次世代高速光ファイバーフレームグラバーCoaXPress-over-Fiber

product focus on CoaXPress-over-Fiber 次世代高速光ファイバーフレーム グラバーCoaXPress-over-Fiber 佐野樹 マシンビジョンアプリケーションの革新的なインタフェースであるCoaX Press-over-Fiberをリリース。高解像度の画像を取得するためにCoaX Pressプロトコルを標準のイーサネット物理層(PHY)として使用すること により、100Gbpsや200Gbps などのより高い帯域幅に向けて絶え間な く増大するインタフェースが将来にわたって保証される。さらに光ファイバ への移行が簡単に実現する。 CoaXPress-over-Fiberとは の策定はJIIA（日本インダストリアル Euresys社及びSensor to Image社は、 　CoaXPress-over-Fiberは、 既 存 の イメージング協会: http://jiia.org/） が 2018年 にCoaXPress-over-Fiberの 開 CoaX Press仕様の拡張で、光ファイ 担当している。CoaXPress-over-Fiber 発を開始した。2020年初頭より、Eu バを使った伝送をサポートしている。 は、CoaXPress2.0仕様へのアドオン resys社と、最大手ビジョンメーカー CoaX Press（CXP）は、高帯域幅コン という形態で設計されてる。CoaX が集まるCoaXPress分科会は、JIIA ピュータビジョンアプリケーションの事 Pressプロトコルをそのまま変更せず においてCoaXPress規格へのアドオン 実上の標準である。この仕様の最新バ に、光ファイバを含む標準のイーサネ としての仕様審査に取り組んでいる。 ージョンであるCoaXPress2.0は、CXP-12 ット接続で実行する手段を提供するも の速度を、同軸銅ケーブルでの12.5Gbps のである。そのためCoaXPress-over- イーサネット接続を使用する （毎秒ギガビット）と指定している。 Fiberはイーサネット用に設計された メリット CoaXPressのリンクアグリゲーション 標準的なエレクトロニクス製品、コネ 　イーサネット接続を使用すれば、 は標準であるため、4つのCXP-12リン クタ、およびケーブルを使用するが、 CoaXPress-over-Fiberで、イーサネッ クを使えば50Gbpsの帯域幅（12.5X4） プロトコルはイーサネットやGigE Vision ト用に設計された標準的な低コスト設 は簡単に達成できる。CoaXPress仕様 で は な く、CoaXPressを 使 用 す る。 備（コネクタやケーブル）を使用できる CoaXPress-over-Fiberイメージ図。 1 December 2020 V I S I O N S Y S T E M S D E S I G N J A PA N

図１　CoaXPress-over- Fiber は CoaXPress 規 格のアドオンであるため、 既 存 のCoaXPressカメ ラは、大幅な再開発や新 しいプロトコルのテストを 行 う こ と な く、 簡 単 に CoaXPress-over-Fiber にアップグレードすること ができる。 というメリットがある。イーサネットは とは不可能。よってカメラなどのデバ 　CoaXPressカメラに既に使用されて IEEE 802.3標準によって定義されてい イスには、別途、電力供給源が必要と いるFPGAには、イーサネット標準を る。これらの標準を活用するというこ なる。 サポートするための機能が多数含まれ と は、CoaXPress-over-Fiber で も、 ている。IEEE規格の802.3 Clause 46 さらに広帯域化を続けるイーサネット カメラメーカーにとっての に定義されている10Gbps媒体独立イ の進化を活用できることになる。 CoaXPress-over-Fiberの ンタフェース（XGMII）は10Gイーサ メリット ネットの物理レイヤーへの主要アクセ 光ファイバの使用に関する 　CoaXPress-over-FiberはCoaXPress スである。このインタフェースの汎用 メリットとデメリット 規格のアドオンであるため、既存の 的 な 特 性 に よ り、CoaXPressか ら メリット CoaXPressカメラは、大幅な再開発や PCS/PMAイーサネットサブレイヤー ・ ファイバ接続には基本的に長さの制 新しいプロトコルのテストを行うこと への信号送信をマッピングすることが 限がないため、ケーブルの長さに伴 な く、 簡 単 にCoaXPress-over-Fiber できる。XGMIIを使用することで、 う問題がない。 にアップグレードすることができる。 CoaXPressは、IEEE規 格802.3の 条 ・ 光ファイバはより広い帯域幅を提供 可能である。現在の標準帯域幅は、 ファイバ当たり10Gbpsと25Gbpsで、 データセンターなどで広く使用されて いる。 ・光 ファイバには電気ノイズへの耐性が ある。製造エリアや医療分野での応用 に大きな優位性がある。 ・ 光ファイバは、同等の銅ケーブルよ りも軽量で小型であるため、柔軟な システム設計が可能である。 デメリット 　「パワーオーバーファイバ」がない。 光ファイバ内の信号は光を使って伝送 されるため、光ファイバで送電するこ 図２　CoaXPress/CoaX-over-Fiber帯域幅（Gbps）。 V I S I O N S Y S T E M S D E S I G N J A PA N December 2020 2

product focus on CoaXPress-over-Fiber 図３　40GBASE-SR4 QSFP+850nm 150m MTP/MPO光トランシーバモジュール（MMF用）。MTP/MPOファイバコネクタ、最大150 メートルの光ファイバケーブルを使用。 項106に定義されている25Gbps媒体 ジュールを使った100 Gbps）や4X50 ケーブル種類、最大長 独立インタフェース（25GMII）による Gbps（QSFP56モジュールを使った 　CoaXPress-over-Fiberの最も重要な さらに高い帯域幅にも対応することも 200Gbps）にアップグレードすること メリットには、多数のメーカーがすで 可能となる。25GMIIは、論理的には が可能である（図2）。 に多様な接続オプションを提供してい XGMIIに相当する一方で、それをさ ることである。10Gbpsの初 期 的 な らに高速化したバージョンと言える。 CoaXPress-over-Fiberが CoaXPress-over-Fiber接続オプション 　Euresys社子会社であるSensor to エンドユーザーにもたらす は、SFP+ とQSFP+（クワッド、また Image社は、CXPからXGMIIへ、お メリット はSFP+の4倍）モジュールがある。 よびXGMIIからCXPへのIPコアをす 　イーサネット接続を活用すれば、 　固定インタフェースと比較した場合 でに評価目的で提供している（図1）。 CoaXPress-over-Fiberで、イーサネッ のモジュールの利点は、用途で必要と ト用に設計された標準的な低コスト設 なる適切なトランシーバをポートに装 CoaXPress-over-Fiberの 備（コネクタやケーブル）を使用できる 備できる点である。多様なトランスミ 帯域幅 だけでなく、より高い帯域幅へと継続 ッターとレシーバーを利用できるため、 　CoaXPress-over-Fiberの 初 期 構 成 的に進化するイーサネットをそのまま利 ユーザーは、マルチモードまたはシン は、単一QSFP+モジュールにおける 用できるというメリットがある。エンド グルモードファイバで必要な光リーチ 4X10Gbpsで、カメラ当たり40Gbps ユーザーは、さらに高解像度のイメー を提供する上で適したトランシーバを を達成できる。これは、4本の銅線同 ジング技術だけでなく、より高速な検 選択できる。 軸ケーブルでの4つCXP-12リンクと同 査速度と信頼性に対する今後の需要に 　一つの応用として、マルチモードフ じ総帯域幅であるが、CoaXPress-over- も製品が対応できることを期待できる。 ァイバ用の40GBASE-SR4 QSFP+光 Fiberであれば4X25Gbps（QSFP28モ CoaXPress-over-Fiber対応 トランシーバモジュールを使用すると、 図４　40GBASE-ER4 QSFP+ 1310nm 40km LC DOM光トランシーバモジュール（SMF用）。LCデュプレックスファイバコネクタ、最大 40kmの光ファイバケーブルの使用。 3 December 2020 V I S I O N S Y S T E M S D E S I G N J A PA N

図５　A0C（アクティブ光 ケーブル）トランシーバを 装 備 し た Euresys CoaXlink QSFP+。 最大150メートルの光ファイバケーブル の200Gbpsになっている。既に安価 　最終的な仕様の公開は、数か月以内 でMTP/MPOファイバコネクタで接続 なアダプタもあり、SFPトランシーバ になると思われる。 する方法である（図3）。このソリューシ をQSFPポートに設置することが可能 　加えて、2020年1月に、JIIAより、 ョンは、マシンビジョン用途に最適で である。 CoaXPressの光ファイバコネクタオプ ある。 ションを詳 しく説 明 した「Optical 　もう一つのオプションとして、シン CoaXPress-over-Fiberの Interface Guideline for CoaXPress グルモードファイバ用の40GBASE- 将来展望 （CoaXPressの光インタフェースに関 ER4 QSFP+ LC DOM光トランシーバ 　2020年11月現在、CoaXPress-over- するガイドライン）」が公開されており モジュールを使用すると、最大40キロ Fiber規格の正式認可待ちの状態であ 実用化に向けたグローバル標準化は間 メートルの光ファイバケーブルでLCデ るが、既に4つの双方向10Gbpsリン もなく策定されることになる。 ュプレックスファイバコネクタにて接 クを提供するQSFP+ケージを備えた 続する。このソリューションは、ビデ CoaXPress-over-Fiber PCIeフレーム まとめ オ転送用途などに適している（図4）。 グラバー「Coaxlink QSFP+」は、Eure 　CoaXPress-over-FiberはCoaXPress 　ブレイクアウトアクティブ光ケーブ sys社よりカメラメーカーに対し提供 プロトコルに基づくものであり、ジッ ルも利用可能である。このケーブルに されている（図5）。また、CoaXPress- ターとレイテンシーに関し、CoaX は、片方に40G QSFP+トランシーバ over-Fiber Bridge IPコアは、Sensor Pressと同様に高いパフォーマンスを （フレームグラバー用）、もう片方に4 to Image社よりカメラメーカーを対象 提供する。その上、CoaXPress-over- つの10G SFP+トランシーバ（4台のカ に提供されている（図1）。 FiberはCoaXPressに比べ、より高い メラ用）が備わっている。 　経緯として、Euresys社及びSensor 転送速度をサポートしているため、ジ 　このソリューションではさらに高速の to Image社は、2018年にCoaXPress- ッターとレイテンシーはさらに改善さ オプションも利用できる状態であるた over-Fiberの開発とデモを開始。2020 れ る。CoaXPress-over-FiberはCoaX め、将来的な需要にも対応可能となる。 年初頭より、Euresys社と最大手ビジ Press規格のメリットを維持するだけ SFP28イテレーションは、25Gbpsの速 ョンメーカーが集まるCoaXPress分科 でなく、高帯域幅、低レイテンシー、 度に対応できるように設計されてお 会は、JIIAにおいてCoaXPress規格 高い安定性と信頼性をさらに進展させ り、QSFP28（クワッドSFP28）系統の へのアドオンとしての仕様の審査に取 ていくことになる。 場合は、最大100Gbpsとなる。QSFP り組んできた。 56は、2019年の時点ですでに標準化 されており、主要ベンダーからすでに 著者紹介 販売されている製品の最高速度は2倍 佐野樹氏は、Euresys Japanのセールスマネージャー。 VSDJ V I S I O N S Y S T E M S D E S I G N J A PA N December 2020 4