ホワイト ペーパー: 10GigE および 25GigE に関するよくある質問

よくあるご質問

10GigE (別名 10 ギガビット イーサネット) は、マシン ビジョン アプリケーションの主要なインターフェイスである 1GigE (1 ギガビット イーサネット) の後継です。 後継の 10GigE は、1GigE と同じ利点をすべて提供しつつ、データレートが 25 倍になり、フレームレートが XNUMX 倍になります。 XNUMXGigE はさらに一歩進み、データ レートとフレーム レートが XNUMX 倍に向上します。

XNUMXGigE と XNUMXGigE は、XNUMXGigE と同様に、何年も前から存在し、IEEE XNUMX ワーキング グループによって管理/策定されている業界標準の一部です。 この規格は、テレコム、データ通信、産業、軍事などのアプリケーションで使用されており、現在、マシン ビジョン アプリケーション向けに、世界的に認められているこの業界横断的なテクノロジの利点を活用しています。

10GigE/25GigEとは?

はい。 GigEVision (マシン ビジョン固有のインターフェース規格) は、そのバージョンに関係なく、10GigE および 25GigE カメラをサポートします。 それ以降のバージョンでは特定の10GigE 要素がいくつか追加されていますが、Emergent のカメラをNI Labview、MVTec Halcon、Norpix StreamPix、Matrox MIL、Cognex VisionPro などのさまざまな GigE Vision 準拠ソフトウェアとともに使用使用するにあたり、特に重要ではありません。

10GigE で利用可能な最大帯域幅は 10Gbps または 1,250 Mbytes/s で、25GigE では 3,125Mbytes/s で、業界最速のシングル リンク ソリューションです。

もちろん。10GigE と 25GigE の両方とも、新しい SDI と見なされています。放送業界が急速に、イーサネット ベースのテクノロジに向け従来の SDI インターフェイスを放棄している事がそれを示しています。 放送用のストリーミング テクノロジーは SMPTE 2110 であり、Emergent カメラはファームウェア アップグレードによりこの技術をサポートし、さまざまな放送アプリケーションにシームレスに適応します。 今年、SMPTE 2110 と RCP 機能が Emergent カメラに追加されます。

GigE などの強力な標準を使用することの最も重要な利点の 10 つは、さまざまな業界の複数の企業によりさまざまなコンポーネントを利用できるようになっていることです。 ケーブルオプションも例外ではありません。 45GigE の 45 つの主なコネクタ オプションは、SFP+ と RJ2 です。 RJ100 はケーブル長が短い場合に適したオプションです。なぜなら、RJ25 ソリューションで 28m接続する場合の消費電力は XNUMXW 追加必要となる可能性があり、カメラの小型化において問題になるためです。 SFP+ は最も柔軟なオプションであり、消費電力を最小限に抑えることを意識しています。 XNUMXGigE の規格では SFPXNUMX が定義されており、マルチレート スイッチやその他の機器の SFP+ と完全に互換性があります。

SFP+ または SFP28 インターフェイスを使用すると、基本的に1種類のケーブルオプションがあり、すべてのアプリケーションのケーブル長要件をカバーします。 最初の、最も安価なオプションはダイレクト アタッチです。これは銅ベースのパッシブ ソリューションであり、これらの一体型ケーブルのケーブル長は 10m から 28m です。 1 番目のオプションは、SFP+ または SFP300 マルチモード ファイバー モジュール/トランシーバーと LC-LC マルチモード ファイバー ケーブルを使用し、この 28 ピース ケーブルのケーブル長は 1 m から XNUMX m です。 XNUMX 番目のオプションは、SFP+ または SFPXNUMX シングルモード ファイバー モジュール/トランシーバーと LC-LC シングルモード ファイバー ケーブルを使用し、この XNUMX ピース ケーブルのケーブル長は XNUMX メートルから 数XNUMX キロメートルです。

これらのケーブル オプションの価格帯は、マシン ビジョンに固有のケーブル オプションを使用する一部のインターフェイス テクノロジとは異なり、複数の業界で大量に使用されるため、非常に低価格です。

ホワイト ペーパー: 10GigE および 25GigE に関するよくある質問 - ケーブル オプション

前述のように、10GigE および 25GigE マシン ビジョン アプリケーションのコンポーネントは複数の業界で使用されているため、そのようなテクノロジのサプライヤは大量に扱うことができ、その結果、マシン ビジョン固有のインターフェイスやテクノロジに比べてはるかにコストが削減されます。 むしろ、マシン ビジョン固有のインターフェイスやテクノロジは、アプリケーションに適合するコンポーネントを探す事に苦労しており、またコンポーネントが手に入る場合も、わずかなプロバイダに限られるため、時として価格に影響を及ぼします。

さらに、10GigE の採用率は、ほぼ 10 年前に Emergent が最初の 25GigE カメラ モデルを発売したときの予測をすでに上回っています。 このインターフェイスは現在、データセンターやその他の多くのアプリケーションを主に支配しており、その結果、価格が下がっています。XNUMXGigE はすでに多くの業界で十分に確立されており、テレコムおよびデータセンターに関連する主要な業界によって大きく推進された規格でした。

これらの業界は 40GigE を好まず、イーサネットの速度範囲の空白を埋めるだけでなく、QSFP25 (クワッド 100GigE) である 28GigE などの高速インターフェイスを構築するためのリンクである 25GigE を必要としました。

カメラの場合、価格は性能に比例します。 すべての Emergent カメラの価格設定は、USB、CoaXPress(CXP)、または CameraLink などのマシン ビジョン固有のインターフェイスとの価格性能比で最も優れています。

10GigE Emergent カメラの消費電力は約 7W で、同等の性能のカメラと同等かそれ以下です。 25GigE では、電力は約 9W までしか上昇しません。これも、同等の性能のカメラと同じかそれ以下です。 この消費電力は、インターフェイスによるものではなく、このような高いデータ レートで必要とされる FPGA 処理によるものです。

Emergent が最初に 10GigE カメラ シリーズを発売してから 10 年が経った今、数社のカメラ ベンダーが 10GigE カメラをリリースし、パフォーマンスに関する貴重な教訓を学んでいるため、これは非常に重要なトピックです。

当社のカメラが 10 年前に初めて発売されたとき、Emergent はコンピューターでのパフォーマンス レシーバー テクノロジの必要性を認識し、Myricom と提携して、MVA または Machine Vision Accelerator と呼ばれる完全に CPU オフロードのソリューションを作成しました。

最近では、Emergent は Mellanox と提携して、Mellanox の VMA または Mellanox の Messaging Accelerator で同じテクノロジーを実装し、25GigE NIC 以上のサポートを可能にしています。

このようなテクノロジーの利点は次のとおりです。

  1. PC あたりのカメラ数の最大化
  2. 非常に低い CPU 使用率 (2Gbps のビデオ ストリームで 9% の単一 CPU コア オーバーヘッド)
  3. システム メモリ帯域幅の最小化
  4. 極めて低いレイテンシ(テスト結果については、以下のセクションを参照ください)
  5. 極めて低いジッター(テスト結果については、以下のセクションを参照ください)

2つ目のポイントは、主に 3つ目と XNUMXつ目のポイントの結果です。 このソフトウェアは、 NIC (ネットワーク インターフェイス カード) からシステム メモリへの DMA またはダイレクト メモリ アクセスを採用し、パケット ヘッダーを含まない完全なビデオ フレームを連続したメモリ位置に配置します。よって、CPU やシステム メモリを介在するデータ コピーやその他の NDIS カーネル バイパスを必要としません。

競合する 10G カメラ テクノロジに関してお客様から報告された制限事項に、2 台のカメラでもパケットやフレームがドロップするという問題がありました。 さらに、これらの競合他社の一社は、8 台の PC で 14 台を超えるカメラをテストしていないことを顧客に公然と認めています。 多くのお客様は、XNUMX 台の PC で XNUMX ~ XNUMX 台のカメラを実行できる当社の信頼性を必要としています。 Emergent Vision Technologies は、信頼できるフル機能のマルチカメラ システムを数年間お客様に提供してきました。 さらに、コンピュータあたりのカメラ数が増えると、システム全体のコストが大幅に削減されます。

これらはすべて、Emergent 25GigE カメラにも同様に当てはまり、Mellanox の 25GigE デュアル ポート NIC は、これらの高速アプリケーションに取って代わり、Myricom 10GigE デュアル ポート NIC とほぼ同じ価格で提供されます。

Mellanox の VMA と Myricom の MVA とは何ですか? また、パフォーマンスにどのように影響しますか?

  • 超高速データ/フレームレート
  • あらゆる長さをカバーする多くのアクセサリとケーブル オプション
  • カメラネットワークのサポートと、PTP サポートを含む正確なマルチカメラ同期方法
  • マルチキャスト ビデオ テクノロジー
  • Myricom の MVA と Mellanox の VMA を使用した低 CPU オーバーヘッド、低遅延、低ジッタ
  • PCパフォーマンスあたりの最大カメラ台数
  • 非常に競争力のあるコスト/パフォーマンス
  • IEEE および AIA の標準化による業界の受け入れ

Myricom の MVA または Mellanox VMA を利用すると、以下の結果が得られます。 3595Gbps のライン レートにおいて 、理論上の転送時間は 10us(2044x1088x2bytesx8bits / 10Gbps = 3595us) であり、3000 フレームのサンプル サイズに基づいて、Windows と Linux で次の結果となります。 レイテンシーは当然イメージ サイズの関数であるため、10G レートと比較して 1G レートで実行するだけで、既にレイテンシーが 3752 倍改善されています。 次に、レイテンシの追加 (またはオーバーヘッド) の寄与分に着目します。これは、以下の 3595 つのヒストグラムにおいて平均値として表示される実際の値から理論値を差し引くことで確認できます。 Windows では 157us-3665us = 3595us の追加レイテンシであり、 Windows としては非常に良好な値です。 Linux の場合は更に良好な値で、70us-XNUMXus = XNUMXus の追加レイテンシとなります。

標準偏差とジッタも、Windows と Linux でそれぞれ約 +/-30us と +/-15us と非常に良好であることがわかります。 MVA または VMA を使用すると、10GigE は 1GigE 及びオペレーティング システムによる協調に依存する他の多くのインターフェイス テクノロジ(たとえそれがいかに最も高度なドライバーテクノロジーを含んでいても) よりも優れています。 したがって、最高のパフォーマンスを得るには、Myricom MVA または Mellanox VMA と Emergent カメラを使用してください。

25GigE の場合遅延は 2.5 倍改善され、上記の例における理論上の転送時間が約 1438us となります。

10GigE と 25GigE のジッターとレイテンシーとは何ですか? 1GigE と比較してどうですか?

新しい 10GigE および 25GigE カメラを Myricom の MVA あるいは Mellanox の VMA と組み合わせると、あらゆる技術カテゴリで他のインターフェースと同等またはそれを上回り、その価格性能比は最高です。 VMA あるいは MVA を使用すると、1GigE に関連するCPU 使用率、レイテンシー、ジッターといった問題はすべて解消されます。 業界からの受け入れやすさにおいても優れています。

10GigE と 25GigE は他のインターフェースと比べてどうですか?

ここでの結論を正当化するためにいくつかのコメントが必要です。同意するか、私たちが常に提案する更なる検証を行うかは、読者の皆様次第です。特に他の販売主導の情報源からの情報や、特定のインターフェース技術の支持者によって直接的または間接的に資金提供されていることが多い雑誌記事を読んで購入を行う方々は、検証する事をお勧めします。

帯域幅:

最も近い競合相手は CXP です。 10GigE は CXP6 と CXP12 の両方の競合相手になる可能性があります。10GigE は CXP6 よりも高い帯域幅を持っており、CXP12 に対してはわずかに低い帯域幅となります。 お客様が 10GigE よりも高速な速度を必要とする場合は、CXP25 の 12 倍の帯域幅となる XNUMXGigE が使用されます。

私たちは 10GigE と 25GigE を論理的に提供し、お客様のさまざまな解像度とフレーム レートのニーズに対応します。

CXP が持つ複数リンク機能の概念について触れないことは怠慢にあたるかも知れません。もちろん、複数のケーブルを追加することで速度を上げることができます。 それに伴い直面する問題は、カメラ、ケーブル、およびフレーム グラバー製品のグレードが高くなるため、大幅な追加コストがかかることです。特に、長いケーブルが必要な場合は顕著となり、CXPチャネル毎にリンクに個別の高価なファイバー アダプターが必要となります。ここで注意すべきことの 25 つは、センサーの速度が追いつくには時間がかかるということです。今のところ、12GigE よりも高速で適切なセンサーは多くはありません。センサーの準備が整うまでにはまだ数年かかりますので、今は高価な CXP4 xXNUMX リンクを捨て去り、その間に私たちは低コストのシングル リンク ソリューションを提供します。

ケーブル長:

最も近い競合相手は CXP です。 低コストの汎用 SFP+ 及び SFP28 トランシーバーにより、リンク長の制約は実質的にありません。 対して、CXP6 と CXP12 はそれぞれ 72m と 30m です。ただし、高価なファイバー アダプターを使用するとさらに延ばすことは可能です。SFP+/SFP28 トランシーバーと CXP または CameraLink ファイバー アダプターを区別することは重要です。 トランシーバーは低コストの汎用製品で、カメラと NIC に直接挿入されますが、ファイバー アダプターは高価でかさばるハードウェアの外付け部品 (多くの場合、カメラ自体と同じかそれ以上のサイズ) であり、極めて少数のサプライヤーによって製造されています。そしてこれらはカメラの CXP または CameraLink ケーブルの途中のどこかに設置され、興味深いことに、Emergent カメラがカメラに直接搭載するのと同じ SFP+ トランシーバーを使用します。 そして、当然のことながら、グラバーは通常カメラと同じインターフェースを備えているため、リンクの両端に 各々XNUMX つのファイバー アダプターが必要です。

標準規格 :

これは、IEEE の支持を受けているイーサネット テクノロジが当然勝っており、GigEVision が AIA で支持されていることでさらに強調されます。 既存のイーサネット技術は、マシン ビジョンまたはブロードキャスト アプリケーションでの使用にも適用できます。 上位をリストアップするなら、一般的なネットワーク、PTP、マルチキャスト、SMPTE 2110、およびその他の多くの定義済みプロトコルなどです。

業界での採用:

ここでは、マシン ビジョンという比較的小規模な XNUMX つの業界だけでなく、すべての業界でのインターフェイス テクノロジの採用について検討します。 この観点から、優先されるインターフェイスが何であるか、製品の入手可能性、価格設定、および技術の進歩を促進するものは何なのかは疑問の余地がありません.

CPU 使用率/レイテンシー/ジッター:

Emergent と Mellanox および Myricom とのパートナーシップにより、業界トップのフレーム グラバーと同等のパフォーマンスを実現しながら、大幅なコストダウンを実現しています。

価格性能比:

多くの場合ここに行き着くのですが、私たちはお客様に、競合他社から完全なシステムの見積もりを取得し、ソリューションをコミットする前に技術的なデューデリジェンスを確実に実行してから、すべての結果を比較するよう勧めます。 これは、10GigE やその他のイーサネット ベースのカメラを提供している競合他社と同様に、高価な CXP 製品を推進している競合他社にも当てはまります。それは、技術だけでなく、実装とサポートの品質にも関係するからです。

結論として、比較のために見積もりを取得するときは、少なくとも 10GigE が CXP6 x1/x2 または CXP12 x1 と比較され、25GigE が CXP6 x4 または CXP12 x2 と比較されていることを確認してください。

さらに、当社の NIC とフレームグラバーを比較して、PCIe スロットあたりのカメラ チャネルの数を理解する必要があります。CXP カードが独立したカメラ チャネルをサポートしていると仮定すると、CXP2 x25 カードまたは CXP6 x8 と同等の 12GigE Dualポート カードを私たちは提供します。

最後に、ケーブル オプション、特にケーブル長の制限について理解してください。これは、CXP ファイバー コンバーターが必要な場合に大幅な追加コストが発生する可能性があるためです。

Emergent のソリューションは、eCapture ビューア ソフトウェアと eSDK の両方で Windows 7 / 8 / 10および UbuntuRedHatCentOS Linux をサポートします。

はい。 当社のカメラは GigE Vision 規格に準拠しているため、イーサネットの速度に関係なく互換性があります。

Emergent ドライバーを使用し、Mellanox あるいは Myricom NIC と組み合わせると、最高のパフォーマンスが得られます。通常、サードパーティ製ソフトウェアは、GenTL テクノロジを介して私たちのローレベルドライバを使用した画像取得、あるいは独自の手段を提供しています。

ケーブル、スイッチ、ネットワーク インターフェイス カードなどです。

多くの企業が、スケーラブルな分散処理アーキテクチャに非常に適した SFP+ インターフェイスを備えた産業用モジュールとシャーシ ブレードを長い間使用してきています。

以下のグラフは、さまざまなアプリケーションでの 10GigE と 25GigE の採用を非常に明確に示しています。

1GigE と 10GigE の両方が市場の確固たる地位を占めている一方で、25GigE が徐々に減少していることに注目してください。 また、コネクタ/ケーブル技術の大部分は SFP+ (10G 用) および SFP28 (25G 用) であり、10GBaseT/RJ45 やその他の銅ベースのイーサネット テクノロジではないことに注意してください。これは、主要なプレーヤーがこれらを遺物とみなしており、それらを使用する新製品の開発を拒んでいるためです。これは、BaseT テクノロジの消費電力が高いためですが、BaseT とマルチレート スイッチまたは SFP+ と SFP28 が共存できる他のテクノロジとの非互換性がないことも原因です。

10m 未満の短い配線では、SFP+/SFP28 互換の銅ベースのダイレクトアタッチケーブルを使用でき、これは非常に低電力です。

サーバー データ レートの展開 (出典: Discerning Analytics, LLC)

サーバー データ レートの展開 (出典: Discerning Analytics, LLC)

PTP 方式は、Emergent カメラで一般的に使用されます。 EVT_PTP eSDK サンプルを使用して、開発を開始できます。 スイッチと適切なグランドマスター構成により、サブマイクロ秒の精度で同期できます。 過去 10 年間でスイッチの価格は大幅に下落したため、コストへの影響を恐れる必要はありません。 とはいえ、同期精度要件が数十マイクロ秒の範囲にない場合、PTP はスイッチとハードウェア グランドマスターを必要としません。

さらに、Emergent は標準の GPIO アクセサリ オプションを提供し、ユーザーが提供するハードウェア信号を介して外部ハードウェア トリガーを介してカメラをトリガーし、サブマイクロ秒の精度でトリガーできるようにします。

スイッチレス同期についても参照してください。 https://emergentvisiontec.com/resources/

EVT_Mcast/EVT_Mcast_Master および EVT_Mcast/EVT_Mcast_Slave eSDK サンプルを使用して、開発を開始できます。

一般に、XNUMX 台のカメラからのビデオは、低格帯のスイッチを介して複数の受信機に送信できます。 受信機は通常、これらのタイプのアプリケーションで次のことを行います。監視目的でビデオを受信して表示、データを分散処理、画像ファイルを RAID ストレージに保存、あるいは適切なパフォーマンスのサーバーを使用しこれらすべてを実行します。

通常、XNUMX台のコンピューターがマルチキャスト マスターであるため、EVT_Mcast_Master サンプル相当のアプリケーションをそこで実行します。 このアプリケーションは、カメラを制御し、オプションでビデオ データを受信します。 他の XNUMX台または多数のコンピュータが、 EVT_Mcast_Slave サンプル相当のアプリケーションを実行し、ビデオ データを受信して処理します。

一般に、Emergent カメラは GigEVision 準拠として AIA によって認定されているため、GigEVision 互換ソフトウェアは Emergent カメラで動作します。私たちは NI Vision Acquisition Toolbox、MVTec Halcon、Norpix StreamPix 3、Matrox MIL、Cognex VisionPro など、多くのサードパーティ ソフトウェアでテストを行いました。Emergent では、カメラを購入すると無料のソフトウェアも提供しています。eCapture は無料のビューアー ソフトウェアであり、eSDK は、高性能アプリケーションを簡単に開発するための C++ SDK です。

標準的な PCIe x8 または x16 の空きスロットを持つコンピューターが、さまざまなオペレーティング システムで Mellanox 及び Myricom NIC をサポートします。 Asus の非常にシンプルで安価なミニ デスクトップには、x16 PCIe 空きスロットがあり、開発用に使用できます。 Sonnettech Echo Express SE III などのコンパクトな拡張シャーシを使用することで、Thunderbolt 3 経由でラップトップでもこうしたNIC を使用することができます。

カメラ数の多いアプリケーションでは、通常、多くの利用可能な PCIe スロットを備えた Supermicro または Asus システムを採用します。

最終的なシステムは、必要な画像処理の量とデータ/フレーム レートにのみ依存します。 プロセッサを集中的に使用するアプリケーションの場合、CUDA を実行する NVidia の GPU/ビデオ カードまたはサードパーティの FPGA カードを使用できます。 Mellanox 及び Myricom NIC から到着するデータのオーバーヘッドは非常に低いため、システムはこのデータを GPU に簡単に転送してさらに処理することができます。

結論として、Emergent カメラとホスト技術により、お客様のアプリケーションを成功させる最高のチャンスを提供します。

10 年前、Emergent は世界初のエリア スキャン 10GigE カメラを発表し、それ以来、超高速イーサネット カメラのパイオニアと見なされてきました。 最近では、Emergent は世界初の 25GigE エリア スキャン カメラと、世界初の 10GigE および 25GigE ライン スキャン カメラを発売しました。 これは、Vision Systems Magazine でゴールドおよびプラチナ イノベーター アワードを受賞したほか、NABSHOW でカメラ カテゴリの 2019 Product of the Year 賞を受賞しています。

10 年後の現在、競合するカメラ会社は、高速イーサネット カメラ技術の必要性を認識しています。 独自の 10GigE カメラの発売を試みた企業もありましたが、パフォーマンスの問題に苦しんでいたため、多くの顧客が当社に来ました。 テクノロジーに関する当社の長年の経験は、業界で比類のないものです。 当社の製品は非常に成熟しており、信頼性が高いため、お客様による高速テクノロジーのインテグレーション時間と費用を節約できます。

Emergent は、システムとアプリケーションの開発に必要なすべての基本的なアクセサリを提供します。

ダイレクト アタッチ ケーブル (SFPDA-3M)、光トランシーバー (XCVR_SR = マルチモードまたは「ショート リーチ」、XCVR_LR = シングルモードまたは「ロング リーチ」) 、マルチモードとシングルモードの両方のアプリケーションに対応する LC-LC ファイバー ケーブルなど、必要なすべての SFP+ ケーブル オプションを提供します。シングルモードファイバーは、一般的に 300m を超える長距離アプリケーション向けですので、要件については Emergent にお問い合わせください。

パートナーである Mellanox および Myricom Inc. から、シングルおよびデュアル ポートの 10G および 25G ネットワーク インターフェイス カードを提供しています。

最後に、インテグレーションを完成させる GPIO と電源オプションを提供します。

当社は、10GigE および 25GigE マシン ビジョン アプリケーションのニーズに対応するワンストップ ショップです。

Emergent の Web サイトには、フレーム レート計算ツールがあります。 https://emergentvisiontec.com/resources/

ネットワーク スイッチは堅牢な設備においてより大きな役割を果たしており、マルチカメラ セットアップでのそのようなデバイスのコストは、業界を超えた使用により低く、またより低下していると考えられます。 スイッチが採用される主な理由は XNUMX つあります。

PTP配信

単一の高精度 PTP グランドマスター クロックを、スイッチを介して接続されているすべてのデバイスに簡単に分配できます。

カメラ/デバイスの多重化

HR-10-SC のような 10 台の 12000GigE カメラを、シングルポート 100GigE NIC を搭載するサーバーに戻る単一の 100GigE リンクに多重化できます。 これは、NIC を搭載する PCIe スロット数が限られているサーバーを使用する一部のシステムで必要です。 PC ごとに 10 台のカメラを使用するアプリケーションで、5 個のデュアル ポート 10GigE NIC を必要とする場合、シングル 5G NIC 10枚に対してデュアル 1G NIC 100枚の追加コストと、また必要とするスロット数が多いためサーバー コストが増加する事を考慮してください。 Emergent の 100G NIC には、前述のようなクラス最高のパフォーマンスを持つ利点があります。

冗長化

多重化のポイントを念頭に置いて、100G NIC を備えた単一のサーバーが使用できなくなった場合、同様の冗長サーバーへの迅速な切り替えにより、ダウンタイムが実質的にゼロになることを考慮してください。 また、0x 1G 対 100x 10G のように、少数の高速リンクで冗長性を実行すると、必要なスイッチ ポートがはるかに少なくなることも考慮してください。