醫(yī)療電子市場 FPGA技術(shù)市場巨大

目前，世界各地對醫(yī)療保健的需求在不斷增長，對保健模式的要求也越來越高。Altera醫(yī)療業(yè)務(wù)部高級市場經(jīng)理John Sotir認(rèn)為，變化體現(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)展的診斷成像平臺的支持下，社會醫(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。

Altera醫(yī)療業(yè)務(wù)部高級市場經(jīng)理John Sotir

他還指出，推動中國醫(yī)療電子設(shè)計快速發(fā)展的幾個因素包括：經(jīng)濟(jì)增長推動了市場需求;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，醫(yī)院采購預(yù)算不斷升級和擴(kuò)張;對醫(yī)療成像(可視化)和數(shù)字醫(yī)療設(shè)備不斷增長的需求。

不過，中國醫(yī)療電子市場與全球市場對比，既有共同點也有獨特之處。賽靈思亞太區(qū)新業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃文杰指出，共同點在于中國醫(yī)療器械制造商正在與全球其他企業(yè)一起，從低端到中/高端不斷升級他們的技術(shù)和產(chǎn)品，不同之處在于中國更多的需求是對新的健康醫(yī)療設(shè)施的需求，包括中國十二五計劃中的中心城市以及農(nóng)村地區(qū)的醫(yī)院、社區(qū)醫(yī)療保健中心以及診所等。他強(qiáng)調(diào)說：“全球和中國醫(yī)療機(jī)構(gòu)對于設(shè)備升級的需求以及市民對優(yōu)質(zhì)醫(yī)療產(chǎn)品的需求，是驅(qū)動全球和中國醫(yī)療電子市場增長的普遍因素。在這種市場環(huán)境中，中國醫(yī)療設(shè)備企業(yè)對更高性能、更低功耗以及高度集成電子設(shè)備的需求，將會持續(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。”

賽靈思亞太區(qū)新業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃文杰

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。得益于靈活的架構(gòu)以及強(qiáng)大的并行處理和計算能力，F(xiàn)PGA器件被越來越多地應(yīng)用于醫(yī)療電子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中，這也為FPGA市場帶來了新的發(fā)展契機(jī)，預(yù)期FPGA將成為醫(yī)療電子市場成長最快的半導(dǎo)體器件。

不僅如此，成本也是FPGA滲透到該領(lǐng)域的關(guān)鍵因素之一。黃文杰表示：“在大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備中，實時信號處理和視頻處理是其中最重要的應(yīng)用，CPU可以滿足性能的需求，但是與此同時增加了成本。而FPGA 可以取代CPU的實時信號處理算法，同時降低成本。”他介紹說，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。

京微雅格市場總監(jiān)竇祥峰

FPGA 的優(yōu)勢似乎還有很多，異軍突起的中國本土FPGA廠商京微雅格公司市場總監(jiān)竇祥峰也表示，該公司目前量產(chǎn)的芯片與規(guī)劃下一代產(chǎn)品均有嵌入處理器平臺，將 FPGA、CPU、ASIC、存儲器以及模擬單元等功能模塊集成在單一芯片上，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。他說：“在醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是便攜式醫(yī)療設(shè)備方面，由于對于芯片的面積功耗有限制，嵌入了處理器平臺的FPGA更能體現(xiàn)優(yōu)勢。此外，F(xiàn)PGA安全特性可最大限度保護(hù)客戶的設(shè)計，界面友好的開發(fā)工具可加速客戶設(shè)計從概念到市場時間。”

醫(yī)療成像：不斷膨脹的性能要求

盡管醫(yī)療成像設(shè)備大多用于醫(yī)院，設(shè)備大型且高昂，但市場顯示便于攜帶、低功耗的醫(yī)療設(shè)備更容易受到用戶青睞。此外，具備信息化、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)的融合等特性的設(shè)備也是醫(yī)療成像設(shè)備的發(fā)展潮流。Altera的Sotir指出，這些需求趨勢對IC行業(yè)特別是FPGA提出了以下具體要求：1.通過工藝技術(shù)進(jìn)步來優(yōu)化性能和功耗;2.通過硬件加速提高性能;3.靈活的應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)的變化以及越來越強(qiáng)的功能;4.提供可承受的高性價比解決方案，包括總體擁有成本;5.定制解決方案，更好的適應(yīng)醫(yī)療器械多樣化需求。

FPGA廠商也努力滿足以上要求。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)存儲器、更大的存儲器帶寬和DSP等更高效的處理硬件對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時匯集、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，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)步才能實現(xiàn)，提高性能同時低功耗。

為了解決下一代醫(yī)療成像系統(tǒng)日益膨脹的性能要求，賽靈思稱已推出領(lǐng)先競爭對手整整一代的28nm7 系列FPGA產(chǎn)品，可以為醫(yī)療設(shè)備企業(yè)提供寶貴的設(shè)計局靈活性、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)計人員能夠應(yīng)對超聲、 CT、X射線等設(shè)計領(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。

便攜醫(yī)療：SoC大行其道

尺寸更小、功耗更低是便攜醫(yī)療設(shè)備的主要趨勢，隨著各類技術(shù)的進(jìn)步，高性能也成為不可或缺的重要屬性。這一點在超聲應(yīng)用中得到了很好的驗證。僅在幾年前，支持64通道和多種成像模式的高級超聲系統(tǒng)會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，可以在一個可編程邏輯器件中實現(xiàn)復(fù)雜的聚束技術(shù)。靈活的可編程器件支持超聲平臺在其生命周期中不斷進(jìn)行改進(jìn)。半導(dǎo)體技術(shù)會繼續(xù)在一個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這一趨勢將持續(xù)下去。

SoC器件平臺由此應(yīng)運而生，它能夠在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)存儲器、更大的存儲器總線帶寬，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，今后也不會過時，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。”Sotir說。

他還說道：“智能醫(yī)療解決方案是一種新的趨勢，它包括連續(xù)采集患者數(shù)據(jù)，并對不同時間點測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的便攜式醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備，再到使用復(fù)雜算法處理方法對全部人口進(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上應(yīng)用了高級集成技術(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現(xiàn)高級成像平臺，使用生物信息和高性能計算平臺，性能提高了幾個數(shù)量級。

賽靈思也強(qiáng)調(diào)其SoC的獨特優(yōu)勢，黃文杰表示：“和當(dāng)前FPGA+DSP+Processor解決方案相比，賽靈思特有的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，同時也降低了系統(tǒng)的總功耗。”

此外，Sotir 還表示Altera的高度集成技術(shù)不僅能減少總體功耗，還能減少便攜式醫(yī)療應(yīng)用的散熱問題，而這些問題是由于小型設(shè)備(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。值得一提的是，Altera還提供設(shè)計工具、知識產(chǎn)權(quán)(IP)、由第三方評審員根據(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。

同樣的，京微雅格也強(qiáng)調(diào)其 SoC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，特別是芯片的安全特性。“長期以來，采用SRAM工藝的FPGA加密性廣受詬病，如何保證自己的知識產(chǎn)權(quán)不被盜取是廣大設(shè)計者亟待解決的問題，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。可以為我們的客戶實現(xiàn)他們最關(guān)心的問題。”竇祥峰說。

支持與服務(wù)體系尤為重要

由于FPGA具有高度靈活性，醫(yī)療設(shè)備制造商二次開發(fā)也需要FPGA廠商生態(tài)系統(tǒng)的各方支持。Altera的Sotir表示，Altera重點支持國內(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)計上要求。Altera在檳城擁有一個重大的設(shè)計團(tuán)隊，并發(fā)展了大型的設(shè)計服務(wù)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)(DSN)，以支持客戶的技術(shù)需要。到目前為止，很多專門從事成像、治療、手術(shù)、醫(yī)療機(jī)電、監(jiān)測、科研和實驗室設(shè)備的醫(yī)療OEM的前沿解決方案是基于Altera CPLD和FPGA產(chǎn)品。從供應(yīng)鏈合作伙伴角度，Altera與半導(dǎo)體晶圓廠臺積電擁有18年合作關(guān)系，供貨穩(wěn)定。

賽靈思的黃文杰也指出，目前全球和中國的主要醫(yī)療設(shè)備制造商都在他們的產(chǎn)品中使用了賽靈思FPGA。賽靈思的28nm All Programmable平臺(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)計人員可在較低成本和功耗上實現(xiàn)實時處理和高性能的方案，從而實現(xiàn)各類差異化設(shè)計。

“對于賽靈思來說，優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和客戶滿意度至關(guān)重要重要。”為此，賽靈思在新加坡設(shè)立了亞太區(qū)總部及工廠，幫助賽靈思確保穩(wěn)定的交貨期。他還說：“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)，均可以為廣大的中國客戶提供出色的技術(shù)支持和 服務(wù)。”

本土FPGA供應(yīng)商京微雅格的目標(biāo)指向中國本土廠商。竇祥峰指出，雖然該公司金山系列今年第三季度才開始量產(chǎn)，但是目前已經(jīng)取得了血氧儀、血液分析儀及醫(yī)療顯示驅(qū)動相關(guān)的設(shè)計應(yīng)用，廣泛分布在醫(yī)療設(shè)備的顯示、電機(jī)控制、主控單元及時序產(chǎn)生器等方面。“我們正在積極挖掘具有技術(shù)實力的設(shè)計公司開發(fā)相應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備通用設(shè)計，具有國產(chǎn)核心芯片的醫(yī)療設(shè)備即將問世。”他說，“作為本土FPGA供應(yīng)商，我們最大的亮點在于本土化設(shè)計與本土化技術(shù)支持團(tuán)隊，無論反饋時間、溝通交流還是解決問題的精準(zhǔn)性都絕對優(yōu)于競爭對手。”