100-Gigabit-Ethernet: Der Höhepunkt der Bildverarbeitungsschnittstellen

Seit Emergent Vision Technologies vor fast zehn Jahren die weltweit ersten preisgekrönten 10-Gigabit-Ethernet-Kameras vorstellte, wurden von anderen Anbietern nur Me-Too-Produkte eingeführt. Seitdem hat Emergent im Jahr 10 die Veröffentlichung seiner äußerst erfolgreichen und preisgekrönten 25-Gigabit-Ethernet-Kameras der BOLT-Serie vorangetrieben. Emergent treibt die Ankündigung seiner 2018-Gigabit-Ethernet-Kameras der Zenith-Serie erneut voran. Ab sofort sind zwei Modelle der neuen Zenith-Serie erhältlich; Die 100 Megapixel HZ-65000-G (GMAX3265) und 103 Megapixel HZ-100-G (GMAX32103) Kameras.

Fortschritte in der Sensortechnologie

Die Geschwindigkeitsfortschritte werden größtenteils durch die Verfügbarkeit hochwertiger Bildsensoren vorangetrieben, die wiederum durch die Anforderungen von Hochgeschwindigkeitsanwendungen bestimmt werden. Viele Anwendungen erfordern hochauflösende Bilder und ohne Schnittstellen mit der höchsten Geschwindigkeit werden die Bildraten nicht den Anforderungen gerecht. Virtuelle Realität, volumetrische Erfassung und Sportanalysen sind solche Anwendungen. Einige Anwendungen erfordern sowohl eine hohe Auflösung als auch hohe Bildraten. AOI ist eine dieser traditionellen Bildverarbeitungsanwendungen.

Sony Pregius S-Sensoren wie der IMX530 und die neuesten Weiterentwicklungen von Gpixel mit GMAX3265 und GSPRINT4521 sind Sensoren, die Schnittstellen mit der höchsten Leistung erfordern. Aufsteiger BOLZEN HB-25000-SB Die 25-Gigabit-Ethernet-Kamera liefert die maximale Leistung des IMX530-Sensors mit 98 Bildern pro Sekunde.

Der brandneue Zenith HZ-21000-G Die 100-Gigabit-Ethernet-Kamera (GSPRINT4521-Sensor) liefert atemberaubende 600 fps bei voller Auflösung von 21 Megapixeln. Wir werden nun untersuchen, welche Vorteile diese Schnittstellen gegenüber ihren Konkurrenzlösungen haben:

Kabellänge

In dieser Kategorie gibt es wirklich keine Konkurrenz. Wie SFP+ (10G) und SFP28 (25G) bietet QSFP28 (100G) sehr kostengünstige Standard-Transceiver-Teile, die eine Singlemode-Glasfaserstrecke von 10 km und mehr ermöglichen. Außerdem kann dieselbe SMF-Faser für eine einfache Vorwärts- und Abwärtskompatibilität in jeder Geschwindigkeitsanwendung verwendet werden. Das Gleiche gilt nicht für das 10GBaseT-Ethernet-Pendant, das wie CXP auch eine begrenzte Kabellänge hat und außerdem sehr stromhungrig ist. Es ist erwähnenswert, dass es aus denselben Gründen keine Einführung von 25GBaseT und 40GBaseT geben wird – die Kabellänge sollte auf 30 m begrenzt werden und der Stromverbrauch machte die Entwicklung von PHY-Chips unpraktisch. Dies bedeutet auch den Tod von POE, das für 10GBaseT bereits unpraktisch war.

Serverauslastung

Die Serverauslastung kann bei den Lösungen verschiedener Kamerahersteller für Ethernet-Schnittstellen stark variieren, und die perfekte Implementierung kann nur mit einer Lösung erfolgen, die die Ethernet-Paketverarbeitung auf die Netzwerkkarte verlagert. Viele Anbieter verfügen nicht über eine solche Technologie und es kommt zu Frame-Drops beim Betrieb von zwei 10-Gigabit-Ethernet-Kameras auf einem einzigen Server.

Emergent bietet seit jeher eine Lösung mit höchster Leistung, um mit bis zu 16 Kameras auf einem einzigen Server beim Streaming und Speichern auf RAID null Bildverluste zu erzielen. Dieselben Technologien zur Leistungssteigerung sind in den Angeboten von Emergent in den 10G-, 25G- und jetzt 100G-Produktlinien gleichermaßen vorhanden.

Vereinfachte Systemarchitektur

Mehrere 10G- oder 25G-Kameras können über einen Switch auf eine einzige 100G-Verbindung gemultiplext werden, und der Switch kann optional PTP für eine Synchronisierungsgenauigkeit im Mikrosekundenbereich bereitstellen. Einen solchen Schalter kann man schon für ein paar tausend Dollar beschaffen. Kameras können natürlich auch direkt an den Server angeschlossen werden, wobei mehrere Port-NICs auch die Anzahl der PCIe-Steckplätze reduzieren. Alle Implementierungen können auch geändert werden, um Systemredundanz für kritische Anwendungen zu ermöglichen. Multicasting kann auch für verteilte Verarbeitungsarchitekturen eingesetzt werden. Die Flexibilität ist endlos.

Verarbeitung

Viele Anwendungen zeichnen Daten auf und verarbeiten sie nach, um Ergebnisse zu erzielen. Es bestehen Alternativen zur weiteren Bearbeitung, sofern der Antrag dies erfordert. Einige Implementierungen nutzen GPU-Karten, die mit der NIC im selben Server verbunden sind, und andere Implementierungen mit höheren Verarbeitungsanforderungen können FPGA-Karten von Bittware verwenden, die über 100 % kompatible Schnittstellen wie SFP+, SFP28 und QSFP28 verfügen, sodass die gesamte Verarbeitung auf dem Server erfolgen kann Für einfache Buchhaltungsaufgaben können dieselbe Schnittstellenkarte und ein kostengünstiger Server eingesetzt werden.

Fabrik robust

Ähnlich wie 10GBaseT verfügen auch SFP-Technologien über industrietaugliche Kabeloptionen. Emergent hat außerdem gerade seine neuen robusten IP67-Gehäuse für die Produktlinien 10G, 25G und jetzt 100G auf den Markt gebracht, um den Anforderungen der rauesten Umgebungen gerecht zu werden.

Fazit:

Aus folgenden Gründen würde man Emergent SFP+-, SFP28- und QSFP28-Ethernet-Kameras verwenden:

• Ultrahohe Daten-/Bildraten
• Viele Zubehör- und Verkabelungsoptionen zur Abdeckung jeder Länge
• Unterstützung von Kameranetzwerken und genaue Synchronisierungsmethoden für mehrere Kameras, einschließlich PTP-Unterstützung
• Multicast-Videotechnologie
• Geringer CPU-Overhead, geringe Latenz und geringer Jitter
• Höchste Kameraanzahl pro PC-Leistung
• Sehr wettbewerbsfähiges Preis-Leistungs-Verhältnis
• Branchenakzeptanz durch IEEE- und AIA-Standardisierung