Der GigE Vision Standard nutzt ein UDP-basiertes Protokoll namens GVSP, um die Bildübertragung über Ethernet zu ermöglichen. Mit zunehmenden Datenraten stoßen einige Hersteller auf Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Datenraten 10Gbps oder mehr erreichen. Dies hat zu Ansätzen mit TCP oder RDMA Protokollen geführt. Emergent Vision hat jedoch festgestellt, dass diese Optionen den GigE Vision-Standard mit Punkt-zu-Punkt-Protokollen wie CXP und USB konvergieren lassen.
Bei GigE Vision ist das Problem, die vielen Ethernet-Pakete beim Empfänger zu analysieren, um die Bilddaten in zusammenhängender Form bereitzustellen, was das Abspalten der Ethernet-Paketheader erfordert. Dies kann zwar in Software umgesetzt werden, jedoch nur mit erheblichen Kosten durch eine dreifache Speicherbandbreite und höhere CPU-Auslastung (was von Befürwortern von RDMA im Vergleich der Vor- und Nachteile zwischen traditionellem GigE Vision und RDMA hervorgehoben wird). Wir vermeiden diese Kosten, indem wir die integrierten Aufteilungsfunktionen moderner NICs (Netzwerkschnittstellenkarten) nutzen, um diese Zero Copy-Bildübertragung durchzuführen.
GigE Vision mit TCP
TCP ist eines der Protokolle, die von einigen zur Verbesserung der Leistung von GigE Vision untersucht wurden. Allerdings ist es kein Zero Copy-Verfahren, weshalb es die erforderliche Speicherbandbreite verdreifacht. Zudem ist TCP ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll, das mit CXP und USB konvergiert, wodurch die Vorteile dieser Protokolle nahezu eliminiert werden, insbesondere da CXP in neueren Versionen die Ethernet-Physikschicht übernimmt, um eigene Schwächen auszugleichen. In jeglicher Hinsicht ist daher TCP für Highend-Anwendungen ungeeignet.
GigE Vision mit RDMA/RoCE
RDMA/RoCE ist ein weiteres Protokoll, das untersucht wurde. RDMA ist zwar ein Zero Copy-Verfahren, allerdings auch wie TCP ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll und verursacht daher durch seine Struktur ein Netzwerk-Overhead. RDMA und TCP wurden ursprünglich für große Datentransfers im Internet mit vielen Hops über Switches und Router konzipiert, bei denen Pakete verloren gehen oder in falscher Reihenfolge ankommen können. In der Bildverarbeitung sind die Systeme allerdings geschlossen und weisen eine kontrollierte Weiterleitung auf, falls Switches verwendet werden. Zudem sind weder TCP noch RDMA aktuell im GigE Vision-Standard verankert.
Bild: Emergent Vision Technologies
Zero Copy GigE Vision mit GVSP-Protokoll
Zero Copy mit Header-Splitting ist mit modernen NICs von Nvidia/Mellanox, Broadcom, Intel und Marvell möglich. Emergent hat Implementierungen mit Nvidia/Mellanox und Broadcom bereits im Einsatz, was auch die Interoperabilität des Ansatzes zeigt. Tatsächlich verwendet Emergent diese Methode seit über 15 Jahren und erreicht maximale Design-In-Dichten mit entsprechender Zuverlässigkeit. Derselbe Ansatz wird auch für ST2110 im Medien- und Unterhaltungsmarkt verwendet. Zero Copy garantiert in keiner Schnittstelle oder Protokollimplementierung einen Null-Datenverlust. Jedes Hochleistungssystem benötigt daher immer noch ein ordnungsgemäßes Design und ausreichende Sicherheitsmargen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Dies gilt für CXP, RDMA / RoCE und auch für optimierte GVSP-Implementierungen. Aber wir können garantieren, dass die optimale GVSP-Implementierung gleichwertig oder besser als RDMA/RoCE ist, ohne GigE Vision in ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll zu verwandeln, also nicht das Eliminieren, was GigE Vision im Laufe der Jahre zur beliebtesten Schnittstelle gemacht hat.
