โซลูชันชิปสำหรับการใช้งานด้านการดูแลสุขภาพและอุปกรณ์การแพทย์
การวางแผนที่จำเป็นในการออกแบบชิปสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ค่อนข้างแตกต่างจากด้านอื่นๆ และยังแตกต่างอย่างมากจากตลาดที่มีภารกิจสำคัญ เช่น รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองอย่างไรก็ตาม ไม่ว่าอุปกรณ์ทางการแพทย์ประเภทใด การออกแบบชิปทางการแพทย์จะเผชิญกับความท้าทายหลัก 3 ประการ ได้แก่ การใช้พลังงาน ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือ
ในการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในการดูแลสุขภาพ นักพัฒนาจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจก่อนว่าการใช้พลังงานต่ำของอุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์ฝัง นั้นมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับสิ่งนี้ เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวจำเป็นต้องถูกวางในการผ่าตัดในร่างกายและถอดออก การใช้พลังงานควรลดลง โดยทั่วไป แพทย์และผู้ป่วยต้องการให้อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบฝังมีอายุการใช้งาน 10 ถึง 20 ปี แทนที่จะเปลี่ยนแบตเตอรี่ทุกๆ สองสามปี
อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ไม่สามารถปลูกฝังได้ส่วนใหญ่ยังต้องการการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวส่วนใหญ่จะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ (เช่น เครื่องติดตามฟิตเนสบนข้อมือ)นักพัฒนาจำเป็นต้องพิจารณาเทคโนโลยีต่างๆ เช่น กระบวนการที่มีการรั่วไหลต่ำ โดเมนแรงดันไฟฟ้า และโดเมนพลังงานที่สลับได้ เพื่อลดการใช้พลังงานขณะทำงานและขณะสแตนด์บาย
ความน่าเชื่อถือคือความน่าจะเป็นที่ชิปจะทำหน้าที่ที่ต้องการได้ดีในสภาพแวดล้อมที่กำหนด (ภายในร่างกายมนุษย์ บนข้อมือ ฯลฯ) ในระยะเวลาที่กำหนด ซึ่งจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการใช้อุปกรณ์ทางการแพทย์ความล้มเหลวส่วนใหญ่เกิดขึ้นในขั้นตอนการผลิตหรือใกล้หมดอายุการใช้งาน และสาเหตุที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับข้อมูลเฉพาะของผลิตภัณฑ์ตัวอย่างเช่น อายุการใช้งานของแล็ปท็อปหรืออุปกรณ์เคลื่อนที่จะอยู่ที่ประมาณ 3 ปี
ความล้มเหลวในการสิ้นสุดอายุการใช้งานมีสาเหตุหลักมาจากการเสื่อมสภาพของทรานซิสเตอร์และการย้ายถิ่นด้วยไฟฟ้าการเสื่อมสภาพหมายถึงการเสื่อมประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์อย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์ทั้งหมดการโยกย้ายด้วยไฟฟ้าหรือการเคลื่อนที่ของอะตอมโดยไม่ต้องการเนื่องจากความหนาแน่นกระแส เป็นสาเหตุสำคัญของความล้มเหลวในการเชื่อมต่อโครงข่ายระหว่างทรานซิสเตอร์ยิ่งความหนาแน่นกระแสผ่านเส้นสูงเท่าไร โอกาสที่จะเกิดความล้มเหลวในระยะสั้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
การทำงานที่เหมาะสมของอุปกรณ์ทางการแพทย์ถือเป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นจึงต้องรับประกันความน่าเชื่อถือตั้งแต่เริ่มต้นขั้นตอนการออกแบบและตลอดทั้งกระบวนการในขณะเดียวกัน การลดความแปรปรวนในขั้นตอนการผลิตก็เป็นสิ่งจำเป็นเช่นกันSynopsys นำเสนอโซลูชันการวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือที่สมบูรณ์ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าการวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือของ PrimeSim ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบกฎทางไฟฟ้า การจำลองข้อผิดพลาด การวิเคราะห์ความแปรปรวน การวิเคราะห์การโยกย้ายด้วยไฟฟ้า และการวิเคราะห์อายุของทรานซิสเตอร์
ข้อมูลทางการแพทย์ที่เป็นความลับที่รวบรวมโดยอุปกรณ์ทางการแพทย์จะต้องมีการรักษาความปลอดภัย เพื่อให้บุคลากรที่ไม่ได้รับอนุญาตไม่สามารถเข้าถึงข้อมูลทางการแพทย์ส่วนตัวได้นักพัฒนาซอฟต์แวร์จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทางการแพทย์ไม่เสี่ยงต่อการปลอมแปลงทุกรูปแบบ เช่น ความเป็นไปได้ที่บุคคลที่ไร้ศีลธรรมจะเจาะเข้าไปในเครื่องกระตุ้นหัวใจเพื่อทำร้ายผู้ป่วยเนื่องจากการแพร่ระบาดของโรคปอดบวมครั้งใหม่ วงการแพทย์จึงหันมาใช้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกันมากขึ้น เพื่อลดความเสี่ยงในการติดต่อกับผู้ป่วยและเพื่อความสะดวกยิ่งมีการเชื่อมต่อระยะไกลมากเท่าไร โอกาสที่จะเกิดการละเมิดข้อมูลและการโจมตีทางไซเบอร์อื่นๆ ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
จากมุมมองของเครื่องมือออกแบบชิป นักพัฒนาชิปอุปกรณ์ทางการแพทย์ใช้เครื่องมือไม่แตกต่างจากที่ใช้ในสถานการณ์การใช้งานอื่นๆEDA, IP cores และเครื่องมือวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือล้วนเป็นสิ่งจำเป็นเครื่องมือเหล่านี้จะช่วยให้นักพัฒนาวางแผนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้การออกแบบชิปที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษพร้อมความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น ขณะเดียวกันก็คำนึงถึงข้อจำกัดด้านพื้นที่และปัจจัยด้านความปลอดภัย ซึ่งมีความสำคัญต่อสุขภาพของผู้ป่วย ความปลอดภัยของข้อมูล และความปลอดภัยในชีวิต
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การระบาดของโรคมงกุฎครั้งใหม่ทำให้ผู้คนตระหนักถึงความสำคัญของระบบการแพทย์และอุปกรณ์ทางการแพทย์มากขึ้นเรื่อยๆในช่วงที่เกิดโรคระบาด มีการใช้เครื่องช่วยหายใจเพื่อช่วยเหลือผู้ป่วยที่มีอาการบาดเจ็บที่ปอดอย่างรุนแรงด้วยการช่วยหายใจระบบระบายอากาศใช้เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และโปรเซสเซอร์เพื่อตรวจสอบสัญญาณชีพเซ็นเซอร์ใช้เพื่อระบุอัตรา ปริมาตร และปริมาณออกซิเจนของผู้ป่วยต่อลมหายใจ และเพื่อปรับระดับออกซิเจนให้ตรงตามความต้องการของผู้ป่วยโปรเซสเซอร์จะควบคุมความเร็วของมอเตอร์เพื่อช่วยผู้ป่วยในการหายใจ
และอุปกรณ์อัลตราซาวนด์แบบพกพาสามารถตรวจจับอาการของไวรัส เช่น รอยโรคในปอดในผู้ป่วย และระบุลักษณะของโรคปอดบวมเฉียบพลันที่เกี่ยวข้องกับไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องรอการทดสอบกรดนิวคลีอิกอุปกรณ์ดังกล่าวก่อนหน้านี้ใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกเป็นโพรบอัลตราซาวนด์ ซึ่งโดยทั่วไปมีราคาสูงกว่า 100,000 ดอลลาร์ด้วยการแทนที่คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกด้วยชิปเซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์ดังกล่าวมีราคาเพียงไม่กี่พันดอลลาร์ และช่วยให้ตรวจจับและประเมินร่างกายภายในของผู้ป่วยได้ง่ายขึ้น
ไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่กำลังเพิ่มจำนวนขึ้นและยังไม่หมดสิ้นไปโดยสิ้นเชิงสถานที่สาธารณะต้องตรวจวัดอุณหภูมิคนจำนวนมากเป็นสิ่งสำคัญกล้องถ่ายภาพความร้อนหรือเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดหน้าผากแบบไม่สัมผัสในปัจจุบันเป็นสองวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการทำเช่นนี้ และอุปกรณ์เหล่านี้ยังอาศัยเซมิคอนดักเตอร์ เช่น เซ็นเซอร์และชิปแอนะล็อกในการแปลงข้อมูล เช่น อุณหภูมิเป็นค่าที่อ่านได้แบบดิจิทัล
อุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพต้องการเครื่องมือ EDA ขั้นสูงเพื่อตอบสนองความท้าทายที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในปัจจุบันเครื่องมือ EDA ขั้นสูงสามารถมอบโซลูชันที่หลากหลาย เช่น การใช้ความสามารถในการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ในระดับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ การรวมระบบ (การรวมส่วนประกอบต่างๆ ให้ได้มากที่สุดในแพลตฟอร์มชิปตัวเดียว) และการประเมินผลกระทบของการ การออกแบบพลังงานในการกระจายความร้อนและอายุการใช้งานแบตเตอรี่เซมิคอนดักเตอร์เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์ทางการแพทย์ในปัจจุบันจำนวนมาก โดยมีฟังก์ชันต่างๆ เช่น การควบคุมการปฏิบัติงาน การประมวลผลและการจัดเก็บข้อมูล การเชื่อมต่อไร้สาย และการจัดการพลังงานอุปกรณ์การแพทย์แบบดั้งเดิมไม่ได้ขึ้นอยู่กับเซมิคอนดักเตอร์ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่ของอุปกรณ์การแพทย์แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ทางการแพทย์และลดต้นทุนอีกด้วย
อุตสาหกรรมอุปกรณ์ทางการแพทย์กำลังพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว และนักพัฒนาชิปกำลังออกแบบและขับเคลื่อนนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องในอุปกรณ์ฝังในรุ่นต่อไป อุปกรณ์ทางการแพทย์ในโรงพยาบาล และอุปกรณ์สวมใส่เพื่อสุขภาพ
