Expertenrunde: Wie geht es bei den Highspeed-Interfaces weiter?

Expertenrunde: Wie geht es bei den Highspeed-Interfaces weiter?

Zahlreiche Kameraschnittstellen wie 100GigE, Camera Link HS, CoaXPress oder PCIe stehen den Bildverarbeitungsanwendern derzeit zur Verfügung. Eines aber haben alle diese Interfaces gemeinsam: sie werden immer schneller. Wie es aktuell bei dem Rennen der einzelnen Interfaces aussieht, wollte inVISION von verschiedenen Herstellern wissen.

Kein Vorbeikommen an CoaXPress 2.0

Autor: Thomas Karow, Product Manager, Basler AG

„Wer anspruchsvolle Vision Systeme für Anwendungen mit hohen Datenmengen realisieren will, kommt an CoaXPress 2.0 nicht vorbei.“, Thomas Karow, Basler (Bild: Basler AG)

Die Erhöhung der Datendurchsatzraten ist einer der wichtigsten Trends in der industriellen Bildverarbeitung für Märkte wie der Fabrikautomation oder der Medizintechnik. Seit mehr als zehn Jahren hat sich CoaXPress dabei erfolgreich als der Standard für hohe Datenraten in der industriellen Bildverarbeitung etabliert. Es gab viele effektive Weiterentwicklungen mit zahlreichen Optimierungen des CoaXPress-Standards. Mittlerweile wurde sogar eine Verdoppelung der Bitrate bei der Übertragung der Datenmengen von 6,25 auf 12,5Gbps (pro CXP-Kabel) realisiert – aktuell eine der schnellsten Schnittstellen auf dem Markt. Somit profitieren Anwender mit dem CoaXPress 2.0 Update von noch mehr Übertragungspower zwischen Kamera und Host-PC. Des Weiteren bietet die Schnittstelle verschiedene Möglichkeiten der Bildvorverarbeitung an, die direkt auf dem FPGA des Framegrabbers durchgeführt werden können und ermöglicht gleichzeitig eine Entlastung der CPU des Host-PCs und nachgelagerter Analysesoftware. Damit kann diese Schnittstellenlösung auch für Anwendungen mit größeren Kabellängen verwendet werden. Dank einfacher Implementierung standardisierter und bestens aufeinander abgestimmter Hard- und Softwarekomponenten sind diese anspruchsvollen Bildverarbeitungssysteme wesentlich vereinfacht worden und reduzieren somit auch Systemkosten. Ich bin der Meinung: Wer anspruchsvolle Vision Systeme für Anwendungen mit hohen Datenmengen realisieren will, kommt an CoaXPress 2.0 nicht vorbei. Der aktuelle CoaXPress Standard bietet viele neue Möglichkeiten für die industrielle Bildverarbeitung. Vor allem kann mit dieser Schnittstelle die maximale Performance der neuesten CMOS-Sensoren ausgereizt werden. Wir bei Basler sind überzeugt davon, dass CoaXPress eine sehr attraktive und vor allem zuverlässige Perspektive für Hochgeschwindigkeitsanwendungen bietet – heute und in Zukunft.

www.baslerweb.com

CLHS: Preparing for 50G and beyond

Autor: Martin Schwarzbauer, Product Development, PCO AG

The Camera Link HS working group has already begun designing a solution for 50G and beyond.

The need for high-speed interfaces increases dramatically. 10G Ethernet becomes the standard for consumer hardware, 25G is easily available for the industry, and 100G and beyond is already common practice for servers. Also, CoaXPress (CXP) changed from copper to fiber cable to handle high-speed data rates beyond 10/12.5G due to the limits of the electrical phy. Camera Link HS (CLHS) is in the final stage for specifying 25G with a MPO connector that will enable bandwidths of 100G (4x 25G) with a single connector. On top of that, a bandwidth of 175G is possible when using a CX4 connector. While the speed increases, the X-Protocol remains completely unchanged.The well-designed CLHS Committee IP-Core distributed by ‘The Association For Advancing Automation – Vision & Imaging’ is ready for 25G without any modification for FPGA with a 25G capable transceiver. This very low-cost IP-Core is well tested with many FPGAs from Xilinx, Intel, Lattice, and MicroSemi. Additionally, it can be used with other bitrates to address low-cost FPGAs with a 16G transceiver. With the power of the forward error correction (FEC) and the efficient protocol fitted for 64b/66b coding, the effective bandwidth clearly surpasses the bandwidth from other technologies like Ethernet and CXP. Especially with small regions of interest, the optimized protocol results in a very effective transmission. The Camera Link HS working group has already begun designing a solution for 50G and beyond. The focus is on how to extend the protocol for future speeds with minor influences on the currently well-tested IP-Core and protocol. The idea, however of using a bridge protocol to get access for faster speeds is not considered. While on the one hand there might be the advantage loss of the optimized protocol used for 64b/66b, the downside of this approach is that there must always be a time-consuming rework of the IP-core because of the need of a wider internal interface. Therefore, the concept of virtual channels has been introduced, using several CLHS links over a single lane. This only requires slight changes in the IP-Core. The impact on the standard is also very small. With the extension to CLHS, the standard gets ready for the future to benefit from any new hardware technology for high-speed interfaces.

 

PCIe gewinnt an Bedeutung

Autor: Jürgen Hillmann, Managing Director, Ximea

Mit Version 5.0 sind mit PCIe Geschwindigkeiten bis 32 GBit/s möglich, die sich mit Version 6 auf 64Gbit/s erhöhen.

Alle gängigen Schnittstellen (Ethernet, CoaXPress, Wifi, USB) liefern letztendlich Daten zur weiteren Verarbeitung an den PCIe-Bus von Computern. PCIe bietet dabei Vorteile in Bandbreite, Skalierbarkeit, Handhabung, Systemkompatibilität sowie Möglichkeiten für weite Distanzüberbrückungen. Jeder moderne PC oder Mac basiert auf dieser Technologie. Unabhängig davon, ob Windows, Linux oder Macos, ist PCIe bereits auf der grundlegendsten Ebene implementiert. Außerdem unterstützt PCIe Switches, mit denen mehrere Geräte über eine einzige PCIe-Schnittstelle verbunden werden können. Dies ermöglicht es, dass zehn 12MP-Kameras mit 60fps über ein einziges Kabel zum Host-Computer laufen. Die PCIe-Karten verfügen über bis zu 16 Lanes für die Datenübertragung. Somit können auch Hochleistungs-GPUs in PCIe-Steckplätze eingebaut werden und durch das GPU direct feature von Nvidia können die Ximea Kameras Bilder direkt im Speicher der GPU ablegen, ohne den Umweg über die CPU gehen zu müssen. In Bezug auf die Übertragungsgeschwindigkeit ist PCIe Gen3x8 bereits 13-mal schneller als USB3.1 Gen1, das für seinen ‚Superspeed‘ bekannt ist. Mit der Version 4.0 sind bereits Geschwindigkeiten bis zu 16GBit/s möglich, die sich bei Version 5 auf 32 bzw. Version 6 auf 64GBit/s erhöht. Einfach ausgedrückt, PCIe hat die höchste Bandbreite, die geringste Latenz und verfügt über eine skalierbare Architektur für anspruchsvolle Visionanwendungen.

www.ximea.com

100GigE: Jede Geschwindigkeit, Auflösung und Kabellänge

Autor: John Ilett, President, Emergent Vision Technologies

Wir sind in der Lage, bis zu 36 12MP 10GigE-Kameras auf einen einzigen Server zu streamen. John Ilett, Emergent (Bild: Emergent Vision Technologies)

Wir sind in der Lage, bis zu 36 12MP 10GigE-Kameras auf einen einzigen Server zu streamen.

2010 leistete Emergent Pionierarbeit beim 10GigE-Interface. Auch 2018 war Emergent das erste (und nach wie vor einzige) Kameraunternehmen, das die 25GigE-Kameraschnittstelle unterstützte. 2021 hat Emergent die Zenith Kameraserie mit 100GigE herausgebracht, die nun die schnellste Kameraschnittstelle der Branche ist. Die Sony Pregius S und GPixel GMAX- und Gsprint-Sensoren von 5 bis 100MP können damit bei maximaler Bildrate vollständig unterstützt werden. Mit 10, 25 und 100GigE wird die bestehende Infrastruktur aus preiswertem Zubehör wie Switches und Verkabelung genutzt, um so auch die längsten Kabelwege aller Interfaces zu haben. Auch beim Einsatz von Switches zum Multiplexen vieler 10GigE- oder 25GigE-Kameras auf einzelne 100GigE-Links zum Multiplexen, um so die Anzahl der PCIe-Steckplätze in den eingesetzten Servern zu minimieren, leistete Emergent Pionierarbeit.

Mit unseren neuesten Entwicklungen sind wir in der Lage, bis zu 36 12MP 10GigE-Kameras auf einen einzigen Server mit zwei kostengünstigen Dual-Port 100GigE NICs zu streamen, inklusive das Speichern der Bilder auf Raid-Speicher innerhalb desselben Midrange-Servers. Emergent unterstützt nicht nur leistungsoptimierte Raid-Designs, sondern auch GPUs und beliebige FPGA-Karten von Herstellern wie Bittware, Xilinx und Intel. Diese nehmen den Input direkt von Kameras oder dem Kameranetzwerk auf und können die gesamte Verarbeitung on Board übernehmen. GPU Direct ist auch für die Übertragung zwischen den Karten verfügbar. Hinzu kommt die wachsende Liste an Lösungen, mit der Entwicklungen beschleunigt oder sogar schlüsselfertige Softwarelösungen, wie eCapture Pro, für Multikamera-Aufnahmen möglich sind. Alle diese Technologien stehen bereits heute zur Verfügung, ohne dass Sie auf andere branchenspezifische Schnittstellen warten müssen. n @Kontakt_FA:www.emergentvisiontec.com

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