随着高通量成像系统演进,数据规模迅速增长,“迈入 100G 时代”正成为行业趋势。
在这个背景下,100G高速接口迎来了两种主流技术方案 —— 100G CoF(CoaXPress over Fiber) 与 100 GigE(基于GigE Vision 3.0 的 100G 以太网成像方案)。两者在物理传输带宽上具备相同的 100G 级能力,但在协议体系、系统架构与工程实现方式上存在本质差异。
只有理解这两种方案背后的底层技术逻辑与工程取向,才能在设备研发与系统选型中形成真正专业、可落地的判断。
数据接口分层概念解析
在工程实践中,高速成像接口并非单一技术指标的体现,而是由多个技术层级协同构成的系统工程。任何一套高速数据接口方案,均可拆解为以下三个核心层级:
图1:数据接口分层架构图
① 物理传输层: 关注数据的基础传输能力,包括传输介质、信号速率、编码方式以及光电接口形态。
② 数据与控制协议层:决定数据如何被组织、调度与控制,是系统实时性、同步能力与确定性行为的核心。
③ 应用软件层: 直接影响应用开发效率、系统集成复杂度以及生态兼容性。
100G CoF VS. 100 GigE
在 100G 接口方案中,一个常见的误区是将“物理带宽”等同于“系统性能”。
事实上,在高通量成像系统中,真正决定系统是否稳定、可控、可规模化部署的,往往是协议层设计与系统架构取向,而非物理链路本身。
以下将从 物理层 → 协议层 → 软件层 三个维度,对 100G CoF 与 100 GigE 进行系统性分析。
物理传输层
在物理层面,100G CoF 与 100 GigE 采用了完全一致的传输资源,包括:
? 光纤作为传输介质
? QSFP28 光模块
? 相同的 100G 物理电气参数与编码方式(如 64b/66b)
图2:100G CoF 和100 GigE 物理链接示意图
因此,在基础光电传输能力上,两种方案并不存在本质差异,采集卡或网卡在物理接口形态上也高度一致。
数据与控制协议层( 核心分水岭)
数据与控制协议层,是 100G CoF 与 100 GigE 产生根本差异的关键层级,也是两种方案无法相互简单替代的根本原因。
① 100G CoF(CoaXPress over Fiber)
100G CoF 是 CoaXPress 机器视觉专用协议体系在光纤(Fiber)物理层链路上的应用拓展,也是基于 CXP 2.1 协议标准的 100G 光纤物理层工程化实现形态。
应用优势:
? 延续 CoaXPress 成熟的链路控制与硬件级同步机制
? 具备极低延迟、高确定性和强实时性
? 依托既有工程经验,实现100G 的平滑升级
应用局限:
? 仍以点对点采集架构为主
? 相机与采集卡强绑定,网络化扩展能力有限
CXP (CoaXPress) 协议演进路线概述
版本 | 创新点 |
CXP 1.x | 基于同轴,带宽有限但实时性强、确定性高。 |
CXP 2.0 | 支持 CXP-10/12,引入 CoF(光纤化)。 |
CXP 2.1 | 增强兼容性、安全性、多相机同步、GenICam 映射。 |
在 CXP 1.x 时代,CoaXPress 基于同轴电缆实现点对点高速传输,以低延迟、强同步和高度确定性的系统特性,广泛应用于高端工业检测与科研成像。
CXP 2.0 引入光纤作为可选物理层,形成 CoaXPress over Fiber(CoF),为更高带宽、更远距离及后续高速扩展奠定基础。
在此基础上,CXP 2.1 进一步规范协议与系统行为,面向高通量、多相机应用,使基于 CoF 的 100G 级接口具备可规模化部署能力。
② 100 GigE + GigE Vision 3.0
100 GigE 本质上是标准以太网的 100G 物理层能力。在机器视觉领域,只有在其之上叠加 GigE Vision 3.0 等成像协议栈,才能形成标准化、可互操作的高速成像传输解决方案。
应用优势:
? 基于标准以太网生态,网络兼容与扩展能力强
? 易于与 AI 服务器、边缘计算平台深度融合
? 适合多节点、分布式成像与计算架构
应用局限:
? 系统引入交换机、链路配置与网络调优变量
? 调试路径更长,对网络工程经验要求较高
? 集成周期与系统复杂度通常高于专用采集架构
GigE Vision协议演进路线概述
版本 | 创新点 |
GigE Vision 1.0 | 定义基础图像传输与设备控制协议(GVCP / GvSP + GenICam) |
GigE Vision 2.0 | 支持 10G、多通道传输与更高可靠性 |
GigE Vision 3.0 | 支持 25G / 50G / 100G,引入 RDMA(RoCEv2)、TSN |
在 GigE Vision 1.0 / 2.0 阶段,以太网成像方案凭借通用性强、部署灵活和生态开放得到广泛应用,但在高帧率、多相机及实时确定性方面受限于传统网络协议栈。
图3:GigE Vision 3.0 创新机制图例解析
GigE Vision 3.0 通过引入基于 RoCEv2 的 RDMA 传输机制,使其在 100GbE 网络环境下能够绕过传统 TCP/IP 协议栈,实现零拷贝、低 CPU 占用的高通量图像数据传输。在多相机与大数据量场景中,该机制可有效降低主机处理负载,并改善整体传输效率与系统延迟表现。
应用软件层
图4:GenICam协议
在应用软件层面,100G CoF和100 GigE两种方案均支持 GenICam 标准协议,这意味着:
① 软件开发者可以基于统一的 GenTL / API 进行应用开发,应用层集成与维护成本大幅降低;
② 对终端用户而言,两种方案的软件使用体验高度一致。
这也是工业视觉生态能够长期并行支持 CoaXPress 与 GigE Vision 两大体系的重要原因。
100G 高速接口选型策略总结
在 100G 时代,100G CoF 与 100 GigE 并非直接替代关系,而是面向不同系统目标的两条技术路线:
① 100G CoF : 追求极致实时性、确定性同步与最高稳定性,更具工程优势;
②100 GigE + GigE Vision 3.0: 面向大规模、分布式、多节点并与服务器深度融合的系统,更具架构潜力
鑫图100G接口相机产品线
基于长期高通量成像系统的工程实践,鑫图已构建覆盖多条 100G 技术路线的相机产品线体系。
图5:鑫图100G CoF接口相机产品线
目前,鑫图基于 100G CoF 的 TDI 线阵与大面阵相机已实现规模化应用,同时,基于 100 GigE + GigE Vision 3.0 的相机产品方案也在持续推进产业化验证与系统级优化。
双技术路线并行,使鑫图能够从系统架构层面为集成商提供更具前瞻性与可控性的成像解决方案,在保障工程可靠落地的同时,助力高通量系统持续演进。
联系我们:如需了解更多高可靠100G高速接口技术相关内容,欢迎关注鑫图官网或官方小程序,或联系我们获取更多高通量相机选型应用支持。
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