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)務部高級市場經理John Sotir認為，變化體現(xiàn)在兩方面，特別是醫(yī)院環(huán)境中。首先，預測和預防保健的發(fā)展提高了患者的生活質量，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，功能強大的、基于價值的便攜式醫(yī)療設備在性能上超越了幾年前的大型高成本設備，在此基礎上，政府政策能夠擴大醫(yī)療保健的覆蓋范圍。
Altera醫(yī)療業(yè)務部高級市場經理John Sotir
他還指出，推動中國醫(yī)療電子設計快速發(fā)展的幾個因素包括：經濟增長推動了市場需求;人口增長和老齡化，預期壽命延長等;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)院采購預算不斷升級和擴張;對醫(yī)療成像(可視化)和數字醫(yī)療設備不斷增長的需求。
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)務拓展經理黃文杰指出，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和產品，不同之處在于中國更多的需求是對新的健康醫(yī)療設施的需求，包括中國十二五計劃中的中心城市以及農村地區(qū)的醫(yī)院、社區(qū)醫(yī)療保健中心以及診所等。他強調說：“全球和中國醫(yī)療機構對于設備升級的需求以及市民對優(yōu)質醫(yī)療產品的需求，是驅動全球和中國醫(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)療設備企業(yè)對更高性能、更低功耗以及高度集成電子設備的需求，將會持續(xù)增加，以滿足國內和出口市場的下一代醫(yī)療設備發(fā)展的要求。”
賽靈思亞太區(qū)新業(yè)務拓展經理黃文杰
不斷進步的醫(yī)療電子技術是滿足這些醫(yī)療保健需求的關鍵。得益于靈活的架構以及強大的并行處理和計算能力，F(xiàn)PGA器件被越來越多地應用于醫(yī)療電子系統(tǒng)的優(yōu)化設計中，這也為FPGA市場帶來了新的發(fā)展契機，預期FPGA將成為醫(yī)療電子市場成長最快的半導體器件。
不僅如此，成本也是FPGA滲透到該領域的關鍵因素之一。黃文杰表示：“在大多數醫(yī)療設備中，實時信號處理和視頻處理是其中最重要的應用，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，該公司目前量產的芯片與規(guī)劃下一代產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)療領域，尤其是便攜式醫(yī)療設備方面，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客戶的設計，界面友好的開發(fā)工具可加速客戶設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)療成像設備大多用于醫(yī)院，設備大型且高昂，但市場顯示便于攜帶、低功耗的醫(yī)療設備更容易受到用戶青睞。此外，具備信息化、安全標準(安全性)和質量執(zhí)法、醫(yī)療器械和生物信息學的融合等特性的設備也是醫(yī)療成像設備的發(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.通過工藝技術進步來優(yōu)化性能和功耗;2.通過硬件加速提高性能;3.靈活的應對標準的變化以及越來越強的功能;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。在增強醫(yī)療成像技術方面，半導體器件技術的進步直接導致了診斷質量的提高。半導體性能的提高支持傳感器陣列采集更多的數據，噪聲基底更低，提高了信噪比。半導體技術通過高性能I/O、大容量片內存儲器、更大的存儲器帶寬和DSP等更高效的處理硬件對大量的數據進行實時匯集、濾波和預處理。
可編程邏輯的發(fā)展前所未有的提高了并行處理能力，支持當今的高級成像算法。每一代成像設備探測的數據量越來越大，由于采用復雜的迭代算法，因此，單位數據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。這只有通過半導體器件技術進步才能實現(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，賽靈思稱已推出領先競爭對手整整一代的28nm7 系列FPGA產品，可以為醫(yī)療設備企業(yè)提供寶貴的設計局靈活性、豐富的IP硬核、強大的收發(fā)器功能和開發(fā)工具支持的最佳組合，使設計人員能夠應對超聲、 CT、X射線等設計領域等提高性能，滿足不斷變化的市場需求和嚴苛的官方資格認證的市場挑戰(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)療設備的主要趨勢，隨著各類技術的進步，高性能也成為不可或缺的重要屬性。這一點在超聲應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)，需要很大的機箱才能容納這些電子器件。
今天，性能相似的超聲電子設備可以安裝到一個筆記本電腦大小的機箱中。傳感器技術的進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)復雜的聚束技術。靈活的可編程器件支持超聲平臺在其生命周期中不斷進行改進。半導體技術會繼續(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器件平臺由此應運而生，它能夠在SoC集成封裝內部和外部提供高速I/O、容量更大的片內存儲器、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，減少了器件數量，減小了PCB面積，支持實現(xiàn)體積更小的超聲設備，例如，平板或者手持式產品，其成像質量與前一代機箱式設備相似。”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)采集患者數據，并對不同時間點測量數據進行分析的便攜式醫(yī)療監(jiān)控設備，再到使用復雜算法處理方法對全部人口進行復雜數據挖掘的技術等。”Altera的可編程邏輯在單一平臺上應用了高級集成技術，支持各種醫(yī)療設備解決方案，從可穿戴式監(jiān)視器、隨身看護診斷，直至便攜式保健服務解決方案等等。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，性能提高了幾個數量級。
賽靈思也強調其SoC的獨特優(yōu)勢，黃文杰表示：“和當前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結合起來，在28nm工藝的FPGA中嵌入雙核的ARM Cortex-A9內核，最先進的工藝和強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)護儀產品等的應用，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的高度集成技術不僅能減少總體功耗，還能減少便攜式醫(yī)療應用的散熱問題，而這些問題是由于小型設備(手持或可穿戴設備)的電池壽命和熱特性的因素限制而產生。值得一提的是，Altera還提供設計工具、知識產權(IP)、由第三方評審員根據IEC61508 規(guī)范中使用安全關鍵應用的半導體器件，這減少了選擇器件的復雜性，并支持醫(yī)療認證的嚴格要求。
同樣的，京微雅格也強調其 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權不被盜取是廣大設計者亟待解決的問題，我們的產品系列采用的加密方式符合AES標準且非常容易使用?？梢詾槲覀兊目蛻魧崿F(xiàn)他們最關心的問題。”竇祥峰說。
支持與服務體系尤為重要
由于FPGA具有高度靈活性，醫(yī)療設備制造商二次開發(fā)也需要FPGA廠商生態(tài)系統(tǒng)的各方支持。Altera的Sotir表示，Altera重點支持國內增長中的醫(yī)療OEM行業(yè)。Altera的器件專家和技術專家經常協(xié)助醫(yī)療OEM在結構和設計上要求。Altera在檳城擁有一個重大的設計團隊，并發(fā)展了大型的設計服務合作伙伴網絡(DSN)，以支持客戶的技術需要。到目前為止，很多專門從事成像、治療、手術、醫(yī)療機電、監(jiān)測、科研和實驗室設備的醫(yī)療OEM的前沿解決方案是基于Altera CPLD和FPGA產品。從供應鏈合作伙伴角度，Altera與半導體晶圓廠臺積電擁有18年合作關系，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)療設備制造商都在他們的產品中使用了賽靈思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)療器械和遠程醫(yī)療等領域應用，通過All Programmable FPGA和SoC，醫(yī)療設備設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)各類差異化設計。
“對于賽靈思來說，優(yōu)質的服務和客戶滿意度至關重要重要。”為此，賽靈思在新加坡設立了亞太區(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品分銷企業(yè)，均可以為廣大的中國客戶提供出色的技術支持和 服務。”
本土FPGA供應商京微雅格的目標指向中國本土廠商。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，但是目前已經取得了血氧儀、血液分析儀及醫(yī)療顯示驅動相關的設計應用，廣泛分布在醫(yī)療設備的顯示、電機控制、主控單元及時序產生器等方面。“我們正在積極挖掘具有技術實力的設計公司開發(fā)相應的醫(yī)療設備通用設計，具有國產核心芯片的醫(yī)療設備即將問世。”他說，“作為本土FPGA供應商，我們最大的亮點在于本土化設計與本土化技術支持團隊，無論反饋時間、溝通交流還是解決問題的精準性都絕對優(yōu)于競爭對手。”
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