ホワイト ペーパー: 10、25、50、および 100GigE ビジョンの利点を理解する

従来の GigE フレーム取得モデルを図 2 に示します。1 GigE が最適でない場合、高性能ドライバーの実装には Intel PRO/1000 ベースのネットワーク インターフェイス カード (NIC) が推奨されます。

図 3 に示す最適化された GigE モデルは、リモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) と RDMA over Converged Ethernet (RoCE) を提供します。 このシステムは、CoaXPress (CXP) と同じ低ジッターと低遅延で、CPU 使用率が低く、フレームの欠落がありません。

RDMA で最適化された GigE モデルは、リモート オペレーティング システムと CPU を介さずに、あるホスト (ストレージまたはコンピューター) のメモリから別のホストのメモリへのダイレクトアクセスを提供します。 RoCE は、イーサネット ネットワークを介した RDMA の効率的なデータ転送を可能にする標準プロトコルであり、ハードウェア RDMA エンジンの実装によるトランスポート オフロードを可能にします。 このように設計されたネットワークは、低レイテンシで、CPU 負荷が低く、帯域幅が広いため、パフォーマンスが最適化されます。

IEEE の標準化と GigE ソリューションの成功により、メーカーにはハードウェア、ソフトウェア、およびアクセサリの多くの選択肢があります。 たとえば、GigE Vision ソリューションでは、市販の NIC または FPGA カードを使用して 100GigE カメラに直接接続できるため、システムの複雑さが軽減されます。

イメージング システムの設計を推進するのは、より高度なマシン ビジョンに対する需要です。 グラフィック プロセッシング ユニット (GPU) は、高速化、3D イメージング、ディープラーニングなどを含むアプリケーションでの使用が増加しています。 GPU を統合すると、AI ソリューションを導入して高度な画像システムを導入できます。NIC と GPU を 2 つのカード ソリューションに組み合わせた NVIDIA の BlueField-XNUMX は、AI 処理テクノロジの大きな進歩です。 このようなイノベーションは、マシン ビジョンおよびイメージング技術の機能を進化させ、拡大し続けています。

サードパーティ製の既製のアクセサリ、GPU サポート、高速データ転送、およびフレーム レートの向上といった GigE カメラの利点は、工場の外での使用も拡大させています。 図 4 に示すように、デュアル NIC と NVIDIA Xavier GPU を備えた 2 台の 25GigE カメラが、ドローン システム導入のための最適なアーキテクチャを提供します。 

イメージング ソリューションが工場の外でも使用されるようになり、OEMにとって複雑さを軽減させることができる GigE Vision が ますます重要になっています。 さらに、SFP+ (10G)、SFP28 (25G)、および QSFP28 (100G) が低コストの汎用トランシーバー パーツを提供し、シングルモード ファイバーは最大 10 km 以上の接続が可能です。 監視、輸送、スポーツ技術など、カメラを PC から遠くに設置する必要があるアプリケーションでは、ケーブルの長さが重要です。 GigE カメラを採用する利点は次のとおりです。 

• 超高速データおよびフレームレート 

• 長距離をカバーするアクセサリとケーブル オプション 

• PTP (Precision Time Protocol) によるカメラ同期 

• カメラの多重化とマルチキャスト 

• 低 CPU オーバーヘッド、低遅延、低ジッタ 

• IEEE 標準化により、業界を超えて広く受け入れられています。 

• 競争力のあるコストとパフォーマンス 

図 5 の GigE Vision ソリューションは、24 台の 10GigE カメラ、24 台のカメラを２つの 100G リンク にマルチプレクスする PTP対応スイッチ、および画像フレームをシステム メモリに配置するためのシングルスロット 100G Dual NIC を示しています。 同等の CXP システムには、3 つの 8チャンネルフレーム グラバーが必要です。 この例における 10GigE と CXP6 の違いを表 1 に示します。 

図 7 の例では、100G Dual NIC に接続された 2 台の 100GigE カメラで構成される GigE Vision セットアップと同等にするには、8ポート CXP12 カメラが 2 台と、 4 枚の CXP-12 フレーム グラバーが必要となり、GigE Visionのコスト効率の良さが一層際立ちます。 

複数のカメラを使用するイメージング システムは、内部の時間ベースのコマンドに基づく精密なタイミングとタイム スタンプにより、外部トリガーを必要とせずに、スケジュールされ同期した画像取得を実行できます。 多くの画像とデータを 1588 つのストリームに結合すると、コンピューティングと処理能力が必要です。 GigE カメラとアクセサリは、複数のカメラをリアルタイムで正確なストリームに結合します。 手頃な価格のイーサネット スイッチが利用できるようになったことで、システム設計者は、IEEE1 PTP を有効にしてマルチカメラを XNUMX マイクロ秒で簡単に同期させることができます。

トリガー オプションがあると、インテグレーションが容易になり、GigE カメラ アプリケーションの拡張に役立ちます。 たとえば、まれにお客様が NIC からカメラにトリガーをかけたい場合、Emergent にはフロント パネル トリガー ポートを備える独自のデュアルポート 25Gb NIC とシングルポート 100Gb NIC があります。さらに、前述の FPGA カードにも IO ポート機能があります。

GigE が業界で広く採用されているため、ソフトウェアの選択肢は数多くあります。 eCapture はその一つで、プレビュー、キャプチャ、および保存のためのすべてのカメラ機能を制御する無料のビューア ソフトウェアです。 高度な機能には、関心領域 (AOI)、撮影制御、および明るさ、ガンマ、フレーム レート制御などの標準的な前処理が含まれます。 

eSDK ソフトウェア開発キットを使用すると、エンド ユーザー、システム インテグレーター、および OEM は、必要に応じて、Emergent Vision Technologies カメラを独自のソフトウェアおよび機器に統合できます。 

Emergent は、開発リソースが限られている場合や、超高速ビジョン技術の専門知識がない顧客向けに、AOI やボリューム キャプチャなどのさまざまなアプリケーション向けの完全なターンキー ソフトウェアである eCapture Pro も提供しています。

イメージング速度の進歩は、主に新しいイメージ センサーの出現によって促進され、高速アプリケーションの要件によって促進されます。 多くのアプリケーションは高解像度の画像を必要とし、最速のインターフェイスがなければ、フレーム レートが要件を満たさない可能性があります。 10GigE、25GigE、50GigE、100GigE などのインターフェイスは、仮想現実、ボリュメトリック キャプチャ、スポーツ分析、自動光学検査などのアプリケーションの高解像度、高速のニーズを満たします。 

その他の GigE Vision の利点には、サーバー使用率の低下、システム アーキテクチャの簡素化、マルチキャスト ビデオ技術、競争力のあるコストとパフォーマンス、および市場投入までの時間の短縮が含まれます。 これらの利点により、GigE Vision ソリューションは、複数の業界にわたってイメージング アプリケーションを拡大することができ、今後も拡大していくでしょう。 

高速イメージングにおける GigE Vision のメリットを考えると、GigE Vision カメラがマシン ビジョン アプリケーションの高速インターフェースに最適な選択肢であることは明らかですが、CXP のような新しい標準を立ち上げることに十分なメリットがあるかどうか疑問に思う人もいるかもしれません。 考慮事項は次のとおりです。

• 10G、25G、50G、100G、およびそれ以上の超高速データ/フレームレート
• 標準の組み込み NIC 機能を使用して、同等の CPU とメモリの使用率
•安定した画像取得タイミング
• 画像取得によって処理が遅くなることはありません
• GigE は、汎用のコンポーネントにわずかな調整を行うことで、CXP が実行できるほぼすべてのことを実行できます。
• CoaXPress over Fiber を使用する場合、Power over Cable は不可能になります
• CoaXPress は高速用に複数の同軸ケーブルを使用し、イーサネット電源に追加のケーブルを必要とします
• CoaXPress over Fiber はイーサネット物理層を使用しています
• CoaXPress over Fiber は、CXP を GigE で高速化しようとした CXP の拡張機能です。 （超高速で長いケーブル長）
• CoaXPress over Fiber には、標準を推奨するカメラ ベンダーが数社しかありません。
• CoaXPress という名前自体は、ファイバーではない同軸ケーブルを指しているため、名前自体が誤解を招く可能性があります。
• 10GigE、25GigE、および 100GigE はすでに現在利用可能であるため、GigE により市場投入までの時間が短縮されます。