de ligação para todos os componentes que necessitam de muita velocidade. Em 2012 foi adoptado para a ligação dos periféricos integrados nas motherboards e para as placas de expansão. A sua placa gráfica é gerida através de um controlador PCI Express, bem como a sua drive M.2, as ligações USB, entradas SATA e a placa de rede. A existência do PCI Express é o que permite que se instalem e usem várias placas gráficas no mesmo computador. Se quiser ligar qualquer coisa que necessite grandes quantidades de largura de banda à sua máquina terá de usar invariavelmente uma ligação PCI Express. Por isso, a quantidade de pistas e onde é que estão é um aspecto muito importante na configuração de um computador.
OS GRÁFICOS SÃO A RAZÃO
A razão principal para se querer um sistema de ligação rápida para as placas de expansão é somente a placa gráfica. As necessidades de processamento deste componente transformam-no num “monstro” que “come” toda a largura de banda disponível no sistema num ápice. Em 1992 o barramento PCI conseguia chegar a uma largura de banda máxima de 533 MB/s. Em 1998 apareceu o PCPCI PCI eXten eXtended, uma versão melhorada da geraç geraçãoção ante anterior, que chegava aos 1064 MB/s. A ch chegadahegada da norma AGP duplicou o valor pa paraara 2133 MB/s, mas também esta era umaum ma evoluçãoevol das normasas anteriores. No entanto,enta anto, a v voracidade por quantidades cadaa vez m maiores de dados s a processar r das placaspla gráficas contin continuou nuou a c crescer. Isso o obrigou os fabricantess a desenv desenvolverem umaa no normaorma no nova chamada PCI Exp Express, press, q que, apesar dee ter um nomennome q que faz lembrarar o das norma normas anteriores, utiliza um modelo de funcionamento completamente novo que, em vez de uma ligação em paralelo, utiliza uma ligação em série. À primeira vista isto parece um contrassenso, porque se tiver 32 ligações para outros tantos sinais vai conseguir transmitir dados 32 vezes mais depressa que os mesmos 32 sinais num único cabo. Certo? Sim, mas (há sempre um “mas”) as ligações AGP funcionavam a uma velocidade máxima de 66 MHz e não já não havia muito espaço para grandes acelerações. Por outro lado, as ligações em paralelo colocam alguns problemas de funcionamento que são inerentes a esta tecnologia. Estes incluem os chamados “problemas de propagação” ou temporização. Os dados têm de chegar todos aos mesmo tempo ao destino ou ficar-se-á com dados diferentes na origem e no destino. O problema é que, quando se acelera o processo, as diferenças de temporização entre cada canal começam a tornar-se mais evidentes. Isto é influenciado por pormenores como o tamanho físico de cada ligação e mesmo diferenças no material de que são feitas. Outro problema é o das interferências causadas pela radiação electromagnética que muitos canais de alta frequência juntos geram. Embora estes problemas não sejam impossíveis de ultrapassar, é muito mais simples implementar um sistema interno de comunicações em série que seja capaz de comunicações de alta velocidade, onde seja fácil de controlar o comprimento, o caminho e a temporização da das p pistas por onde os dados viajem dentro do
computador. E, mais importante que tudo, controlar precisamente o que está ligado em cada ponta.
SEM FLEXIBILIDADE
A antiga norma PCI era muito inflexível, a largura de banda disponível era partilhada, a velocidade estava limitada à do dispositivo mais lento que estava instalado. Não existia forma de acrescentar mais largura de banda sem alterar a velocidade do relógio ou aumentar a largura da ligação (acrescentar mais ligações ao barramento). O PCI Express substitui o antigo barramento em paralelo com várias ligações físicas em série que se chamam “lanes” ou vias. Cada uma funciona como um barramento em série separado, capaz de comunicação em alta velocidade.velocidade Os dados são reunidos por um controlador cada vez que são entregues. Cada via consiste em dois pares de ligações de dados – um par transporta o mesmo sinal, mas com a polaridade invertida. Assim, se juntar dois, tudo o que sobrar é ruído e pode ser ignorado. Para tudo funcionar, basta adicionar codificação de dados e encriptação. A última norma PCI Express 3.1 é capaz de velocidades até 985 MB/s, o que corresponde a 17,75 GB/s numa ligação 16X. A velocidade de relógio é de 8GHz, 120 vezes mais rápido que a norma AGP.
AS LIGAÇÕESÕ
O PCI Express é uma sistema ponto-a-ponto, o que quer dizer que cada ligação só serve para interligar dois dispositivos: assim não têm de partilhar largura de bandas com as outras vias. O computador consegue atribuir vias consoante as necessidades de largura de banda e usá-las todas ao mesmo tempo sem problemas de interferências.
Os dispositivos podem utilizar X1, X4, X8, X12 ou X16 ligações dependendo do número de vias. As especificações da norma PCI Express permitem a existência a de uma ligação X32, mas até agora essa aplicação ainda não chegou ao mercado doméstico. As ligações X12 também não são muito comuns. Durante o arranque do computador, a BIOS e os dispositivos ligados negoceiam a quantidade de vias que vão utilizar. A facilidade de expansão desteste sistema é muito grande, se for necessária mais largura de banda, basta adicionar mais vias.
NEM TUDO É O QUE PARECE
A motherboard do seu computador, quasese de certeza, tem mais ligações e slots PCI Express que vias disponíveis. Duas placas gráficas PCI Express requerem, teoricamente, 32 vias, mas a grande maioria dos sistemas não tem tantas vias disponíveis. A sua placa gráfica com uma ligação 16X pode estar a funcionar a 8X e o adaptador para rede Wi-Fi pode estar a usar apenas uma via. Outra coisa que pode acontecer é que os slots podem apenas ter o mínimo possível de ligações. Um exemplo é que a terceira slot PCI Express 16X que está montada na sua motherboard pode apenas dispor de ligações para 4 ou 8X. Os fabricantes não gostam nada de acrescentar coisas que considerem supérfluas e basta olhar para dentro do slot para perceber que ligações existem.
LIGAÇÕES DESAPARECIDAS
Há também um fenómeno interessante em que ligações e vias desaparecem: como as vias são partilhadas entre slots e ligações, há coisas que podem desaparecer sem explicação. Se, por exemplo, adicionar duas drives M.2 pode ser que outras tantasntas entradas SATA deixem de funcionar porque rque estão nas mesmas vias PCI Express. Noutros casos, ao instalar uma placa num slot 16X a seguinte passa a operar automaticamente a 8X. Como se pode ver, há que ter cuidado na escolha de uma motherboard porque os fabricantes gostam stam muito de anunciar a quantidade de ligaçõesações disponíveis, mas ficam sempre calados sobre se se podem usar todas ao mesmo tempo.po. Ao contrário do que acontecia com a normaorma PCI, se uma placa, independentementee da quantidade de contactos, couber no slot,ot, poderá ser usada. Pode usar uma placa PCI Express 1X ou X4 num slot PCi Express 16X. Até pode usar uma placa 16X num slot X4, o que acontece é que a placa só funcionaránará à velocidade do slot onde está instalada. A norma PCI Express também é retro compatível compatível, o que quer dizer que pode usar uma placa PCI Express 1.0 numa motherboard que ofereça a versão 3.0 e vice-versa. Os dispositivos são detectados e funcionaram à velocidade máxima permitida pela norma que usarem. A quantidade de vias que as placas usam depende unicamente das ligações físicas do slot, as necessidades do dispositivo e a atribuição inical das vias PCI Express. Mas quantas vias é que dispõe e que versão está a usar? Os controladores PCI Express podem estar em dois lados: dentro do próprio CPU ou no chipset da motherboard. Os processadores Kaby Lake e Skylake dispõem de 16 vias PCI Express 4.0. Os Broadwell-E e Haswell-E têm 28 ou 40 vias. O chipset X99 acrescenta oito vias PCI Express 2.0 que têm mais ou menos metade da velocidade da norma PCI Express 3.0. O chipset Z170 acrescenta 20 vias PCI Express 3.0 e o Z270 tem 24. O Ryzen 7 tem 24 vias, no entanto 4 são usadas exclusivamente na interligação com o chipset da motherboard. O chipset X370 adiciona 8 vias. Se somar as vias disponibilizadas pelo CPU e pelo chipset obterá o número máximo de vias disponíveis. Os slots têm de estar ligados fisicamente ao processador ou ao controlador instalado na motherboard. Os dados tratados através dos controladores da motherboard têm de passar por um outro barramento antes de chegarem ao processador. Numa motherboard para processadores Intel é o DMI que, na versão 3.0, perde o fôlego perto dos 4GB/s, o que corresponde,cor mais ou menos, à velocidade de umu slot PCI Express 4X. No campo da AMD,AM as especificações são mais ou menos as mesmas.m Há que ter em conta que todos os componentesc para além do DMI têm de partilharpar a largura de banda entre si para levarleva informação ao CPU ou à memória.
RECURSOSRE PARTILHADOS
O Oc controlador PCI Express presente no processadorpro gere os slots PCI Express 16X,16X que são usados normalmente pelas plac placas gráficas e, possivelmente, o slot M.2 prin principal. O controlador da motherboard ger gere os outros slots M.2, o adaptador de red rede, as entradas para drives SATA, as ent entradas USB e os slots PCI Express mais peq pequenos que a motherboard possa ter. Nor Normalmente, o primeiro slot PCI Express 16X é completo e está ligado directamente ao processador. Ou seja: é aqui que deve instalar a placa gráfica para conseguir tirar partido de toda a largura de banda disponível. Os slots seguintes podem, ou não, serem verdadeiro 16X. Tudo depende da combinação de processador com o chipset. Normalmente os dois primeiros slots 16X partilham as mesmas vias, por isso, se usar os dois slots vai fazer com que ambos funcionem apenas a 8X. Como é o caso das placas com chipset X99 e em sistemas com processadores Skylake ou Kaby Lake. Se existir um terceiro, ou quarto slot PCI Express 16X, tudo volta a depender da combinação entre do processador e chipset. Pode ser que um dos slots utilize as vias disponibilizadas pelo chipset (o que o torna inerentemente mais lento), ou que as partilhe com um dos slots M.2. Os slots M.2 podem também partilhar vias com algumas das ligações SATA. Claro que isto pode vir a causar problemas. Consideremos um caso em que um utilizador quer construir um sistema RAID, com duas gráficas e algumas drives M.2. Este arranjo pode fazer com que nenhum destes componentes acabe a funcionar à velocidade máxima porque não está a obter a quantidade necessária de vias PCI Express. No pior dos casos, alguns componentes podem mesmo não funcionar de todo. Por isso, antes de construir o seu
computador de sonho, dê uma vista de olhos ao diagrama publicado no manual que acompanha a maioria das motherboards para ver o que é que está ligado a quê eo é partilhado com quem. Se estiver a pensar comprar uma motherboard não custa nada dar uma vista de olhos no site do fabricante para ver as ligações antes de gastar dinheiro. Quando está usar duas gráficas em SLI ou Crossfire pode esperar ter as duas a funcionar a 16X, mas, na esmagadora maioria dos casos, não está. Para o conseguir teria de ter um processador que disponibilize 32 vias PCI Express, o que quer dizer que teria de ser um processador topo de gama da Intel, ou um dos novos Ryzen Threadripper da AMD que disponibiliza
64 vias. Para sermos sinceros, é um pouco demais ter duas placas 16X, porque para sobrecarregar uma ligação PCI Express 3.0 a 8X é, para já, uma tarefa difícil. Mesmo quando está a reproduzir ou editar vídeo a 4K só está a gastar uma fracção da largura de banda disponível. Ter duas slots PCI Express a funcionar a 16X é excelente para colocar a sua máquina no topo das listas de benchmarks, mas, no dia-a-dia, não se nota.
ARMAZENAMENTO MAIS RÁPIDO
A outra classe de dispositivos que ganham muito com o aumento de velocidade das ligações PCI Express são os de armazenagem permanente de dados, mais precisamente os SSD M.2. Quando usa SSD através de uma ligação SATA, está, na prática, a limitar o desempenho da drive. A norma SATA Express trabalha em cima de uma ligação PCI Express 2X numa ficha SATA modificada, mas é mais um penso rápido que uma cura. As drives M.2. e U.2 funcionam através de uma ligação PCI Express 4X e estes sim, são uma solução de longo prazo. Neste caso, a nova norma de ligação NVM Express também dá uma grande ajuda. Ao contrário da norma SATA, desenvolvida quando ainda os discos mecânicos eram os reis, a NVM Express foi pensada com o armazenamento em memória flash em mente. As ligações SATA tradicionais e as drives M2 que usam AHCI estão limitadas aos 550 MB/s de velocidade. A novas NVMe, que já usam as ligações 4X da norma PCI Express chegam aos 3,2 GB/s de leitura e aos 1,9 GB/s na escrita. Note que a norma M.2 não foi criada especificamente para armazenamento; é um conjunto de regras para desenhar e produzir placas de expansão que podem usar várias normas como SATA, AHCI, USB 3.0 ou NVMe. Tudo isto é excelente no papel, mas muitas vezes as ligações M.2 e NVMe estão do lado errado da motherboard. São controlados pelo chipset, o que quer dizer: engarrafamento. Esta é a razão pela qual as drives M.2 podem tornar-se uma decepção. O caso piora se ligar duas drives M.2. Isto satura a ligação DMI o que faz com que tudo o resto funcione mais lentamente. Por isso, o conselho que lhe podemos deixar é o de procurar motherboards que tenham os slots M.2 ligados directamente ao controlador do processador. Isto vai fazer com que não consiga usar duas placas gráficas a 8X mas tornam o armazenamento mais rápido.
INFORMAÇÃO É PODER
Tal como lhe disse atrás, se estiver à procura de uma motherboard esqueça os catálogos e as promoções. Tem mesmo é de olhar para o manual e procurar saber o que é que está ligado ao quê. Olhe com particular atenção para a forma como os slots PCI Express 16X estão ligados e de onde é que os M.2 vão buscar as vias PCI Express. Não ligue à quantidade de slots e entradas SATA. Olhe para as ligações. O segredo do desempenho está aí. Olhe também para o processador: a quantidade de vias é importante, mas vale o investimento extra? Os fabricantes cobram mais pelos processadores com mais vias, mesmo que não seja mais rápidos que os que têm menos. Como vimos, ter duas gráficas a 8X chega e sobra para a maioria dos tipos de utilização normais.