Pyramid Computer Thunderbolt als Bildverarbeitungs-Schnittstelle

Gegenüberstellung der technischen Eigenschaften verschiedener Kameraschnittstellen
Gegenüberstellung der technischen Eigenschaften verschiedener Kameraschnittstellen

Der von Intel und Apple entwickelte Schnittstellenstandard Thunderbolt (»Donnerblitz«) dringt allmählich in die industrielle Bildverarbeitung vor. Viermal so schnell wie USB 3.0 und zehnmal so schnell wie Dual-GigE, könnte sich Thunderbolt zur bevorzugten High-Speed-Schnittstelle entwickeln.

In Consumer- und Büro-PCs verbreitet sich die Thunderbolt-Schnittstelle zunehmend: Macs mit hochauflösenden Retina-Displays verfügen inzwischen allesamt über einen entsprechenden Anschluss anstelle der Firewire-800-Schnittstelle (IEEE 1394). Nach der erstmaligen Vorstellung Anfang 2011 ist Thunderbolt seit 2012 auch für Windows-Systeme verfügbar und wird unter anderem in Ultrabooks diverser Hersteller eingebaut. Aber nicht nur in der Consumer-Welt scheint Thunderbolt interessante Perspektiven zu bieten; auch in der industriellen Bildverarbeitung wird der neue Standard infolge der ständig steigenden Datenraten intensiv diskutiert. Hersteller von Industriekameras wie Allied Vision und Ximea haben auf der Bildverarbeitungs-Messe Vision 2014 erste Kamera-Prototypen mit Thunderbolt gezeigt. Bei einer maximalen Bildauflösung von 20 Megapixel könnten mit einer Datenrate von 20 GBit/s 30 Frames/s im 12-Bit-Modus übertragen werden.

Auf der Processing-Seite steht Pyramid Computer als Hersteller von Industrie- und Bildverarbeitungs-PCs ebenfalls in den Startlöchern: Dessen aktuelle Industrie-PC-Serie »CamCube Plus« gibt es auch mit Dual-Socket-CPUs, so dass sich Thunderbolt, eine entsprechende Nachfrage auf dem Markt vorausgesetzt, schnell implementieren ließe.

DisplayPort und PCI Express als Basis

Thunderbolt unterstützt sowohl die elektrische als auch die optische Datenübertragung; für letztere sind in den Steckern Prozessoren für die aktive Übertragung integriert. Bei elektrischen Kabeln ist die Kabellänge nach derzeitigem Stand auf 3 m beschränkt, mit optischen Kabeln sind deutlich größere Leitungslängen möglich. Inzwischen sind optische Kabel von bis zu 60 m Länge erhältlich, und zwar vom US-Hersteller Corning, was der Industrie völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Mechanisch und elektrisch ist der Thunderbolt-Stecker abwärtskompatibel zum Mini-DisplayPort-Standard und ermöglicht so eine problemlose technische Integration. Die Datenübertragung selbst beruht auf den beiden weit verbreiteten Protokollen DisplayPort (Video) und PCI Express (Daten), die über je einen bidirektionalen Thunderbolt-Kanal mit einer maximalen Datenrate von 10 GBit/s übertragen werden. Bei der aktuellen Version Thunderbolt 2.0 wurden beide Kanäle zusammengelegt, so dass sich die maximal nutzbare Bandbreite auf 20 GBit/s verdoppelt. Weil Thunderbolt prinzipiell offen ist für verschiedene Übertragungsprotokolle, ist das Ende der Fahnenstange damit aber noch lange nicht erreicht.

Bis zu sechs Geräte als daisy chain

Ein weiterer Vorteil von Thunderbolt, gerade im Vergleich zu USB, ist die Möglichkeit der Reihenschaltung (daisy chain) von bis zu sechs unterschiedlichen Geräten wie etwa Kameras, Monitore oder Industrie-PCs. Bei Verwendung eines elektrischen Kabels stellt Thunderbolt außerdem bis zu 10 W Leistung für die Busstromversorgung der angeschlossenen Geräte zur Verfügung. Als weiteren Vorteil nennt Intel die geringe Latenz und präzise zeitliche Synchronisation der Datenübertragung. In der industriellen Bildverarbeitung wäre das Feature der Reihenschaltung nicht zuletzt für Multikamerasysteme interessant, weil so mehrere hochauflösende Kameras an eine »Datenkette« gelegt werden könnten, etwa bei der Inline-Oberflächenkontrolle von Stoffen oder Papier: Mehrere nebeneinander angeordnete Kameras, die eine breite, schnell durchlaufende Materialbahn scannen, könnten mit Thunderbolt über ein einziges Kabel an den Industrie-PC angeschlossen werden. Heutige Kameras benötigen dagegen jeweils ein eigenes Datenkabel für die Anbindung.