Năm 2001 Intel phát triển công nghệ mới gọi là thế hệ thứ 3 cho thiết bị vào ra gọi là PCI Express. Khác với bus AGP (hay hầu hết tất cả các bus trước đây) truyền dữ liệu theo kiểu song song, PCIe truyền dữ liệu theo kiểu nối tiếp. Truyền dữ liệu theo kiểu nối tiếp chỉ truyền được 1 bit/1 xung trong khi chuyền dữ liệu theo kiểu song song truyền được nhiều bit/1 xung. Nhưng vấn đề lớn đối với truyền song song là khi truyền dữ liệu ở xung nhịp cao thì sẽ gây ra hiện tượng nhiễu xuyên âm (tương tự nhiễu xuyên âm trong giao tiếp ATA của HDD). Dẫn đến bus PCI không thể truyền đi với xung nhịp cao được. Xung nhịp càng cao sự nhiễu càng lớn dẫn đến sai lệch về thông tin. Khi đó thiết bị nhận được thông tin không đầy đủ, do đó lại phải đợi nhận lại thông tin phản hồi lần 2 hoặc vài lần mới nhận được đầy đủ thông tin chính xác.Vì vậy sẽ tăng thời gian trễ lên rất nhiều. Một vấn đề nữa là truyền song song thì dữ liệu kiểu bán song công, tại mỗi thời điểm chỉ có một hướng được truyền nên càng không thể cho phép truyền dữ liệu với xung nhịp cao.
Hình 2.6 Truyền dữ liệu qua bộ Switch trong PCI Express
Truyền dữ liệu theo kiểu nối tiếp tuy chỉ được 1 bit/1 xung nhưng lại đảm bảo thông tin truyền đi nên có thể truyền ở xung nhịp cao hơn nhiều. Bus PCI Express truyền dữ liệu song công hoàn toàn trên 2 cặp dây (1 cặp truyền, 1 cặp nhận riêng biệt) được gọi là 1 Lane. Dữ liệu truyền trên Lane được đảm bảo về độ chính xác. Mỗi Lane có thể truyền được với tốc độ max là 250 MB/s (gấp đôi bus PCI). PCI Express có 1 Lane thì được gọi là PCI Express x1, PCI Express x16 có 16 Lane tương ứng có tốc độ truyền là 16x 250= 8000 MB/s.
Hình 2.7 Phương thức truyền dữ liệu PCIe
- Khe cắm PCI Express có nhiều độ dài khác nhau, tùy thuộc vào dung lượng dữ liệu có thể hỗ trợ. Khe cắm PCI Express x1 thay cho khe PCI tiêu chuẩn, có chiều dài khoảng 26mm và có khả năng hỗ trợ đến 250 MBps dữ liệu vào/ra tại cùng thời điểm. Khe cắm PCI Express x16, giống như khe PCI thông thường, có khả năng thay cho khe cắm card đồ họa AGP. Một khe PCI Express x16 có thể truyền dữ liệu 4 GBps dữ liệu vào/ra cùng lúc.
Hình 2.8 Các tiêu chuẩn PCIe
- Với phiên bản PCIe 1.1 có tốc độ bit 2,5Giga transfers/s (GT/s) nhưng với phiên bản PCIe 2.0 thì tốc độ này được tăng gấp đôi lên thành 5GT/s. Ví dụ, một PCIe 1.1x8 có băng thông tổng cộng 4GBytes/s, tương đương với băng thông của PCIe 2.0x4 của công nghệ tín hiệu 5GT/s. Tuy nhiên, PCIe 2.0 có thể hỗ trợ cùng lúc tốc độ 2,5GT/s và 5GT/s, có thể tương thích ngược với PCIe 1.0 và 1.1. Có nghĩa là một thiết bị được thiết kế hoạt động ở tốc độ 5GT/s có thể cắm trên khe hỗ trợ tín nhiệu 2,5GT/s và ngược lại.
- PCI Express 3.0 là phát triển kế tiếp của chuẩn PCIe 2.0, với tốc độ bít đạt 8GT/s, gấp đôi PCIe 2.0, trong khi vẫn duy trì sự tương thích của các giao tiếp phần mềm và vận hành trong tất cả các phiên bản. PCIe 2.0 có tốc độ bit là 5GT/s nhưng tốc độ thực sự chỉ 4GT/s, 20% còn lại dành cho việc mã hóa 8b/10b (là sự sắp mã theo byte, mỗi byte của dữ liệu vào một hay 2 ký tự 10bit). PCIe 3.0 đã không sử dụng công đoạn mã hóa 8b/10b mà thay vào đó là kỹ thuật scrambling (dùng hàm nhị phân để biểu diễn luồng dữ liệu). Chính nhờ điểm tiết kiệm này, PCIe 3.0 tăng gấp đôi hiệu năng nhưng chỉ cần tốc độ bit là 8GT/s thay vì phải cần đến 10GT/s nếu dùng cơ chế mã hóa 8b/10b. Ngoài ra, cả 3 chuẩn PCIe (PCIe 1.x, PCIe 2.0, PCIe 3.0) đều tương thích lẫn nhau. Điều này có nghĩa card PCIe 1.x và PCIe 2.0 có thể cắm vào khe PCIe 3.0 và hoạt động ở tốc độ cao nhất mà card hỗ trợ. Tương tự, tất cả các card PCIe 3.0 đều có thể cắm vào khe PCIe 1.x và PCIe 2.0 và hoạt động với tốc độ mà khe cắm hỗ trợ.Tuy nhiên, một yêu cầu quan trọng đối với giao tiếp PCIe 3.0 là các sản phẩm phải được thực hiện với công nghệ 65nm hay công nghệ cao hơn nữa thì mới có thể tối ưu được tốc độ của giao tiếp.