백서: 10, 25, 50 및 100GigE 비전의 이점 이해

기존의 GigE 프레임 수집 모델은 그림 2에 나와 있습니다. 1GigE가 최적이 아닌 경우 고성능 드라이버 구현을 위해 Intel PRO/1000 기반 네트워크 인터페이스 카드(NIC)가 선호됩니다.

그림 3에 표시된 최적화된 GigE 모델은 RDMA(Remote Direct Memory Access) 및 RoCE(RDMA over Converged Ethernet)를 제공합니다. 이 시스템은 CoaXPress(CXP)와 동일한 낮은 지터 및 대기 시간으로 CPU 사용량이 적고 누락된 프레임이 없습니다.

RDMA 최적화 GigE 모델은 원격 운영 체제 및 CPU를 사용하지 않고 한 호스트(스토리지 또는 컴퓨터)의 메모리에서 다른 호스트의 메모리로 직접 액세스할 수 있습니다. RoCE는 이더넷 네트워크를 통한 RDMA의 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하는 표준 프로토콜로, 하드웨어 RDMA 엔진 구현으로 전송 오프로드를 허용합니다. 이 설계 네트워크는 낮은 대기 시간, 낮은 CPU 부하 및 높은 대역폭으로 성능을 최적화합니다.

IEEE 표준화와 GigE 솔루션의 성공으로 제조업체는 하드웨어, 소프트웨어 및 액세서리에 대한 다양한 옵션을 갖게 되었습니다. 예를 들어, GigE Vision 솔루션은 기성품 NIC 또는 FPGA 카드를 사용하여 100GigE 카메라에 직접 연결할 수 있으므로 시스템 복잡성이 줄어듭니다.

이미징 시스템 설계의 원동력은 보다 진보된 머신 비전에 대한 수요입니다. 예를 들어 그래픽 처리 장치(GPU)는 더 빠른 속도, 3D 이미징 및 딥 러닝과 관련된 애플리케이션에서 사용이 증가했습니다. GPU를 통합하면 AI 솔루션을 도입하여 고급 이미징 시스템을 구동할 수 있습니다. AI 처리 기술의 주요 발전은 NIC와 GPU를 하나의 카드 솔루션으로 결합한 NVIDIA의 BlueField-2입니다. 이러한 혁신은 머신 비전 및 이미징 기술의 기능을 지속적으로 발전시키고 확장합니다.

타사 기성품 액세서리, GPU 지원, 빠른 데이터 전송 및 프레임 속도 증가 GigE 카메라의 이점은 공장 외부에서 사용이 확대되고 있습니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 듀얼 NIC와 NVIDIA Xavier GPU가 있는 25개의 XNUMXGigE 카메라는 드론 시스템 배포를 위한 정확한 아키텍처를 제공합니다. 

이미징 솔루션이 공장에서 출고됨에 따라 복잡성을 줄이는 GigE Vision의 기능이 OEM에게 점점 더 중요해지고 있습니다. 또한 저렴한 상품 송수신기 부품을 제공하는 SFP+(10G), SFP28(25G) 및 QSFP28(100G)을 사용하면 단일 모드 파이버를 최대 10km 이상 실행할 수 있습니다. 케이블 길이는 감시, 운송 및 스포츠 기술과 같이 카메라가 PC에서 멀리 떨어져 있어야 하는 응용 프로그램에서 매우 중요합니다. 간단히 말해서 GigE 카메라 채택의 이점은 다음과 같습니다. 

• 초고속 데이터 및 프레임 속도 

• 장거리를 포괄하는 액세서리 및 케이블링 옵션 

• PTP(정밀 시간 프로토콜)와 카메라 동기화 

• 카메라 다중화 및 멀티캐스팅 

• 낮은 CPU 오버헤드, 짧은 대기 시간 및 낮은 지터 

• IEEE 표준화로 인해 산업 전반에 걸쳐 강력한 수용 

• 경쟁력 있는 비용 및 성능 

그림 5의 GigE Vision 솔루션은 24개의 10GigE 카메라, PTP 동기화를 위한 스위치, 이중 24G 링크에 100개의 카메라 멀티플렉싱, 이미지 프레임을 시스템 메모리에 배치하기 위한 단일 슬롯 100G 이중 NIC를 보여줍니다. 동등한 CXP 시스템에는 10개의 6진수 프레임 그래버가 필요합니다. 이 예에서 1GigE와 CXPXNUMX의 차이점은 표 XNUMX에 나와 있습니다. 

그림 7의 또 다른 예에서는 이중 2G NIC에 연결된 두 개의 12GigE 카메라로 구성된 GigE Vision 설정과 동일하게 하기 위해 각각 8개의 포트가 있는 4개의 CXP12 카메라와 100개의 CXP-100 프레임 그래버가 필요하며 비용 효율성이 더욱 강조됩니다. GigE 비전. 

여러 대의 카메라로 작업할 때 정밀 타이밍 및 타임 스탬프는 이미징 시스템이 외부 트리거 없이 내부 시간 기반 명령을 기반으로 예약 및 동기화된 동시 획득을 실행하는 데 도움이 됩니다. 많은 이미지와 데이터를 단일 스트림으로 결합하려면 컴퓨팅 및 처리 능력이 필요합니다. GigE 카메라 및 액세서리는 여러 대의 카메라를 실시간으로 정확한 스트림으로 결합합니다. 저렴한 이더넷 스위치의 가용성은 시스템 설계자에게 다중 카메라 동기화를 위한 IEEE1588 PTP를 1us로 활성화하는 간단한 방법을 제공합니다.

트리거링 옵션이 있으면 통합에 도움이 되고 GigE 카메라 애플리케이션을 확장하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 드문 경우지만 고객이 NIC에서 카메라를 트리거하려는 경우 Emergent에는 자체 듀얼 포트 25Gb NIC와 전면 패널 트리거 포트가 있는 단일 포트 100Gb NIC가 있습니다. 또한 앞에서 언급한 FPGA 카드에는 IO 포트 기능도 있습니다.

GigE가 업계에서 널리 채택되면서 고려해야 할 소프트웨어 옵션이 많이 있습니다. 한 가지 예는 미리 보기, 캡처 및 저장을 위한 모든 카메라 기능을 제어하는 ​​eCapture 무료 뷰어 소프트웨어입니다. 고급 기능에는 관심 영역(AOI), 통합 제어, 밝기, 감마 및 프레임 속도 제어를 포함한 표준 전처리가 포함됩니다. 

eSDK 소프트웨어 개발 키트를 사용하면 최종 사용자, 시스템 통합업체 및 OEM이 필요한 경우 Emergent Vision Technologies 카메라를 자체 소프트웨어 및 장비에 통합할 수 있습니다. 

Emergent는 또한 개발 리소스가 제한적이거나 초고속 비전 기술에 대한 전문 지식이 없는 고객을 위해 AOI 및 체적 캡처와 같은 다양한 애플리케이션을 위한 완전한 턴키 소프트웨어인 eCapture Pro를 제공합니다.

이미징 속도의 발전은 주로 새로운 이미지 센서의 출현에 의해 주도되며, 이는 다시 고속 애플리케이션 요구 사항에 의해 주도됩니다. 많은 애플리케이션에는 고해상도 이미지가 필요하며 가장 빠른 인터페이스가 없으면 프레임 속도가 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다. 10GigE, 25GigE, 50GigE 및 100GigE와 같은 인터페이스는 가상 현실, 볼류메트릭 캡처, 스포츠 분석 및 자동 광학 검사와 같은 애플리케이션의 고해상도, 고속 요구 사항을 충족합니다. 

추가적인 GigE Vision 이점에는 낮은 서버 활용도, 간소화된 시스템 아키텍처, 멀티캐스트 비디오 기술, 경쟁력 있는 비용 및 성능, 출시 시간 단축 등이 포함됩니다. 이러한 장점 덕분에 GigE Vision 솔루션은 여러 산업 분야에서 이미징 애플리케이션을 확장할 수 있었고 앞으로도 계속 그렇게 할 것입니다. 

고속 이미징을 위한 GigE Vision의 이점을 고려할 때 GigE Vision 카메라가 머신 비전 애플리케이션을 위한 고속 인터페이스를 위한 최상의 선택을 분명히 제공할 때 CXP와 같은 새로운 표준을 시작하는 데 충분한 이점이 있는지 궁금할 수 있습니다. 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 10G, 25G, 50G, 100G 이상을 지원하는 초고속 데이터/프레임 속도
• 표준 내장 NIC 기능을 사용하여 동일한 CPU 및 메모리 활용
• 안정적인 이미지 획득 타이밍
• 이미지 획득으로 처리 속도가 느려지지 않음
• 작은 조정과 기성 구성 요소를 통해 GigE는 CXP가 할 수 있는 거의 모든 작업을 수행할 수 있습니다.
• CoaXPress over Fiber를 사용하면 Power over Cable이 사라집니다.
• CoaXPress는 고속을 위해 다중 동축 케이블을 사용하고 이더넷 전원을 위해 추가 케이블을 사용할 수 있습니다.
• CoaXPress over Fiber는 이더넷 물리 계층을 사용합니다.
• CoaXPress over Fiber는 GigE로 속도를 높이려고 시도한 CXP의 확장입니다. (초고속 및 긴 케이블 길이를 생각하십시오)
• 광섬유를 통한 CoaXPress에는 표준을 조언하는 카메라 공급업체가 거의 없습니다.
• CoaXPress라는 이름 자체는 광섬유가 아닌 동축 케이블을 의미하므로 이름 자체가 오해의 소지가 있습니다.
• 10GigE, 25GigE 및 100GigE를 지금 사용할 수 있으므로 GigE로 시장 출시 시간 단축