PCI Express (PCIe) ist eine schnelle interne Schnittstelle für Erweiterungskarten in Computer-Systemen. Mit der Einführung von PCIe im Jahr 2004 wurde dem AGP als Grafikkarten-Schnittstelle ein Ende gesetzt und auch der PCI als internes Computer-Bussystem abgelöst.

Neben dem Einsatz in Desktop-Computern gibt es mit dem PCI Express Advanced Switching eine Variante, die in modularen Servern als Backplane zum Einsatz kommt. PCI Express eignet sich grundsätzlich zum Verbinden mehrerer Server und Baugruppen zu einem Computersystem oder Telekommunikations-Server. Diese Technik eignet sich für zeitkritische Anwendungen, wie Bild- und Tonwiedergabe. Funktionen zur Reservierung von Mindestbandbreiten stehen ebenfalls zur Verfügung.

PCI Express ist für Kupferleitungen und optische Verbindungen vorgesehen. Die PCI-Express-Spezifikation beschreibt das Software-Protokoll, elektrische und mechanische Eigenschaften der Steckverbinder und Erweiterungskarten. Davon ist einiges von den seriellen Verbindungssystemen, wie USB und FireWire, bekannt. Zum Beispiel das Ein- und Ausstecken im laufenden Betrieb (Hot-Plug) und das Bündeln mehrerer Leitungen zur Steigerung der Übertragungsrate.

PCI Express wird in Zukunft noch mehr an Bedeutung gewinnen. Die Halbleiterschaltungen von PCI Express werden in abgewandelter Form auch für DisplayPort, SATA und SAS verwendet. So wird SATA in Zukunft von einer SSD-Schnittstelle mit dem Namen SATA Express abgelöst, die in erheblichen Maße von PCI Express beeinflusst ist.

Es gibt für PCIe verschiedene Slots bzw. Steckplätze auf dem Motherboard. Typisch sind die langen x16-Slots für Grafikkarten und die kurzen x1-Slots für unterschiedliche Erweiterungskarten. Manche Motherboards verfügen auch über x4- und x8-Slots. Die Bezeichnung x1, x4, x8 und x16 sagt aus, wie viele PCIe-Lanes in dem Slot kaskadiert sind.

Grundsätzlich funktionieren kurze Karten auch in langen Slots. Aber Achtung, die mechanische Länge sagt nichts darüber aus, wie viele Lanes ein Slot hat. Ein x16-Slot kann auch nur 4 (x4) oder 8 (x8) Lanes haben. Bei manchen Boards teilen sich mehrere Slots die Lanes.

Im Gegensatz zu PCI, mit der Busstruktur, bei der sich alle angeschlossenen Komponenten die verfügbare Bandbreite teilen müssen, werden bei PCI Express serielle Verbindungen zu einem Switch geschaltet, der sich im Chipsatz befindet. Der Switch verbindet eine PCIe-Baugruppe direkt mit dem Arbeitsspeicher oder anderen Baugruppen mit der vollen Bandbreite und Geschwindigkeit. Auf der logischen Ebene ist PCIe voll kompatibel zum alten PCI. Das Betriebssystem merkt keinen Unterschied. Auch im Windows-Gerätemanager ist von PCIe nicht viel zu erkennen.

Statt paralleler Bussysteme werden also serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verwendet. Schon bei Ethernet wurde die alte Bus-Topologie durch eine Stern-Topologie ersetzt. Eine zentrale Schaltstelle (Switch) verbindet jeweils zwei Geräte direkt miteinander.

Die Gründe für den Umstieg von der bewährten Busstruktur zu seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen liegt in der riesigen Anzahl von Adress- und Signalleitungen. Die steigende Anzahl an Signalleitungen auf dem Motherboard benötigt sehr viel Platz, verbunden mit einem hohen Stromverbrauch. Auch die Übertragungsgeschwindigkeit lässt sich nicht beliebig steigern, weil sich die parallel liegenden Leitungen gegenseitig beeinflussen (Übersprechen).

Die Übertragungstechnik von PCI Express beruht auf jeweils zwei differenziellen Leitungspaaren (4 Adern), die als Link oder Lane bezeichnet werden. Das eine Leitungspaar für den Datenversand, das andere für den Datenempfang. Zur Steigerung der Geschwindigkeit darf ein Gerät mehrere Lanes benutzen. Insgesamt lassen sich bis zu 32 Lanes bündeln. In der Praxis sieht es jedoch so aus, dass einfache Erweiterungskarten nur einen Lane haben. Ausnahmen bilden Grafikkarten-Slots, die als PEG (PCI Express for Graphics) bezeichnet werden. Ihnen stehen 16 Lanes zur Verfügung. Die Parallelisierung der Daten erfolgt jedoch nicht auf der elektrischen, sondern auf einer höheren Protokollebene. Hier werden auch Laufzeitunterschiede, Leitungsstörungen und Ausfälle kompensiert.

Die Übertragungsgeschwindigkeit bei PCIe "orientiert" sich an der Version und der Anzahl der Links bzw. Lanes. Je höher die Version und je mehr Lanes, desto höher die Bandbreite und desto höher ist die Übertragungsgeschwindigkeit. Die Bandbreite gibt dabei an, wie viel Kapazität für die Datenübertragung theoretisch bzw. maximal zur Verfügung steht. Die tatsächliche Datenrate liegt jedoch darunter.