PCIe erklärt: Definition, Versionen, Slots

Was genau ist PCIe eigentlich, welche Größen und Generationen gibt es und wo liegen die Unterschiede? Welche Hardware passt in welchen PCIe-Slot und welche Version brauche ich? Dies und mehr erfahrt ihr in diesem Artikel.

Was ist PCIe?

PCIe steht für Peripheral Component Interconnect Express und ist ein Schnittstellenstandard für Verbindungen zwischen PC-Mainboards und Hochgeschwindigkeitskomponenten.

Dabei verfügt jedes Mainboard über eine Reihe von PCIe-Steckplätzen, die für verschiedene PCIe-fähige-Erweiterungskarten verwendet werden können. Um eine Verbindung herzustellen, wird eine PCIe-Karte in einen PCIe-Steckplatz auf der Platine gesteckt.

Welche Arten von PCIe-Steckplätzen vorhanden sind, hängt vom jeweiligen Mainboard-Modell ab.

• Auch interessant: Welches Mainboard habe ich - So findet ihr's raus

Welche PCIe-Steckplätze (Slots) gibt es?

Aktuelle Mainboards sind mit einer Kombination von x1, x4, x8 und x16 PCIe-Steckplätzen ausgestattet. Wie viele und welche Slots ein Mainboard bietet, hängt vom Modell ab.

In sehr alten Mainboards findet man auch noch x2-Steckplätze, welche jedoch heute nicht mehr relevant sind.  Moderne Motherboards sind meist nur noch mit x1 und x16 ausgestattet.

Dabei steht die Zahl hinter dem "x" sowohl für die physische (mechanische) Länge des Steckplatzes, als auch für die Anzahl der verfügbaren elektrischen Lanes (Datenpfade).

Allgemein gilt: Je größer die Zahl, desto länger und schneller der Slot. Jedoch gibt es bei den PCIe-Lanes noch mehr zu beachten, dazu weiter unten mehr.

Ein PCIe x1-Steckplatz hat eine Lane und kann Daten mit einem Bit pro Zyklus bewegen. Analog hat ein PCIe x2-Steckplatz zwei Datenpfade und kann Daten mit zwei Bits pro Zyklus verschieben. Für die anderen Größen gilt dasselbe (Verdopplung der Bits).

Schauen wir uns zunächst die Unterschiede der PCIe-Slots an.

PCIe x1

Der kleinste PCI Express-Steckplatz wird im Wesentlichen für kleine Erweiterungskarten verwendet:

• Soundkarten
• Netzwerkadapter
• Porterweiterungen
• Capture-Karten
• Riser-Karten.

Wie der Name vermuten lässt, ist der x1-Steckplatz auf die Verwendung von nur einer verfügbaren PCI-Express-Lane beschränkt. Bei aktuellen Mainboards mit PCIe 4.0 oder 5.0 sind selbst x1-Steckplätze ziemlich schnell.

PCIe x4

Der x4-Steckplatz ist größtenteils auf aktualisierte Versionen von x1-Geräten und sehr spezifische Anwendungen beschränkt. Verwendet wird er vorwiegend für:

• einzelne M.2-NVMe-SSD-Erweiterungskarte
• SATA 3-Erweiterungskarten
• RAID-Controller
• Hochgeschwindigkeits-10G-Netzwerkadapter
• 4K-Videoaufnahmekarten
• NAS-Speicher.
  
  

PCIe x8

Den x8-Steckplatz erkennt man schon wesentlich einfacher auf Grund seiner physischen Länge. Mit 8 PCI-Express-Lanes gibt es hier einiges mehr an Bandbreite, insbesondere bei aktuellen PCIe-Generationen.

Allerdings ist dies ein Exot und nur selten bis gar nicht mehr bei Standard-Mainboards zu finden. Er kommt eher bei Server-Mainboards zum Einsatz. Verwendet für:

• Einsteiger-GPUs die auf PCIe x8-Steckplatzlängen ausgelegt sind
• Erweiterungskarten mit höherer Bandbreite
• NVMe-Adapter

PCIe x16

Mit Abstand der wichtigste, größte und schnellste PCIe-Steckplatz. x16-Steckplätze werden fast ausschließlich für Grafikkarten verwendet, daneben noch für Netzwerk- und Speicherhardware bei Servern.

Ihr seht im obigen Bild, dass dieses Mainboard ganze drei x16-Slots hat. Wichtig zu wissen ist hierbei, dass nur der obere Slot mit voller Bandbreite ausgestattet ist, obwohl die anderen beiden die gleiche physische Länge haben.

Wichtig ist der x16-Slot auch bei der Frage, ob eure Grafikkarte auf euer Mainboard passt.

• Weiterlesen: Alle Mainboard-Anschlüsse detailliert erklärt

Was sind PCIe-Lanes?

PCIe-Lanes sind die physische Verbindung (über Kupferdraht) zwischen dem PCIe-unterstützten Gerät und dem Prozessor oder Chipsatz. 

Einige x16-Slots haben trotz ihrer physischen Größe nur eingeschränkte PCIe-Lanes, da sie beispielsweise nur Kontakte bis zu einer x8-Länge haben. 

Bedeutet: Ein x16-Steckplatz kann alle x16-Erweiterungskarten aufnehmen, läuft aber gegebenenfalls nur mit x4- oder x8-Geschwindigkeit.

Somit kann ein PCI-E x16-Steckplatz elektrisch x1, x4, x8 oder x16 sein, obwohl die physische Größe x16 ist. Dies hat mit den PCIe-Lanes zu tun, die den PCIe-Steckplätzen (in Abhängigkeit von CPU und Chipsatz) zur Verfügung stehen.

Daher solltet ihr immer auf der Herstellerseite prüfen, wie viele x16 Steckplätze auch tatsächlich mit x16-Leistung laufen.

Prüft zudem Typ und Anzahl der unterstützten PCIe-Lanes bei eurer gewünschten CPU.

Die meisten PCIe-Erweiterungskarten benötigen allerdings gar nicht so viele Lanes:

• Eine USB-Erweiterungskarte oder WLAN-Karte nutzt eine Lane
• Eine NVME-SSD nutzt bis zu 4
• Grafikkarten nutzen bis zu 16

Welche PCI Express-Generationen gibt es?

Ein PCIe-Steckplatz hat nicht nur eine der oben genannten Größen, sondern auch eine dazugehörige Generation oder Version.

PCIe-Standards gibt es derzeit in fünf verschiedenen Generationen: PCIe 1.0, PCIe 2.0, PCIe 3.0, PCIe 4.0 und PCIe 5.0. Die Bandbreite verdoppelt sich mit jeder Generation, PCIe 6.0 ist bereits angekündigt.

Grafikkarten wie die RTX 4000er-Reihe von Nvidia laufen mit PCIe 4.0, allerdings wird PCIe 5.0 von Chipsätzen wie AMD X670E, X670, B650E und B650 oder Intel-Pendants unterstützt.

Es gilt: Je höher der Standard, desto schneller der Steckplatz. Durch die unterstützte PCIe-Version beeinflusst das Mainboard indirekt die Leistung eures PCs.

Eure PCIe-Erweiterungskarten werden immer mit der niedrigsten vorhandenen Generation betrieben. Ergo läuft eine PCIe 3.0-Karte in einem PCIe 4.0-Steckplatz mit PCIe 3.0-Leistung.

Standards im Vergleich

Die Transferrate GT/s (Gigatransfers pro Sekunde) gibt die Menge an nicht codierten Daten an, die Bandbreite die Menge verschlüsselter Daten welche über PCIe-Lanes hin und zurück übertragen werden.

In Abhängigkeit des PCIe-Slots fällt die Leistung unterschiedlich aus (x16 > x8 > x4 > x1).

Dabei sind x1-Lanes die Langsamsten und x16-Lanes die Schnellsten. So kann ein PCIe 4.0 x16-Slot zum Beispiel bis zu 31,5 GB/s übertragen, wohingegen ein PCIe 4.0 x1-Slot nur auf 1969 MB/s kommt.

Häufige Fragen zum Thema

Welcher PCIe-Slot ist der Beste für meine Grafikkarte?

In den meisten Fällen solltet ihr immer einen verfügbaren x16-Steckplatz (mit x16-Leistung) verwenden, um Leistung und Bandbreite zu maximieren. Meist ist dies der oberste in eurem Mainboard.

• Weiterlesen: Welche Grafikkarte brauche ich fürs Gaming - aktuelles Ranking

Wie viele PCIe-Lanes brauche ich fürs Gaming?

Die meisten Grafikkarten benötigen mindestens 8 PCIe-Lanes, um beim Gaming und Rendering-Anwendungen mit maximaler Leistung zu arbeiten (Topmodelle sogar 16). Auch wenn Grafikkarten mit weniger als acht PCIe-Lanes kompatibel sind, müsst ihr mit einem Leistungseinbruch rechnen.

Spielt es eine Rolle, welchen Steckplatz ich nutze?

Ja, der verwendete PCIe x16-Steckplatz spielt eine Rolle, da der zweite PCIe-Steckplatz auf den meisten Mainboards nur entweder 8 oder sogar nur 4 PCIe-Lanes bietet.

Verschiedene PCIe-Steckplätze laufen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und beeinflussen die Leistung der dort platzierten Erweiterungskarte.

Funktioniert PCIe-3.0 in einem PCIe-5.0-Slot?

PCI-Express-Versionen sind abwärts- und aufwärtskompatibel. Dadurch kann eine PCIe 4.0-Grafikkarte auf einem PCIe 3.0- oder PCIe 2.0-System verwendet werden, genauso wie ein PCIe 3.0-Gerät in einem PCIe 5.0-Steckplatz.

Woher weiß ich, welche PCI Express-Slots mein Mainboard hat?

Auf den meisten Mainboards ist direkt neben den Slots aufgedruckt, um welchen Typ es sich handelt. Wie auf dem Bild zu erkennen, steht direkt unter dem Steckplatz PCIEX1_2, also in diesem Fall ein PCIe 2.0 x1-Slot.

• Passend dazu: Welches Mainboard habe ich verbaut und wie finde ich es raus? 

Besteht ein Unterschied zwischen PCI und PCIe?

Normale PCI-Steckplätze sind veraltet, sehr viel langsamer und gibt es nur noch auf sehr alten Mainboards.

Im Gegensatz zu PCI Express und seinen verschiedenen Größen sowie Standards sind PCI-Karten nicht abwärts- oder aufwärtskompatibel.

Fazit

Auch wenn PCI Express Steckplätze heutzutage vorwiegend von Grafikkarten belegt sind, wird uns der Standard noch lange begleiten. Jetzt wisst ihr wenigstens genau, warum die Bezeichnung x16 so wichtig ist und was sie bedeutet.