의료 및 의료 기기 애플리케이션을 위한 칩 솔루션
의료용 칩을 설계하는 데 필요한 계획은 다른 분야와 상당히 다르며, 자율주행차와 같은 미션 크리티컬 시장과는 심지어 매우 다릅니다.그러나 의료기기 유형에 관계없이 의료용 칩 설계는 전력 소비, 안전성, 신뢰성이라는 세 가지 주요 과제에 직면하게 됩니다.
헬스케어에 사용되는 반도체를 개발할 때 개발자는 먼저 의료 기기의 저전력 소비를 보장해야 하며, 이식형 기기는 이에 대한 더 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 기기는 외과적으로 체내에 배치하고 제거해야 하기 때문에 전력 소비가 낮아야 하기 때문입니다. 일반적으로 의사와 환자는 이식형 의료기기가 몇 년에 한 번씩 배터리를 교체하는 것이 아니라 10~20년 동안 지속되기를 원합니다.
대부분의 비이식형 의료 장치도 초저전력 설계가 필요합니다. 왜냐하면 이러한 장치는 대부분 배터리로 구동되기 때문입니다(예: 손목에 착용하는 피트니스 트래커).개발자는 활성 및 대기 전력 소비를 줄이기 위해 저누설 프로세스, 전압 도메인, 전환 가능 전력 도메인과 같은 기술을 고려해야 합니다.
신뢰성은 칩이 지정된 환경(인체 내부, 손목 등)에서 지정된 기간 동안 필요한 기능을 잘 수행할 확률이며, 이는 의료 기기의 사용에 따라 달라집니다.대부분의 고장은 제조 단계나 수명이 다할 무렵에 발생하며, 정확한 원인은 제품의 사양에 따라 다릅니다.예를 들어 노트북이나 모바일 장치의 수명은 약 3년입니다.
수명 종료 오류는 주로 트랜지스터 노화 및 일렉트로 마이그레이션으로 인해 발생합니다.노화란 시간이 지남에 따라 트랜지스터 성능이 점진적으로 저하되어 결국 전체 장치의 고장으로 이어지는 것을 말합니다.전류 밀도로 인한 원치 않는 원자 이동 또는 전자 이동은 트랜지스터 간 상호 연결 실패의 중요한 원인입니다.라인을 통과하는 전류 밀도가 높을수록 단기적으로 고장이 발생할 가능성이 커집니다.
의료 기기의 올바른 작동은 매우 중요하므로 설계 단계 초기부터 프로세스 전반에 걸쳐 신뢰성이 보장되어야 합니다.동시에 생산 단계의 변동성을 줄이는 것도 필수적입니다.Synopsys는 일반적으로 PrimeSim 신뢰성 분석이라고 불리는 완전한 신뢰성 분석 솔루션을 제공합니다. 여기에는 전기 규칙 검사, 결함 시뮬레이션, 가변성 분석, 일렉트로마이그레이션 분석 및 트랜지스터 노화 분석이 포함됩니다.
의료기기를 통해 수집된 기밀 의료 데이터는 허가받지 않은 사람이 개인 의료 정보에 접근할 수 없도록 보안이 강화되어야 합니다.개발자는 부도덕한 개인이 심박 조율기를 해킹하여 환자에게 해를 끼칠 가능성과 같은 어떤 형태의 변조에도 의료 장치가 취약하지 않도록 해야 합니다.새로운 폐렴 유행으로 인해 의료계에서는 환자와의 접촉 위험을 줄이고 편의를 위해 연결된 장치를 점점 더 많이 사용하고 있습니다.설정된 원격 연결이 많을수록 데이터 침해 및 기타 사이버 공격의 가능성이 커집니다.
칩 설계 도구의 관점에서 의료 기기 칩 개발자는 다른 응용 프로그램 시나리오에서 사용되는 도구와 다르지 않습니다.EDA, IP 코어, 신뢰성 분석 도구는 모두 필수적입니다.이러한 도구는 개발자가 환자 건강, 정보 보안 및 생명 안전에 중요한 공간 제약과 안전 요소를 고려하면서 신뢰성이 향상된 초저전력 칩 설계를 효과적으로 계획하는 데 도움이 됩니다.
최근 몇 년 동안 새로운 크라운 발병으로 인해 점점 더 많은 사람들이 의료 시스템과 의료 기기의 중요성을 깨닫게 되었습니다.전염병 기간 동안 보조 호흡을 통해 심각한 폐 손상 환자를 돕기 위해 인공 호흡기가 사용되었습니다.인공호흡기 시스템은 반도체 센서와 프로세서를 사용하여 중요한 신호를 모니터링합니다.센서는 환자의 호흡당 산소량, 산소량, 속도를 결정하고 산소 수준을 환자의 필요에 맞게 조정하는 데 사용됩니다.프로세서는 환자의 호흡을 돕기 위해 모터 속도를 제어합니다.
그리고 휴대용 초음파 기기는 환자의 폐 병변 등 바이러스 증상을 감지하고, 핵산 검사를 기다리지 않고도 코로나19와 관련된 급성 폐렴의 특징을 빠르게 식별할 수 있다.이러한 장치는 이전에 압전 결정을 초음파 프로브로 사용했는데, 일반적으로 비용이 100,000달러 이상이었습니다.압전 크리스털을 반도체 칩으로 대체함으로써 장치 가격은 수천 달러에 불과하며 환자의 내부 신체를 더 쉽게 감지하고 평가할 수 있습니다.
신종 코로나바이러스가 기승을 부리고 있으며 아직 완전히 종식되지는 않았습니다.공공장소에서는 많은 사람의 체온을 확인하는 것이 중요합니다.현재 열화상 카메라 또는 비접촉 이마 적외선 온도계는 이를 수행하는 두 가지 일반적인 방법이며, 이러한 장치도 온도와 같은 데이터를 디지털 판독값으로 변환하기 위해 센서 및 아날로그 칩과 같은 반도체를 사용합니다.
의료 산업은 오늘날의 끊임없이 변화하는 과제를 해결하기 위해 고급 EDA 도구가 필요합니다.고급 EDA 도구는 하드웨어 및 소프트웨어 수준에서 실시간 데이터 처리 기능 구현, 시스템 통합(최대한 많은 구성 요소를 단일 칩 플랫폼에 통합), 저전력 성능 평가 등 다양한 솔루션을 제공할 수 있습니다. 열 방출 및 배터리 수명에 대한 전원 설계.반도체는 현재 많은 의료 기기의 중요한 구성 요소로서 작동 제어, 데이터 처리 및 저장, 무선 연결, 전원 관리 등의 기능을 제공합니다.기존 의료기기는 반도체에 의존하지 않으며, 반도체를 적용한 의료기기는 기존 의료기기의 기능을 수행할 뿐만 아니라 의료기기의 성능을 향상시키고 비용을 절감하는 효과가 있습니다.
의료 기기 산업은 빠른 속도로 발전하고 있으며, 칩 개발자들은 차세대 이식형 기기, 병원 의료 기기 및 의료용 웨어러블 기기의 혁신을 설계하고 지속적으로 추진하고 있습니다.
