14.11.20251. Датчыкі апярэджваюць шлях перадачы дадзеных
Нядаўна большасць датчыкаў выявы мелі сціплы дазвол і хуткасць. Цяпер гэта не так. Дзякуючы хуткаму развіццю тэхналогіі CMOS, датчыкі цяпер вырабляюць ашаламляльныя аб'ёмы дадзеных — настолькі шмат, што задача ўжо не проста ў тым, каб захапіць выяву, а ў тым, каб перадаць дадзеныя з датчыка на кампутар без праблем.
Вазьміце GpixelGSPRINT5514BSIНапрыклад, ён мае дазвол 14 мегапікселяў (4608 × 3072) з пікселямі памерам 5,5 мкм у фармаце APS-C. У залежнасці ад рэжыму, ён можа дасягаць 670 кадраў у секунду пры 10-бітнай раздзяляльнасці, 350 кадраў у секунду пры 12-бітнай раздзяляльнасці або 80 кадраў у секунду пры выкарыстанні падвойнага 12-бітнага HDR. У выніку прапускная здольнасць набліжаецца да 95 гігабіт у секунду. Акрамя таго, датчык дасягае квантавай эфектыўнасці 86% пры 510 нм, мае поўную ёмістасць свідравіны 30 кэ⁻ і дынамічны дыяпазон амаль 80 дБ у рэжыме HDR.
На такіх хуткасцях вузкім месцам з'яўляецца ўжо не датчык, а канал перадачы дадзеных. І менавіта тут размова пераключаецца з пікселяў на інтэрфейсы.
2. Як вытворцы камер адаптуюцца
Tucsen хутка заўважыў гэты зрух. Яго найноўшыя флагманскія камеры —Леа 5514 Прафесіянал, гэтыЛеа 3243 ПрафесіяналіGemini 8K TDI— усе яны прызначаны для перадачы велізарных аб'ёмаў дадзеных. Leo 5514 Pro перадае 14 МП з частатой да 670 кадраў у секунду. Leo 3243 Pro апрацоўвае 32 МП з частатой 100 кадраў у секунду. А Gemini 8K TDI працуе з лініяй у 8208 пікселяў з хуткасцю 1 МГц.
Замест таго, каб перайсці на 100-гігабітны Ethernet, Tucsen абраў 100-гігабітны CoaXPress па оптавалакне (CoF). На першы погляд гэта можа здацца дзіўным — у рэшце рэшт, Ethernet мае рэпутацыю падключэння і працы, і пры нізкіх хуткасцях (1–10 Гбіт/с) гэта часта відавочны выбар. Але пры 100 Гбіт/с Ethernet ужо не з'яўляецца простай заменай кабеля; ён патрабуе спецыяльных карт, дбайнай налады і часта вялікіх інжынерных выдаткаў.
CoF, наадварот, з нуля распрацаваны для візуалізацыі. Ён гарантуе адсутнасць страты кадраў, дакладнасць сінхранізацыі і магчымасць пракладкі валаконна-аптычных кабеляў на вялікія адлегласці без праблем з электрамагнітнымі перашкодамі. Не менш важна, што CoF падтрымлівае сінхранізацыю на апаратным узроўні паміж некалькімі камерамі, што вельмі важна ў такіх галінах, як праверка паўправаднікоў, навуковая візуалізацыя і VR/3D-захоп.
Tucsen не адмовіўся ад Ethernet цалкам, але для гэтых мадэляў высокага класа стратэгічным выбарам было ў першую чаргу сканцэнтравацца на CoF.
3. CoF супраць 100 Gb Ethernet — чаму яны адчуваюцца так па-рознаму
На паперы і CoF, і 100 Gb Ethernet абяцаюць 100 гігабіт у секунду. На практыцы яны паводзяць сябе зусім інакш, калі падключыць сапраўдную камеру.
Першае вялікае адрозненне заключаецца ў тым, як яны апрацоўваюць дастаўку дадзеных. CoF з'яўляецца дэтэрмінаваным — ён быў спецыяльна распрацаваны для струменевай перадачы дадзеных з камеры па парадку, без страт і з прадказальнай затрымкай. Гэта менавіта тое, што вам трэба, калі датчык, падобны да GSPRINT5514, бесперапынна перадае амаль 95 Гбіт/с. Ethernet, з іншага боку, — гэта сістэма найлепшых намаганняў. Пры вялікай нагрузцы пакеты могуць быць страчаныя, затрыманыя або паступаць не па парадку. TCP можа аднавіць страчаныя дадзеныя, але дадае затрымку, у той час як UDP падтрымлівае нізкую затрымку, але рызыкуе цалкам страціць кадры. У інспекцыі або навуковым прымяненні нават адзін прапушчаны кадр можа сапсаваць набор дадзеных.
Другое адрозненне — гэта накладныя выдаткі пратаколу. CoF мінімізуе кадраванне, таму амаль увесь канал сувязі даступны для дадзеных выявы. Ethernet, наадварот, траціць значную прапускную здольнасць на загалоўкі і паводзіны сеткі. Інжынеры могуць выціснуць з гэтага больш з дапамогай вялікіх кадраў або RDMA, але гэта патрабуе працы. Калі ваш датчык ужо спажывае ~94,8 Гбіт/с, накладныя выдаткі — гэта апошняе, што вам трэба.
Акрамя таго, узнікае пытанне пракладкі кабеляў. CoF працуе па валакне, якое можа расцягвацца на сотні метраў без праблем з электрамагнітнымі перашкодамі. Ethernet таксама можа выкарыстоўваць валакно, але толькі з дадатковымі модулямі прыёмаперадатчыка і часта праз сеткавыя камутатары, што павялічвае выдаткі, а часам і ваганні.
Сінхранізацыя — яшчэ адна падзяляльная лінія. CoF дае вам апаратныя лініі запуску, генблакіроўку і часовыя меткі з дакладнасцю да субмікрасекунд. Ethernet абапіраецца на пратакол IEEE 1588 PTP. Хоць PTP можа быць выдатным пры правільнай наладзе, ён залежыць ад правільнай канфігурацыі ўсёй сеткі — і нават тады ён рэдка дасягае дакладнасці апаратных трыгераў.
Падача харчавання таксама сведчыць на карысць CoF. Гібрыдныя рэалізацыі або PoCXP (Улада над CoaXPress), можа забяспечваць больш высокі бюджэт магутнасці для падтрымкі астуджаных, высокапрадукцыйных камер. Стандартны PoE Ethernet, наадварот, звычайна мае максімальную магутнасць каля 30 Вт, чаго часта недастаткова для патрабавальных датчыкаў.
Нарэшце, падумайце аб тым, што адбываецца на галоўным кампутары. CoF выкарыстоўвае захопшчыкі кадраў, якія перадаюць дадзеныя непасрэдна ў памяць праз DMA, што зніжае нагрузку на працэсар і пакідае рэсурсы даступнымі для апрацоўкі ў рэжыме рэальнага часу. Ethernet, нават з дапамогай складаных сеткавых адаптараў і метадаў абыходу, мае тэндэнцыю спальваць цыклы працэсара пры апрацоўцы пакетаў са хуткасцю 100 Гбіт/с.
Збярыце ўсё гэта разам, і вы зразумееце, чаму CoF выглядае бездакорна ў візуалізацыі, у той час як Ethernet — гэта інтэграцыйны праект. CoF ужо стандартызаваны ў свеце візуалізацыі, з развітымі захопнікамі кадраў, SDK і падтрымкай пастаўшчыкоў. Ethernet універсальны, але каб зрабіць яго сапраўды «камерным» са хуткасцю 100 Гбіт/с, патрабуецца стараннае праектаванне сістэмы, якое перакладае цяжар на інтэгратара.
4. Вынік
Так, і CoF, і 100 Gb Ethernet рэкламуюць аднолькавую хуткасць лініі. Але толькі CoF забяспечвае такую прапускную здольнасць дэтэрмінаваным, без страт, аптымізаваным для камеры спосабам. Для высакахуткасных датчыкаў, такіх як GSPRINT5514, або для ўласных Tucsen Leo 5514 Pro, Leo 3243 Pro і Gemini 8K TDI, выбар відавочны. CoF гарантуе адсутнасць страты кадраў, гарантаваную сінхранізацыю і прастату інтэграцыі.
