2021年12月30日 | 谁在开发医疗ASIC芯片？

本文编译自Semiwiki

随着传感器和处理技术的成熟，医疗芯片市场正在升温，看到系统公司和初创公司的疯狂活动，他们希望在广阔且基本上未开发的领域中占有一席之地。

与任何行业一样，存在多种商业模式，可以将设计负担分散到许多公司或仅一家大公司。这在过去受到医疗设备芯片数量相对较低的限制，限制了设计开发活动。但随着更多设计服务公司的加入，他们能够在多个供应商之间实现规模经济。人口老龄化、对更多家庭医疗服务的需求、更高的准确性和更广泛的可用性、可穿戴并且负担得起的电子医疗设备进一步推动了这一趋势。

为医疗应用设计 IC 的公司主要有以下三种类型：

OEM 或大型医疗器械制造商；

专门从事医疗产品 IC 的半导体工程公司；

半导体制造商，包括使用代工服务的 IDM 和无晶圆厂公司。

制造和销售医疗设备的大型医疗技术公司，如美敦力 (Medtronic)，仍在为其医疗设备设计内部芯片。他们有一个半导体工程师团队以及软件和硬件工程部门，负责设计其余的医疗设备。这些通常是专属模型，他们使用商业 EDA 工具设计和开发自己的芯片及医疗设备。

但也有越来越多的工程服务公司专门从事医疗应用。他们为从小型到大型医疗设备OEM提供服务，为各种公司设计芯片和系统，其中一些公司以前从未设计过医疗设备。他们还通过设计和制造帮助这些客户，因为客户没有晶圆厂关系或工程专业知识。

除此之外，一些客户——通常是大公司——正在外包一些按时间付费的设计服务工作，以加强自己的工程人员。这些工程公司需要了解医疗市场的复杂法规，但他们一般不参与监管审批。一家独立的芯片设计公司可能会看到客户产品之间的共同点，并创建 ASIC 作为自己的产品，可供多个客户使用。

同样，为各种行业制造芯片并为多个医疗客户调整其现有芯片和工具的半导体制造商不必处理监管批准，但他们必须了解需要什么。半导体制造商可以将医疗芯片作为生态系统的一部分进行销售，其中可能包括生命周期管理。

“对所有客户而言，重要的是英飞凌不仅提供半导体，而且将提供经过全面测试和组装（封装）的器件。”英飞凌科技定制解决方案部门负责人 Ralf Leuchter 表示。 “此外，他们还会选择晶圆或单晶芯片交付。通过使用 ASIC 方法，客户将获得市场上无法购买的器件。凭借集成的可能性，除了保护其 IP 之外，它们还可以节省空间（尺寸）和系统成本，因为这些产品无法通过公开市场找到。”

另一项第三方服务是托管医疗设备云 (MMDC)，这是一种管理设备项目的符合法规的云服务。 Arm 医疗保健技术总监 Peter Ferguson 表示：“为了支持这波互联医疗设备浪潮，我们还看到了快速医疗设备开发平台的出现，例如基于 Arm 解决方案构建的 L2S2 MMDC。“像 MMDC 这样的平台通过预先集成的云和医疗社区连接提供交钥匙医疗设备硬件开发。使用这样的解决方案方便认证医疗产品，能够显着降低从原型到扩展患者护理的风险和成本。”

半导体设计和制造公司的一个例子是 Cirtec Medical 的集成电路开发团队。 2019 年，Cirtec 收购了 Cactus Semiconductor，这是一家成立于 2002 年的半导体设计公司，专门从事医疗用 ASIC。位于亚利桑那州钱德勒的集成电路开发团队负责从产品设计到生产的整个过程中设计定制 IC。该团队在医疗集成电路、电源管理电路以及模拟和混合信号 ASIC 方面拥有专业知识。

“典型的商业模式是我们所说的交钥匙 ASIC 供应商，”Cirtec Medical 应用工程总监 Andrew Kelly 说，他曾在 Cactus Semiconductor 工作，之前在美敦力工作。 “在交钥匙 ASIC 供应商角色中——这是我们的主要关注点，我们找到了一个正在尝试开发芯片的客户，并且无论客户出于何种原因认为他们需要定制芯片。我们帮助他们定义他们的系统，定义定制芯片。然后我们指定芯片，我们开发它，我们做所有的工作。然后，如果一切顺利，我们就把它卖给他们。但它通常是一个芯片——一个高度专业化的芯片，对应客户的专用需求。”

Cirtec的应用工程组也有自己的芯片——它在看到客户项目趋势后开发的专用标准产品 (ASSP)。 “比方说，我们采用了一个应用，其中可能有四五个甚至十到二十个不同的客户，他们没有做完全相同的事情，但他们在做类似的事情。所以我们会制造一个我们投资的芯片，然后我们说，“如果我们制造这个，我们认为会有 10 到 20 人会购买它。”如果没有人购买它，我们就浪费了我们的钱。如果有 40个客户购买，我们就赢了。”Cirtec设计服务团队的Kelly说道。

大大小小的半导体公司提供客户无法在内部实现的开发服务。“我们的大多数客户是——让我们暂时称他们为二线或更小规模的公司——他们实际上无法建立足够数量的员工来完成所有这些不同的事情，因为他们通常会设计一个，也许两个芯片，然后你对所有的人做什么？他们做的事情还不够，但你需要有专人负责这些。”Kelly表示。

当团队与更大的公司合作时，Kelly指出，这通常是在设计服务模式下。“这些人的垂直整合程度更高，他们通常自己做这一切。当我们与他们合作时，我们通常采用这种服务模式，他们说，在这么多小时内完成工作，每小时只需 X 美元。我们为任何客户提供服务模式。实际上，他们中的大多数人都无法接受它，因为，瞧，我们给了他们一个 ASIC 并且它有效。他们打算怎么办？他们必须与晶圆厂、测试厂和封装厂建立所有关系。他们将不得不管理所有这些。当你为一个芯片做这件事时，这些开销并没有真正加起来。我们的价值主张的一部分基本上是，如果你想单独做所有这些事情，你是做不到的，但因为我们正在与 20 到 40 位客户合作，我们在某种程度上汇集了资源，现在这很有意义。我们开始在工程支持和供应商方面获得一些规模经济。一些供应商，如果您只想从他们那里购买 10,000 个芯片，他们就不会真正想与您打交道。但我们是向 20 个不同的客户出售 10,000 个芯片。”

低用量

芯片的低容量始终是一个挑战。与其他行业相比，医疗设备不需要大量的芯片。低数量意味着医疗芯片在低空飞行。“头脑正常的晶圆厂不会说我们将成为可植入医疗设备建设专属晶圆厂。”Cirtec 的 Kelly 说。“但如果他们说他们是一家汽车级晶圆厂，然后医疗相关设计人员会说，‘嘿，这与我们需要的审查大致相同，”

“这种情况并不少见，比如说在一个晶圆上有几千个芯片。因此，也许您是在谈论一次性生产 50 到 100,000 个芯片，而这对我们的客户使用 10 年或更长时间的情况并不少见，所以每一批量产可能仅需要几十片晶圆就够了。”Kelly说。 “然后你打电话给晶圆厂，他们问你每个月需要多少万片晶圆，我们说大约为零。这是最重要的困境——半导体完全是关于规模经济的。医疗设备，尤其是植入式医疗设备，远不及那些规模经济。”

标准还是定制

但许多人预计这些经济会发生变化，虽然某些医疗设备可能无法满足需求，但医疗保健数字化、人口老龄化以及某些疾病（例如糖尿病）发病率的上升可能会推高对某些医疗芯片的需求，无论是作为标准组件还是定制筹码。

“预计网络集成无线设备也将增加医患互动的现代管理方式，数字诊断工具可能支持远程检查，这也有望帮助半导体在医疗保健行业的整合。”Mordor Intelligence 的一份题为“医疗保健市场中的半导体——增长、趋势、COVID-19 影响和预测（2021 年至 2026 年）”报告。 Mordor Intelligence预计，从2021年到2026年，医疗半导体的复合年增长率为 10.2%。

这可能包括一个定制和标准化芯片的组合，将通过大型半导体制造商的生态系统提供，包括各种专业和通用代工厂和封装厂。这些生态系统通常具有从其他行业借鉴而来的内在优势，使它们能够利用更大的芯片运行。

“对于医疗应用，英飞凌主要专注于为单个医疗客户提供定制ASIC 解决方案，”Leuchter 说。 “定制芯片的美妙之处在于，客户无需整个IC设计团队就能获得他们所需要的东西。他们只需要分享一个产品创意或规格，而英飞凌正在寻求整合和实施的可能性。客户将获得最大利益，我们还使用我们的标准组件支持整个系统。”

结论

谁制造医疗芯片取决于谁在设计医疗设备以及他们的市场规模，但这个市场是不断变化的。虽然今天的大型医疗 OEM 有能力拥有自己的芯片设计团队，但其他 OEM 可以派遣他们的设计团队与大型半导体公司或专门从事医疗设备芯片的工程业务合作以加速产品导入。

哪种模式最终获胜，或者它们是否会和平共处，还有待观察。但该领域的竞争正在加剧，参与者的数量以及他们将新产品推向市场的手段将迅速成倍增加。变化即将到来，现在说它是什么样子还为时过早。