100 Gb CoaXPress-over-Fiber (CoF) は、高速イメージングにおいて100 Gb Ethernet を凌駕する性能を発揮します。

理論上、CoFと100Gbイーサネットはどちらも毎秒100ギガビットの速度を謳っている。しかし、実際にカメラを接続してみると、その動作は大きく異なる。

 

まず大きな違いは、データ配信の処理方法にあります。CoFは決定論的であり、カメラデータを順序通りに、損失なく、予測可能な遅延でストリーミングするために特別に設計されています。GSPRINT5514のようなセンサーが95Gb/s近いデータを連続的に出力する場合、まさにこれが求められます。一方、イーサネットはベストエフォート型のシステムです。負荷が高い場合、パケットがドロップされたり、遅延したり、順不同で到着したりする可能性があります。TCPは失われたデータを回復できますが、遅延が増加します。一方、UDPは遅延を低く抑えますが、フレームが完全に失われるリスクがあります。検査や科学アプリケーションでは、たった1つのフレームが欠落するだけでデータセットが台無しになる可能性があります。

 

2つ目の違いはプロトコルのオーバーヘッドです。CoFはフレーミングを最小限に抑えるため、リンクのほぼ全帯域幅を画像データに利用できます。一方、イーサネットはヘッダーやネットワーク動作にかなりの帯域幅を費やします。ジャンボフレームやRDMAを使えばさらに帯域幅を拡張できますが、手間がかかります。センサーが既に約94.8Gb/sの帯域幅を消費している場合、オーバーヘッドは避けたいところです。

 

次に、ケーブルの問題があります。CoFは数百メートルもの距離をEMIの問題なく伝送できる光ファイバーを使用します。イーサネットも光ファイバーを使用できますが、追加のトランシーバーモジュールが必要で、多くの場合ネットワークスイッチを経由するため、コストが増加し、ジッターが発生することもあります。

 

同期もまた、両者を分ける重要な要素です。CoFは、ハードウェアトリガーライン、ジェンロック、そしてマイクロ秒以下の精度を持つタイムスタンプを提供します。一方、イーサネットはIEEE 1588 PTPプロトコルに依存しています。PTPは適切な設定であれば優れた性能を発揮しますが、ネットワーク全体が適切に構成されていることが前提となります。しかも、その場合でもハードウェアトリガーの精度には遠く及びません。

 

電力供給もCoFに有利に働く。ハイブリッド実装、またはPoCXP（CoaXPressに対する権限）は、冷却機能を備えた高性能カメラをサポートするために、より高い電力供給能力を提供できます。一方、標準イーサネットのPoEは通常、最大で約30ワット程度であり、要求の厳しいセンサーには不十分な場合が多いです。

 

最後に、ホストコンピュータ上で何が起こるかを考えてみましょう。CoFはフレームグラバーを使用してDMA経由でデータを直接メモリにプッシュするため、CPU使用率が低く抑えられ、リアルタイム処理にリソースが確保されます。一方、イーサネットは、高性能なNICやバイパス技術を用いても、100Gb/sのパケット処理でCPUサイクルを大量に消費する傾向があります。

 

これら全てを総合すると、CoFが画像処理においてシームレスに感じられる一方で、イーサネットが統合プロジェクトのように感じられる理由が分かります。CoFは既に画像処理の世界で標準化されており、成熟したフレームグラバー、SDK、ベンダーサポートが揃っています。イーサネットは汎用性がありますが、100Gbで真に「カメラグレード」を実現するには、システム設計に細心の注意を払う必要があり、その負担はシステムインテグレーターに転嫁されます。