从微芯片到医疗设备 ： 在 COVID - 19 大流行期间 ， 半导体是必不可少的产业

从芯片到医疗器械在 COVID - 19 大流行期间 ， 半导体是必不可少的产业FALL 2020 半导体供应链是大流行应对和恢复的关键COVID - 19 大流行强调了信息和通信技术 （ ICT ） 在支持危机中的基本活动中的重要性，以及从商业到教育再到医疗保健的日益广泛的数字化服务在建设有弹性的社会中的作用。然而，这也暴露了 ICT 供应链面临的独特挑战，其中一个地区的运营限制和监管障碍造成了整个全球供应链的中断和短缺。随着世界各国政府继续调整战略以从当前的大流行中恢复过来并做出反应，并制定政策以应对未来的全球公共卫生危机，至关重要的是，政策制定者必须保持包括半导体在内的基本商品的开放和互联的供应链 - 作为其危机应对战略的一部分。通过将半导体等 ICT 组件识别并指定为 “基本基础设施 ”，政策制定者可以避免 ICT 组件的短缺和中断，这些组件可用于医疗，食品等其他必需品。分布、远程工作和基础设施。本文概述了半导体支持政府应对 COVID - 19 大流行的许多方式 - 无论是显而易见的还是不明显的 - ； 从大流行对半导体供应链的影响中吸取的教训 ； 以及决策者可以立即采取的一些措施 ， 以维持基本信息通信技术产品的生产和运输 ， 为未来的公共卫生危机做准备。2 | 半导体行业协会 I. 半导体是公共卫生危机中的 “必需品 ”半导体是电子设备的 “大脑 ”，对于大流行应对和全球经济复苏至关重要。它们为各种基本产品、救生设备和关键基础设施提供用户输入、显示、无线连接、处理、存储、电源管理和其他基本功能。这包括医疗保健和医疗设备，电信，能源，金融，交通，农业，制造业，航空航天和国防。半导体还支持使远程工作成为可能的 IT 系统，并提供对每个领域的基本服务的访问，包括医学，金融，教育，政府，食品分销等。在这场全球大流行中，富半导体设备在为经济和公共卫生领域的众多问题开发解决方案方面变得越来越普遍。半导体在这些关键领域推动性能的能力与 “摩尔定律 ” 有关，即半导体芯片的能力大约每两年翻一番，而价格却在下降。截至 2019 年，最先进的微处理器包含近 400 亿个晶体管。1为了正确看待这一点 ， VLSI Research 的 Dan Hutcheson 强调了这一壮举 ， 指出 “制造今天的芯片所需的能力是冠状病毒大小的十分之一或更小 ” 。下一节将重点介绍半导体行业对抗击全球大流行所需的救生设备和关键基础设施至关重要的几种方式。A. 医疗器械半导体是当今医院和医生办公室使用的许多医疗设备的组成部分，包括许多对治疗 COVID - 19 患者至关重要的设备，如下图所示。任何可以插入电源插座或具有电池的医疗设备都取决于半导体装置来操作。半导体提供诸如操作控制，数据处理和存储，输入和输出管理，传感，无线连接和电源管理等功能。通过实现先前由非半导体器件执行的功能, 半导体通常同时具有降低的成本和改进的性能。事实证明，这对新冠肺炎的应对和总体上改善医疗保健至关重要。半导体在医疗设备中的两个具体例子如下 ：1. 便携式超声设备 -- 在医院环境中，COVID - 19 的第一条检测路线是识别病毒的可识别症状，如肺部病变。快速识别与病毒相关的严重急性肺炎的这种特征使医生能够治疗患病的患者，而无需等待病毒感染的测试。这种快速响应是可能的手持超声设备和温度筛选。2 月中旬，。1IC Insights ， Inc. - 麦克莱恩报告 2020 ， 第 14 页3 | 半导体行业协会 4| 半导体行业协会半导体的医疗设备终端市场2019 年，医疗最终用途市场占半导体总销售额的 56 亿美元，约占全球工业半导体市场的 11%，占半导体总市场的 1.3% 。在人口老龄化、远程医疗的兴起、向便携式和可穿戴设备的转移以及人工智能的兴起等长期趋势的推动下，医疗半导体领域的增长速度快于整个工业半导体市场。（ 来源 ： OMDIA ） 。中国医生详细介绍了超声成像在快速 “诊断 ， 治疗和评估重症急性肺炎 ” 中对患者肺部和其他内部器官的损害程度的重要性。2这些便携式超声设备已经从利用压电晶体过渡到半导体芯片 ， 从而大大降低了成本并提高了性能。3现在 ， 由于半导体的使用 ， 医院可以获得更实惠 ， 更有效的技术来评估患者的内伤。2. 呼吸机 - 呼吸机用于通过辅助呼吸来治疗严重肺损伤的患者，并由半导体芯片控制。呼吸机系统使用半导体传感器和处理器来监测生命信号，确定每次呼吸的氧气速率，体积和数量，并根据患者的需求准确调节氧气水平。这些信号由机器的半导体处理器读取和解释，这些处理器控制电机的速度，转化为机械化呼吸以支持患者。4图表 1 ： 依赖半导体技术的医疗设备示例2https: / / spectrum. ieee. org / the - human - os / biomedical / imaging / portable - usic - proves - potent - weapon - fight - against - covid193https: / / becominghuman. ai / 超声波 - 芯片 - 增压 - 与 - ai - 最具破坏性的技术 - 放射学 - b2684b0421aa4https: / / www. onsemi. com / blog / innovation - forum / on - semiconductor - ventilisters 5| 半导体行业协会准确及时地检测 COVID - 19 是评估风险和确定公众治疗需求的重要组成部分，半导体使能的医疗器械有望推动检测工作。COVID - 19 的检测有几个不同的方面，包括分析生物学信息和识别严重病例的症状。降低传播率是重新开放策略的关键，并且有多种方法可以在不严重侵犯隐私的情况下测试和监视人群。温度筛查对于任何希望向更多员工重新开放空间的工作场所都是非常有益的。进入时进行快速温度扫描可以确定某人是否发烧，并指导领导者防止任何疾病的传播。这可以通过热像仪或非接触式前额红外温度计来完成，并且已经成为几项重新开放工作的一部分。5一家半导体公司已被雇用来制造用于温度监测皮肤贴片的芯片 ， 该贴片与移动应用程序同步 ， 以帮助评估早期的 COVID - 19 迹象。该补丁旨在与 Google 和 Apple 等公司率先开展的数字跟踪工作兼容。6C. 加速疫苗开发大流行迅速产生了研究人员可用于开发 COVID - 19 疫苗的数据 ， 但是这些数据的庞大数量使科学家很难找到所需的特定数据。在 2003 年 SARS 爆发期间 ， 在流行病最严重的时期 ， 仅发表了 7 ％ 的有关该疾病流行病学研究的科学文章。7如今，尖端技术正在简化当今开发人员的研究过程。例如，一位来自美国的工程师S.半导体公司已经开发了一个名为 Deep Search 的平台，该平台使用自然语言处理来标记研究论文，以便搜索引擎更准确地发现。到目前为止，该平台拥有 460 个活跃用户和近 46, 000 篇处理过的科学文章。8除个人技术人员外 ， 合作研究组织还通过利用规模经济来最大化开发能力。 COVID - 19 高性能计算 （ HPC ） 联盟是一个合作网络 ， 旨在加入包括行业 ， 学术界 ， 联邦机构和国际政府机构在内的团体的计算能力和数据收集。9在大流行初期，该联盟的一名半导体成员部署了其人工智能技术，以帮助大学、公司和诊所将建模和运行不同潜在治疗所需的时间从几周缩短到几分钟。这大大节省了在 wetlabs 中开发假设解决方案所需的时间和资源。由于有如此多的机构使用其技术，该公司还利用每个客户实验室生成的数据创造了一种相互强化的网络效应。1056https: / / www. vlsiresearch. com / wevision / 半导体解决方案 - 冠状病毒7 https: / / journals. plos. org / plosmedicine / article? id = 10.1371 / journal. pmed.10002728 https: / / spectrum. ieee. org / news - from - around - ieee / the - institute / ieee - member - news / ibms - new - ai - tool - parses - a - tidal - wave - of - corona - research9 https: / / covid19 - hpc - consortium. org / who - we - are10 https: / / fortune. com / 2020 / 07 / 07 / covid - 19 - 冠状病毒 - 疫苗 - ibm - watson /B. 公共测试和追踪 6| 半导体行业协会安全地重新开放经济部门的一个关键方面是保护弱势群体 ， 如老年人、糖尿病患者和听力受损者。管理与这些人群的联系是第一步 ， 但实时监测系统允许医生在家中和远程访问有关患者日常状况的信息。半导体在这方面发挥着重要作用。在新冠肺炎危机期间，远程医疗或远程医疗是必要的，也是非常有益的，半导体对 IT 基础设施和可穿戴医疗技术进行患者监测至关重要。这项技术对老年人口和有潜在健康状况的患者特别有帮助。在冠状病毒爆发之前，在疗养院等偏远地区治疗行动不便的患者已经存在问题。糖尿病患者感染冠状病毒的风险也更高。这种风险可以通过使用先进传感器的新技术来缓解 ， 如连续血糖监测 (CGM) 和可穿戴胰岛素泵。11CGM 的工作原理是在您的皮肤上放置一个传感器 ， 该传感器将信息传输到设备 ， 如果您的血糖波动很大 ， 该设备将提醒您。同样 ， 胰岛素泵将根据您的计划时间表释放小剂量的胰岛素来管理您的血糖水平。12对于糖尿病 COVID - 19 患者 ， 获得此类技术可以防止危及生命的并发症。半导体还以不太为人所知的方式改善了对服务不足和脆弱人群的 COVID 护理。在 COVID - 19 危机期间，听力障碍患者处于明显的劣势，因为医用口罩会降低语音质量，使听力障碍患者难以理解医疗保健专业人员给出的建议。《听力评论》的一项研究得出的结论是 ： “许多成为该病毒受害者的人都有听力损失，没有家人陪伴，身体虚弱，患有多种慢性病，并且可能没有听力帮助。. ”13助听器使用半导体来过滤 ， 处理和放大声音 ， 所有这些都在一个小包装中 ， 可以离散地安装在耳朵上或耳朵中。为了帮助患者获得助听器 ， 几家听力保健公司已经推出了允许远程患者护理的平台。其他远程医疗平台在受病毒高度影响的地区的用户增加了 700 ％ 以上。14E. 虚拟一切半导体是在传统办公室和学校环境之外维护同事和同学之间通信网络所必需的 IT 基础架构的基础。可以远程开展业务的公司通过将资源转移到数字通信来迅速对这种流行病做出反应 ， 并且这种趋势可能会持续下去。随着网络的使用11https: / / diabetes. diabetesjournals. org / content / 68 / Supplement _ 1 / 938 - P12https: / / www. diabetes. org / diabetes / device - technology13Alexander Goldin 博士 ， Barbara Weinstein 博士和 Nimrod Shiman; “医疗口罩如何降低语音接收 ？ ” ， 听力评论 ， 2020 年 4 月 1 日。14 https: / / www. forbes. com / sites / leahrosenbaum / 2020 / 03 / 26 / the - corona - has - created - a - surge - of - teleedicine - demand - goodrx - no