Reporte de Vigilancia Tecnológica y Competitiva FPGAs: Sector Cuidados de la Salud

Transcripción

1 Reporte de Vigilancia Tecnológica y Competitiva FPGAs: Sector Cuidados de la Salud Marzo, 2011

2 REPORTE DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA Y COMPETITIVA FPGA S: SECTOR CUIDADOS DE LA SALUD MARZO, 2011 Contenido 1. Análisis Competitivo Global FPGAS 2. Monitoreo de Patentamiento Mundial FPGAS 3. Estado del Arte «FPGAS en el Sector Cuidados de la Salud» 4. Patentes FPGAS aplicadas a «Cuidados de la Salud» 5. Análisis Competitivo «FPGAS en el Sector Cuidados de la Salud» 1

3 1. Análisis Competitivo Global FPGAS Mercado FPGA El mercado de FPGAs aumentó sus ingresos en 51% en El mercado de FPGAs es competitivo, no obstante es liderado por el duopolio Altera y Xilinx. A pesar de Xilinx mantiene una amplia ventaja con 52 por ciento del mercado, Altera ha logrado importantes avances. Xilinx es el proveedor líder mundial de plataformas de programación, con más de 52 por ciento del mercado en el dispositivo de lógica programable (PLD), segmento de la industria de los semiconductores. FPGA vs ASIC Los FPGAs están sustituyendo en muchos diseños de circuito Integrado para Aplicaciones Específicas (ASIC). La tecnología FPGAs ofrece un costo similar por unidad y densidad que la tecnología ASIC, pero con la ventaja adicional de reducir los costes no recurrentes y una mayor flexibilidad. Además, los actuales y futuros híbridos entre FPGA y CPU están haciendo de la tecnología FPGAs una alternativa cada vez más atractiva no sólo para ASICs, sino también para los procesadores embebidos y DSPs. Actualmente, los proveedores de FPGAs pueden ofrecer mayor capacidad y rendimiento a bajo costo y consumo de energía, pero hay una gran demanda por seguir avanzando para cerrar la brecha con ASICs y ASSP (Producto de Estándar Específico de Aplicación). 2

4 Desarrollos Actuales RocketVision es una herramienta de depuración de software y hardware del sistema RocketDrive que permite a los usuarios verificar y depurar diseños avanzados de FPGA más rápido y con mayor calidad para mejorar el tiempo de lanzamiento al mercado, y lograr resultados más confiables y predecibles. GateRocket, Inc., con sede en Bedford, Massachusetts, ofrece este primer dispositivo nativo de verificación y solución de depuración para dispositivos avanzados FPGA de Xilinx y Altera. Científicos de la Universidad de Massachusetts han conseguido concentrar más de un millar de núcleos de procesador en un solo chip. Los chips FPGA pueden ser más eficientes que sus competidores, y el consumo total de energía de los ordenadores que utilizan la tecnología FPGA podría ser increíblemente bajo. El avance fue realizado por el equipo del Dr. Wim Vanderbauwhede. Una vez que los núcleos de CPU individual se había programado en el chip, los científicos tomaron el siguiente paso necesario para probar la utilidad de su innovación: Se publicó un algoritmo a través de él para comprobar lo poderoso que era, y eligieron el procesamiento de video de movimiento MPEG, usando sistemas de video en línea. Los resultados son que los archivos se pueden procesar 5 gigabytes por segundo, esto significa 20 veces la tasa que los actuales ordenadores emplean. 3

5 Tendencia Tecnológica En 2009, la firma de investigación Gartner dijo que las FPGAs se utilizan 30 veces más en los nuevos diseños de ASICs. Esta migración a los FPGAs ha sido descrito por Moshe Gavrilova, presidente de Xilinx, como "el imperativo de programables", ya que cada industria se mantiene encontrando diversos usos y aplicaciones de FPGAs. Por ejemplo dispositivos médicos nuevos, fuentes de energía renovables, vehículos autónomos, exploración de reservas petroleras. Dos tendencias principales: 1. El desplazamiento del mercado hacia FPGAs. El uso de FPGAs se ha extendido en los dispositivos electrónicos y son cada vez más comunes en la instrumentación que se utiliza para ponerlos a prueba. 2. La extensión de arquitecturas de software en FPGAs. Una mayor disponibilidad de HLS (High Level Synthesis), trae herramientas de la tecnología FPGA al alcance de expertos en los sectores de la medicina, física, química y biología. Disponibilidad de software de alto nivel para programar Las herramientas útiles para el desarrollo de modelos alternativos de computación, tales como un entorno de desarrollo gráfico, permiten a los desarrolladores diseñar aplicaciones a un nivel superior, antes de convertir a la lógica de FPGA para realizar la tarea deseada. Este abstrae muchas de las complejidades de programación y proporciona una plataforma para la programación a nivel de sistema, ayudando a traer nuevos productos al mercado más rápido que nunca. Además, la aparición de los ecosistemas IP de múltiples proveedores y las posibilidades de reutilización de código se extiende aún más. Estas tendencias proporcionan a los ingenieros las herramientas que necesitan para la reutilización de propiedad intelectual y garantizan el diseño concurrente y de prueba. 4

6 2. Monitoreo de Patentamiento Mundial de FPGAS 5

7 3. Estado del Arte «FPGAS EN EL SECTOR CUIDADOS DE LA SALUD» Producción Científica Mundial Periodo, Producción Científica por Autor 6

8 Intensidad de publicaciones por Institución Periodo,

9 Intensidad de publicaciones por Empresa, Periodo, Campos Técnicos 8

10 4. Patentes FPGAs Aplicadas a «Cuidados de la SALUD» Resultados Generales 37 Familias 48 Patentes 41 Solicitantes 122 Inventores Empresas de mayor intensidad patentadora: Chongqing University of Post and Telecommunications; Hitachi, Ltd.; Beijing Wandong Gaoxing Electronics Products Co.,Ltd. Inventores con mayor número de patentes: Kojima Shinichi (Japón) Ueno Yuichiro (Japón) Tsuchiya Kazutoshi (Japón) Mei Xia (China) Jian Wang (China) Jinmin Wei (China) Rosar George (USA) Schofield Bruce (USA) 9

11 Campos Técnicos Específicos G01N investigación o análisis de materiales por determinación de sus propiedades químicas o físicas. G06F Tratamiento de datos digitales eléctricos. G06K Reconocimiento de datos; presentación de datos; soportes de registros; manipulación de soportes de registros. H04L Transmisión de información digital, p. Ej. Comunicación telegráfica. H04N Transmisión de imágenes. A61B Diagnóstico; Cirugía; Identificación; análisis de material biológico; p. ej.; obtención de registros utilizando ondas distintas de las ópticas, en general. A61N Electroterapia; Magnetoterapia; Radioterapia; Terapia por Ultrasonidos; medida de corrientes bioeléctricas; instrumentos quirúrgicos, dispositivos o métodos para transferir formas no mecánicas de energía hacia o desde el cuerpo; aparatos de anestesia en general; lámparas incandescentes; radiadores de infrarrojos utilizados como calefactores. G01T MEDIDA DE RADIACIONES NUCLEARES O DE RAYOS X; análisis de materiales por radiaciones, espectrometría de masas; contadores; en sí; tubos de descarga eléctrica para el análisis de radiaciones o de partículas. 10

12 Equipos y Redes de Colaboración. POSICIONAMIENTO TECNOLÓGICO POR ACTIVIDAD INVENTIVA NÚMERO DE PATENTES POR AÑO POR EMPRESA EMPRESA ESTATUS Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd 5 1 COMPETIDOR ENTRANTE Beijing Wandong Gaoxing Electronic Products Co., Ltd. 2 2 COMPETIDOR ENTRANTE Hitachi, Ltd COMPETIDOR PERMANENTE CTI PET Systems, Inc COMPETIDOR PERMANENTE Siemens Medical Solutions COMPETIDOR PERMANENTE Medtronic Inc COMPETIDOR PERMANENTE MMC/GATX Partnership 2 2 COMPETIDOR SALIENTE Shanghai Heyi Medical 1 COMPETIDOR ENTRANTE Olympus Optical Co., Ltd COMPETIDOR SALIENTE Toshiba Corporation 1 3 COMPETIDOR SALIENTE 11

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14 5. Análisis Competitivo «FPGAS EN EL SECTOR CUIDADOS DE LA SALUD» Los segmentos médico, automatización industrial y militar ofrecen una oportunidad atractiva para los dispositivos FPGA. Los costos de ingeniería no recurrente (NRE) reducida, y la programación y flexibilidad asociados con FPGAs, permitirán una mayor adopción en estos mercados. La infraestructura de redes se está moviendo hacia 40G y 100G para evitar cuellos de botella causados por el crecimiento cada vez mayor de tráfico de Internet. Esta es una tendencia clave porque permitirá el crecimiento más rápido de los negocios de FPGA con respecto al crecimiento de los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) o de los productos de estándar específicos de aplicación (ASSP). La industria de FPGA continuará en gran desarrollo debido a los esfuerzos de I+D que siguen aún en curso. Los FPGA seguirán desempeñando un papel clave en el negocio de prototipo. La industria de los circuitos ASSP y ASIC se recuperará a principios de 2010 para complementar la validación del diseño con éxito en FPGA. 13

15 Desde su introducción en el 1985, los FPGAs son cada vez más importantes para la industria electrónica. Tienen el potencial de mayor rendimiento y menor consumo de energía que los microprocesadores y comparados con circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) ofrecen costos más bajos de ingeniería no recurrente (NRE), tiempo de desarrollo reducido, depuración más sencilla y reducción de riesgo. El mercado de imágenes médicas es impulsado por mejoras en la tecnología de sensores, que conducen a mejor calidad de imagen con mayor resolución y rendimiento, características que se logran mediante algoritmos de procesamiento. Los FPGA tienen capacidad inherente para el procesamiento paralelo, procesamiento de imágenes y algoritmos. FPGAs ofrecen la posibilidad de acelerar las operaciones aritméticas a través de procesamiento en paralelo, haciéndolos más apropiados para aplicaciones de algoritmos que las soluciones que se basan únicamente en procesadores de señal digital (DSP). FPGAs son reprogramables, flexibles y reutilizables. Esto les da una gran ventaja sobre los ASIC. FPGAs han encontrado un creciente uso en la electrónica médica. Frost y Sullivan informó en 2007 que los FPGAs en imágenes médicas representaron hasta US$ 138M en ingresos a las empresas de FPGA, la tomografía computarizada representa US$10M o más de esa cantidad. El crecimiento constante de estas aplicaciones se prevé hasta el FPGAs ayudan a la imagen médica en dos áreas, la detección y construcción de la imagen. La parte de detección de imágenes médicas es una aplicación de sistemas embebidos, con los requisitos de rendimiento en tiempo real y significativa desafíos interfaz de hardware. La reconstrucción de la imagen, en cambio, es más como un problema de computación de alto rendimiento. Fuentes: 1 Leong, H, 2008, Recent Trends in FPGA Architectures and Applications, 4th IEEE International Symposium on Electronic Design, Test & Applications, Chinese University of Hong Kong, Hong Kong. 2, 3, 4 5, 6 Medical imaging gets an FPGA boost, Junio 2009, con acceso en 14

16 Aplicación de FPGAs en Tecnologías de Imagen Médica Rayos X Tomografía por Emisión de Positrones (PET) Á R E A S D E O P O R T U N I D A D E N I M A G E N M É D I C A Imágenes por Resonancia Magnética (RMI) Tomografía Computariza da (CT) Ultrasonido m 15

17 Empresas de FPGA en tecnologías para equipo médico Según isuppli, el mercado de lógica programable fue de US$ 3.6 mil millones en En ese mismo año, los ingresos de Xilinx fueron de US$1841 millones. (Ratford V., Senior Vice President, Solutions Development Group, Xilinx) Virtex y Spartan : Familias de FPGA para aplicaciones de: Diagnóstico, Monitoreo y tratamiento; Dispositivos médicos en casa. ProASIC3, IGLOO, SmartFusion : Familias de FPGA de bajo consumo de energía con aplicación: Cuidado de salud en casa: Terapia respiratoria Bombas de infusión Monitores de sangre Equipo clínico: Diagnóstico de laboratorio Sistemas de monitoreo del paciente Sistemas de entrega de medicamento Imagen: Ultrasonido Rayos x MRI Cyclone y Stratix: Series de FPGA con aplicación en: Dispositivos portátiles para implementar el monitoreo móvil de signos vitales del paciente (ritmo cardíaco, presión sanguínea, y niveles de glucosa) La empresa 3D-Computing Inc. desarrolló tecnología de vanguardia médica «3D Complete Body Screening» (3D-CBS), basado en FPGA s de Altera para uso en: Tecnología de imagen PET con menor nivel de exposición a la radiación, y mejor calidad de imagen. 16