FPGA將顛覆傳統(tǒng)醫(yī)療電子設(shè)計(jì)，專家怎么看？

醫(yī)療設(shè)備的需求與趨勢對(duì)FPGA提出的最新要求

世界各地對(duì)醫(yī)療保健的需求在不斷增長，對(duì)保健模式的要求也越來越高。不斷進(jìn)步的醫(yī)療電子技術(shù)是滿足這些醫(yī)療保健需求的關(guān)鍵。這明顯的體現(xiàn)在兩方面，特別是醫(yī)院環(huán)境中。首先，預(yù)測和預(yù)防保健的發(fā)展提高了患者的生活質(zhì)量，在不斷發(fā)展的診斷成像平臺(tái)的支持下，社會(huì)醫(yī)療保健總成本也在不斷下降。其次，功能強(qiáng)大的、基于價(jià)值的便攜式醫(yī)療設(shè)備在性能上超越了幾年前的大型高成本設(shè)備，在此基礎(chǔ)上，政府政策能夠擴(kuò)大醫(yī)療保健的覆蓋范圍。

目前推動(dòng)中國醫(yī)療電子設(shè)計(jì)快速發(fā)展的幾個(gè)因素包括：
● 經(jīng)濟(jì)增長推動(dòng)了市場需求
● 人口增長和老齡化，預(yù)期壽命延長等。
● 生活水平的提高，患者更高的期望。
● 慢性病發(fā)病率的增加(肥胖、呼吸系統(tǒng)疾病、心臟病)
● 政府政策覆蓋面越來越廣：在政府投資的激勵(lì)下，醫(yī)院采購預(yù)算不斷升級(jí)和擴(kuò)張。
● 對(duì)醫(yī)療成像(可視化)和數(shù)字醫(yī)療設(shè)備不斷增長的需求

目前醫(yī)療設(shè)備具備下面的特性更容易受到用戶青睞：
● 便于攜帶，使用更方便
● 低功耗，基于價(jià)值
● 信息技術(shù)(信息化)
● 安全標(biāo)準(zhǔn)(安全性)和質(zhì)量執(zhí)法
● 醫(yī)療器械和生物信息學(xué)的融合

這些需求趨勢對(duì)IC行業(yè)特別是FPGA提出了以下具體要求：
● 通過工藝技術(shù)進(jìn)步來優(yōu)化性能和功耗
● 通過硬件加速提高性能
● 靈活的應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的變化以及越來越強(qiáng)的功能
● 提供可承受的高性價(jià)比解決方案，包括總體擁有成本(EOL保護(hù))
● 定制解決方案，更好的適應(yīng)越來越多的醫(yī)療器械


John Sotir，Altera公司醫(yī)療業(yè)務(wù)部高級(jí)市場經(jīng)理

在增強(qiáng)醫(yī)療成像技術(shù)方面，半導(dǎo)體器件技術(shù)的進(jìn)步直接導(dǎo)致了診斷質(zhì)量的提高。半導(dǎo)體性能的提高支持傳感器陣列采集更多的數(shù)據(jù)，噪聲基底更低，提高了信噪比。半導(dǎo)體技術(shù)通過高性能I/O、大容量片內(nèi)存儲(chǔ)器、更大的存儲(chǔ)器帶寬和DSP等更高效的處理硬件對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)匯集、濾波和預(yù)處理。可編程邏輯的發(fā)展前所未有的提高了并行處理能力，支持當(dāng)今的高級(jí)成像算法。每一代成像設(shè)備探測的數(shù)據(jù)量越來越大，由于采用復(fù)雜的迭代算法，因此，單位數(shù)據(jù)需要更多的處理資源。在提高性能的同時(shí)，還必須滿足同 樣的功耗需求，以及長期可靠性要求。這只有通過半導(dǎo)體器件技術(shù)進(jìn)步才能實(shí)現(xiàn)，提高性能同時(shí)低功耗。

高性能便攜式醫(yī)療設(shè)備的日益普及，這在超聲應(yīng)用中得到了很好的驗(yàn)證。僅在幾年前，支持64通道和多種成像模式的高級(jí)超聲系統(tǒng)會(huì)含有多塊電子電路板和子系統(tǒng)，需要很大的機(jī)箱才能容納這些電子器件。今天，性能相似的超聲電子設(shè)備可以安裝到一個(gè)筆記本電腦大小的機(jī)箱中。傳感器技術(shù)的進(jìn)步提高了探測信噪比，可以在一個(gè)可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的聚束技術(shù)。靈活的可編程器件支持超聲平臺(tái)在其生命周期中不斷進(jìn)行改進(jìn)。半導(dǎo)體技術(shù)會(huì)繼續(xù)在一個(gè)器件中集成越來越多的功能，因此，更緊湊的高性能超聲平臺(tái)這一趨勢將持續(xù)下去。全芯片系統(tǒng)(SoC) 器件平臺(tái)能夠在SoC集成封裝內(nèi)部和外部提供高速I/O、容量更大的片內(nèi)存儲(chǔ)器、更大的存儲(chǔ)器總線帶寬，以及硬件加速功能，例如，DSP模塊、嵌入式處理器和可編程架構(gòu)等，更加靈活，今后也不會(huì)過時(shí)，滿足了新系統(tǒng)的需求。這些高度集成的SOC器件降低了功耗，減少了器件數(shù)量，減小了PCB面積，支持實(shí)現(xiàn)體積更小的超聲設(shè)備，例如，平板或者手持式產(chǎn)品，其成像質(zhì)量與前一代機(jī)箱式設(shè)備相似。

智能醫(yī)療解決方案是一種新的趨勢，它包括從連續(xù)采集患者數(shù)據(jù)，相對(duì)于時(shí)間點(diǎn)測量數(shù)據(jù)對(duì)趨勢進(jìn)行分析的便攜式醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備，到使用復(fù)雜算法處理方法對(duì)全部人口進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)等。Altera的可編程邏輯在單一平臺(tái)上應(yīng)用了高級(jí)集成技術(shù)，支持各種醫(yī)療設(shè)備解決方案，從可穿戴式監(jiān)視器、隨身看護(hù)診斷，直至便攜式保健服務(wù)解決方案等等。Altera固有的并行和可定制硬件支持通過硬件加速方法實(shí)現(xiàn)高級(jí)成像平臺(tái)，使用生物信息和高性能計(jì)算平臺(tái)，性能提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

“移動(dòng)醫(yī)療”獲得政府的決策者、基層醫(yī)療醫(yī)生和患者的興趣, 這是因?yàn)槌兄Z降低整體社會(huì)的醫(yī)療成本，提高病人護(hù)理的有效性和滿足病人的需求增加控制他們的個(gè)人健康治療計(jì)劃。

OEM面臨著的挑戰(zhàn)包括設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和具有消費(fèi)者樣空間 (“consumer-like” space)的醫(yī)療設(shè)備驗(yàn)證挑戰(zhàn)，還需要從現(xiàn)有的監(jiān)管指引下保持嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制。要達(dá)到可接受的價(jià)位，同時(shí)減少推出市場的時(shí)間和保持嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ，醫(yī)療OEM需要選擇技術(shù)合作伙伴他們能協(xié)助移動(dòng)健康設(shè)備空間中的挑戰(zhàn)，提供正確的半導(dǎo)體組件、生產(chǎn)力工具、支持和遵從法規(guī)。

Altera的高度集成技術(shù)能減少總體功耗和減少便攜式醫(yī)療應(yīng)用的散熱問題，這些問題是由于小型設(shè)備（即手持或可穿戴設(shè)備）的電池壽命和熱特性的因素限制而產(chǎn)生。此外，Altera提供高質(zhì)量、可靠的和遵從法規(guī)組織要求的過程和程序，以支持 OEM 遵從法規(guī)。此外，Altera有設(shè)計(jì)工具，知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），由第三方評(píng)審員根據(jù)IEC61508 規(guī)范中使用安全關(guān)鍵應(yīng)用的半導(dǎo)體器件，這減少了選擇器件的復(fù)雜性，并支持醫(yī)療認(rèn)證的嚴(yán)格要求。

因?yàn)锳ltera 的可編程邏輯器件有高度的靈活性，世界各地的醫(yī)療OEM 設(shè)計(jì)和開發(fā)基于 Altera CPLD 和FPGA 的產(chǎn)品。其中很多專門從事成像、 治療、 手術(shù)、 療機(jī)電、 監(jiān)測、 科研和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的醫(yī)療OEM的前沿解決方案是基于 Altera 的可編程邏輯解決方案。Altera協(xié)助供應(yīng)鏈合作伙伴不斷滿足其客戶的需要, 進(jìn)而深化了和供應(yīng)鏈合作伙伴的工作關(guān)系。Altera 與半導(dǎo)體晶圓廠臺(tái)積電擁有 18 年合作關(guān)系可以證明這一點(diǎn)。

Altera 重點(diǎn)支持國內(nèi)增長中的醫(yī)療 OEM 行業(yè)。Altera的器件專家和技術(shù)專家經(jīng)常協(xié)助醫(yī)療OEM 在結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上要求。Altera 在檳城擁有一個(gè)重大的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，并發(fā)展了一個(gè)大型的設(shè)計(jì)服務(wù)合作伙伴網(wǎng)絡(luò) (DSN)，以支持我們的客戶的技術(shù)需要。

Altera目前在醫(yī)療電子領(lǐng)域的重點(diǎn)產(chǎn)品或解決方案及其核心技術(shù)特點(diǎn)如下： [!--empirenews.page--]
? 性能和靈活性——PLD非常適合滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣和圖像處理的需求，能夠靈活的應(yīng)對(duì)不斷發(fā)展的協(xié)議。
? 硬件加速——滿足了越來越復(fù)雜的算法處理需求，幫助您盡早開始軟件設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行移植，加速模塊的實(shí)現(xiàn)。
? 集成和單一平臺(tái)——類似SoC的集成功能，在一片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)了軟核或者硬核嵌入式處理器、定制IP、通信I/O功能。
? 互聯(lián)——實(shí)現(xiàn)多種總線接口，例如，PCIe、千兆以太網(wǎng)或者定制協(xié)議。
? 降低總體擁有成本——縮短了開發(fā)時(shí)間，降低了風(fēng)險(xiǎn)和功耗，延長了供電時(shí)間，從而降低了總成本。

All Programmable FPGA和SoC可在低成本和低功耗上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理和高性能

醫(yī)療電子全球及中國市場需求不斷攀升，特別是醫(yī)療成像設(shè)備、中國便攜式/家用醫(yī)療電子設(shè)備需求增長很快。您認(rèn)為中國與全球市場各有哪些不同特點(diǎn)？貴公司對(duì)中國醫(yī)療市場的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景如何看待？

全球和中國醫(yī)療醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)于設(shè)備升級(jí)的需求以及市民對(duì)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療產(chǎn)品的需求，是驅(qū)動(dòng)全球和中國醫(yī)療電子市場增長的普遍因素。在中國，更多的需求是對(duì)新的健康醫(yī)療設(shè)施的需求，包括中國十二五計(jì)劃中的中心城市以及的農(nóng)村地區(qū)的醫(yī)院、社區(qū)醫(yī)療保健中心以及診所等。此外，中國國內(nèi)醫(yī)療器械制造商正在與全球其他企業(yè)一起，從低端到中/高端不斷升級(jí)他們的技術(shù)和產(chǎn)品。在這種市場環(huán)境中，中國醫(yī)療設(shè)備企業(yè)對(duì)更高性能，更低功耗以及高度集成電子設(shè)備的需求，將會(huì)持續(xù)增加，以滿足國內(nèi)和出口市場的下一代醫(yī)療設(shè)備發(fā)展的要求。

在醫(yī)療成像方面，醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)者需要解決下一代成像系統(tǒng)日益膨脹的性能要求。賽靈思領(lǐng)先競爭對(duì)手整整一代的28nm7 系列FPGA，可以為醫(yī)療設(shè)備企業(yè)提供寶貴的設(shè)計(jì)局靈活性、豐富的IP硬核、強(qiáng)大的收發(fā)器功能和開發(fā)工具支持的最佳組合，使設(shè)計(jì)人員能夠應(yīng)對(duì)超聲、CT、X射線等設(shè)計(jì)領(lǐng)域等提高性能，滿足不斷變化的市場需求和嚴(yán)苛的官方資格認(rèn)證的市場挑戰(zhàn)，滿足圖像更清楚、更精確的需求。。


黃文杰，賽靈思亞太區(qū)新業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理

在便攜醫(yī)療應(yīng)用上，和當(dāng)前FPGA + DSP + Processor的解決方案相比，賽靈思行業(yè)特有的All Programmable SoC Zynq-7000系列，把ARM處理器和FPGA結(jié)合起來，在28nm工藝的FPGA中嵌入了雙核的ARM cortex-A9內(nèi)核，最先進(jìn)的工藝和強(qiáng)大的處理能力和可編程能力非常適合醫(yī)療電子比如高端醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀產(chǎn)品等的應(yīng)用，而且擁有絕對(duì)的成本優(yōu)勢。其單芯片的解決方案降低了制造、耗材（更小的外形尺寸使然）以及相關(guān)支持組件的成本， 同時(shí)也降低了系統(tǒng)的總功耗。

在大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備中，實(shí)時(shí)信號(hào)處理和視頻處理是其中最重要的應(yīng)用，高速CPU可以滿足性能的需求，但是與此同時(shí)增加了成本。而FPGA 可以取代代CPU的實(shí)時(shí)信號(hào)處理算法，同時(shí)降低成本。

賽靈思All Programmable SoC器件中含有軟件可編程的多核ARM Cortex A9，大量硬件可編程的邏輯電路、存儲(chǔ)器和DSP，還有可編程的模擬電路 (ADC) 和12.5Gbps 收發(fā)器等。通過將處理器和FPGA高度集成，單芯片解決方案降低了系統(tǒng)成本和功耗。

目前，全球和中國的主要的醫(yī)療設(shè)備制造商都在他們的產(chǎn)品中使用了賽靈思的FPGA。對(duì)于賽靈思來說，優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和客戶滿意度至關(guān)重要重要。賽靈思在在新加坡設(shè)立了亞太區(qū)總部及工廠。它可以幫助賽靈思公司確保穩(wěn)定的交貨期，并在中國和其它亞太地區(qū)國家，為我們的客戶更迅速更精準(zhǔn)地提供更高品質(zhì)的設(shè)備。我們的分銷商安富利和科通，都是全球或者本地優(yōu)秀的而且是最大的電子產(chǎn)品分銷企業(yè)，均可以為我們廣大的中國客戶提供出色的技術(shù)支持和 服務(wù)。

賽靈思的28nm All Programmable平臺(tái)(包括 Artix-7, Kintex-7, Virtex-7 和Zynq-7000)已經(jīng)陸續(xù)投入到醫(yī)療成像、診斷、監(jiān)控、治療、家庭醫(yī)療器械和遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用，通過All Programmable FPGA和SoC，醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員可在較低成本和功耗上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理和高性能的方案。

嵌入處理器平臺(tái)的FPGA優(yōu)勢顯著

FPGA優(yōu)勢在于靈活，并且，其安全特性可最大限度保護(hù)客戶的設(shè)計(jì)，界面友好的開發(fā)工具可加速客戶設(shè)計(jì)從概念到市場時(shí)間。京微雅格的目前量產(chǎn)的芯片與規(guī)劃的下一代產(chǎn)品均有嵌入處理器（MCU）平臺(tái)，與傳統(tǒng)處理器相比FPGA嵌入硬核處理器在應(yīng)用范圍、多系統(tǒng)集成、減少用戶PCB面積方面優(yōu)勢巨大。在醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是便攜式醫(yī)療設(shè)備方面，由于對(duì)于芯片的面積功耗有限制，嵌入了處理器平臺(tái)的FPGA更能體現(xiàn)優(yōu)勢。

京微雅格的產(chǎn)品將FPGA、CPU、ASIC、存儲(chǔ)器以及模擬單元等功能模塊集成在單一芯片上，能夠滿足不同場合應(yīng)用的高效能設(shè)計(jì)，在減少用戶PCB面積上具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

雖然我們的產(chǎn)品，特別是金山系列今年第三季度才開始量產(chǎn)，但是我們在醫(yī)療領(lǐng)域的拓展是成功的。目前已經(jīng)取得了血氧儀，血液分析儀，及醫(yī)療顯示驅(qū)動(dòng)相關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，我們的設(shè)計(jì)廣泛分布在醫(yī)療設(shè)備的顯示；電機(jī)控制；主控單元；及時(shí)序產(chǎn)生器等方面。


竇祥峰，京微雅格(北京)科技有限公司，市場總監(jiān)

在積極挖掘具有技術(shù)實(shí)力的設(shè)計(jì)公司開發(fā)相應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備通用設(shè)計(jì)同時(shí)，我們也在接洽具有實(shí)力的醫(yī)療設(shè)備制造商，相信不久具有國產(chǎn)核心芯片的醫(yī)療設(shè)備會(huì)更多服務(wù)于廣大患者。

針對(duì)國產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備的異軍突起，其特點(diǎn)是更貼近市場需求與對(duì)成本的控制的敏感。我們的產(chǎn)品特性符合SoC暨單芯片系統(tǒng)，無論在各子系統(tǒng)的集成還是在研發(fā)周期的保證上都具有明顯優(yōu)勢，特別是我們的芯片的安全特性。長期以來，采用SRAM工藝的FPGA其加密性廣受詬病，如何保證自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被盜取是廣大設(shè)計(jì)者亟待解決的問題，我們的產(chǎn)品系列采用的加密方式符合AES標(biāo)準(zhǔn)且非常容易使用?？梢詾槲覀兊目蛻魧?shí)現(xiàn)他們最關(guān)心的問題。談到服務(wù)，我們最大的亮點(diǎn)是本土化設(shè)計(jì)，本土化技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。無論在反饋時(shí)間，溝通交流還是解決問題的精準(zhǔn)性方面都絕對(duì)優(yōu)于競爭對(duì)手。[!--empirenews.page--]