将创新的DNA融入医疗电子设计

自从1985年FPGA诞生，其发明人Ross Freeman，赛灵思创始人，使半导体行业发展进程迎来了至关重要的一个时刻。这位密歇根大学（University of Michigan)的毕业生，提出了在那个晶体管堪比黄金的时代最为激进的想法——让芯片就像一个空白的磁带，可以任由工程师在上面编程，增添功能，就像画家在白布上任意涂鸦。Bill Carter，赛灵思个荣誉退休院士、首席IC设计专家评价说，“当他描述完FPGA的概念之后，我第一个念头就是，疯了！这是史上对晶体管最不靠谱的浪费了。”

而正是这个疯狂的想法，如一石激起千层浪，诞生了一个价值数十亿美元的全新行业——可编程逻辑器件(PLD)。Freeman勇于想象，敢于挑战权威，在他35岁时创造出一个改变半导体产业格局的新器件，缔造出一个新的半导体王国。2009年，Freeman入选美国发明家名人堂。

或许正是因为这样的背景，日前在创意时代主办的第五届中国国际医疗电子技术大会上，赛灵思亚太区新兴业务拓展经理黄文杰才坚定地表示：“创新是我们的DNA。”

的确，随着今年上半年全球首款异构3D FPGA——Virtex-7 H580T开始发货，将“All Programmable”作为核心价值理念写进了公司的LOGO，赛灵思再一次将创新推动到了一个新的高度。对此，黄文杰表示，“如同大家看到‘Just Do it’就想到Nike，看到‘I’m lovin’ it’就想到麦当劳，看到‘Think Different’就想到苹果公司一样，我们希望今后大家看到‘All Programmable’就会想到赛灵思（参阅电子工程专辑报道：可编程颠覆之作震撼登场，FPGA迈入“All Programmable”时代）”

第2页：28nm工艺结合ARM架构 全力推进“All Programmable”

第3页：集成“嵌 入 式处理 器+FPGA” 简化工程师上手难度

第4页：将创新的DNA深植于医疗应用

第5页：28nm工艺产能和良率OK 赛灵思医疗诊断领域应用方案展示

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28nm工艺结合ARM架构 全力推进“All Programmable”

赛灵思在28nm工艺节点上开发出了许多类型的可编程技术，从逻辑和IO、软件可编程ARM处理系统、3D IC、模拟混合信号、系统到IC设计工具以及IP等。赛灵思将上述可编程技术进行不同组合，然后集成到“All Programmable”器件中，如目前发货的基于堆叠硅片互联技术(SSIT)的Virtex-7 2000T FPGA、Zynq-7000可扩展处理平台(EPP)、以及支持高级模拟混合信号、高性能SERDES和PLL到可编程数据转换器资源的FPGA等。

黄文杰表示，赛灵思力争实现每一代工艺节点的(FPGA领域)第一，但是他同时也表示，“系统公司不会在意你用的是20nm还是14nm工艺，他们更在意的是你的功耗、性能和成本。所以最重要的是专注于对客户来说最重要的数据指标。”

赛灵思技术演进图

“用更少的芯片构建更优秀的系统，我们希望通过我们可编程系统的集成，以28nm这样创新的平台，把算法、逻辑、I/O、模拟混合信号等功能整合到一个器件上，这样带来的好处是很明显的，可以提升系统性能，降低系统功耗和总BoM成本。”黄文杰表示。

为了解决集成和实现的瓶颈，使用户能够充分利用这些“All Programmable”器件的系统集成能力，赛灵思打造了全新Vivado设计套件。黄文杰表示，Vivado设计套件使以IP和系统为中心的集成验证速度更快，实现带ECO功能的快速、层次化且结果恒定的自动设计收敛，不管是系统的集成度还是运行时间速度，均提升至原来的四倍，大力提升了用户的设计生产力。

第3页：集成“嵌入 式处理 器+FPGA” 简化工程师上手难度

第4页：将创新的DNA深植于医疗应用

第5页：28nm工艺产能和良率OK 赛灵思医疗诊断领域应用方案展示

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集成“嵌入式处理器+FPGA” 简化工程师上手难度

而Zynq-7000系列将业界标准的ARM双核Cortex-A9 MPCore处理系统与赛灵思可扩展的28nm FPGA架构整合在一起，在单一芯片上集成了“嵌入式处理器+FPGA”等性能。下面这张图相信能很好的诠释两者的合作。

左：赛灵思亚太区新兴业务拓展经理黄文杰；右：罗霖，原ARM嵌入式应用市场经理，现加入赛灵思任Zynq亚太区业务拓展经理

与ARM合作的原因是该公司实力强大，而且其优质的处理器IP和软件享有极佳的声誉。在软硬件功能、性能、功耗、生态环境、用户熟悉程度等各个方面ARM都是这一新型架构的理想选择。当功耗成为有线、无线应用的优先考虑因素的时候，在该器件中添加极低功耗处理器，将给用户带来丰富的选项来实现最佳系统平衡。

罗霖表示，Zynq系列平台具有多种开发模式，包括协同处理(如在电机控制应用中)、硬件加速(如机器视觉的高清视频，图象处理应用)、虚拟共享等。Zynq把FPGA逻辑与ARM结合在一起，用户可以集中精力在算法而不是硬件方面，并随时将这套算法移植到其他硬件上，用户只需要掌握相关应用领域的技能就可以设计了，原来熟悉ARM开发而不熟悉FPGA的工程师也可以很快上手。

第4页：将创新的DNA深植于医疗应用

第5页：28nm工艺产能和良率OK 赛灵思医疗诊断领域应用方案展示

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将创新的DNA深植于医疗应用

有了以上这些创新的平台和技术以后，怎样将其应用到医疗电子设计中呢？

黄文杰表示，赛灵思对医疗领域的专注可承诺持续投资不少于十年技术，并可提供低功耗高性能的28nm HPL工艺产品、嵌入式AMS和ARM处理器，实现从可编程逻辑到可编程集成的飞跃，在医疗成像、诊断、手术机器人等领域都有大量的设计实例。

因为FPGA天生的特点，非常适合于医疗成像系统的设计。对此黄文杰表示，目前医疗成像领域面临着几大技术挑战：单芯片的beamformer及图像重建、beamformer和图像处理的图像清晰度、竞争激烈的中低端系统、便携式超声需要小于5W的beamformer以及自定义，复杂的图像处理算法。而赛灵思Zynq和7系列以及Vivado HLS可解决这些难题，如下图。

在演讲之后的媒体采访中，黄文杰对电子工程专辑记者表示，“医疗对于完全可编程来说是重点应用领域，而完全可编程对中国厂商的价值更大。因为中国有很多中小客户，他们自己去做一个平台和工艺的可能性不大，成本会很高，赛灵思可以为他们提供这样一个现成完整的平台，工艺、集成和工具的问题赛灵思都解决了，客户要做的就是把精力专注于产品的研发上。”

“在差异化方面，此前的研发主要是采用通用型IC，每个厂家都基本是一样的，因此客户做出的产品硬件都差不多，只能从软件方面来实现差异化，”黄文杰表示，“赛灵思7系列FPGA提供了灵活性、IP硬核、收发器功能和开发工具支持的最佳组合，使客户在追求更清晰、更精确图象的过程中提高功耗和性能，满足市场不断变化的需求。”

第5页：28nm工艺产能和良率OK 赛灵思医疗诊断领域应用方案展示

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28nm工艺产能和良率OK 赛灵思医疗诊断领域应用方案展示

在医疗诊断领域，赛灵思系列产品也广泛应用于内窥镜、病人监护仪、除颤器、自动机械辅助手术等。

内窥镜解决方案

心电监护仪/心电图解决方案

针对医疗应用的目标设计平台（TDP)

针对医疗应用的工具和IP

黄文杰特别指出，赛灵思非常了解产品在医疗市场中需要更长生命周期的需求，因此赛灵思的元件一般提供12~15年的供货支持，一但进入量产阶段可以提供5~10年的产品生命周期。另外他还特别强调虽然赛灵思很重视医疗市场，但该公司的FPGA产品并不应用于美国FDA第三类设备（Class Ⅲ）。这些设备通常用于维持或支持生命，或被植入人体，有可能引起不合常规的疾病或者伤痛的风险。

最后黄文杰对业界最关心的台积电28nm工艺产能问题做了解答。他表示，赛灵思的28nm工艺产品采用的是与台积电一起合作开发的HPL（高-k金属闸极低功耗）技术，采用与HP工艺相同的高-k金属闸极技术，可同时降低静态和动态功耗高达40%，同时具备低漏电与高性能的特点，是可编程逻辑器件的理想之选。HPL是双方经过对比研究后，专门针对赛灵思的FPGA产品优化的工艺，因此在产能和良率方面都没有问题。

赛灵思如此主动地参与到半导体供应链，去学习新的技术和实现方法，以保持对最新技术和实施方案的敏锐嗅觉，再次印证了该公司深入基因中的创新精神。相信赛灵思将继续通过未来几代All Programmable技术和器件，领先的28nm可编程平台，帮助医疗设备设计者满足下一代医疗系统对更高性能、更低功耗、更快上市的永无止境的需求。其针对下一代设计的工具套件Vivado所提供的“C to Gate”工具，将大大提升医疗电子设计的生产力。

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