全球高齡、少子化趨勢下，醫療照護需求已陸續在先進國家萌芽，不讓歐、美、日專美於前，9月，台灣繼行政院衛生署宣布遠距健康照護服務將全面啟動，並將規畫與打造全民「健康雲」雲端服務，不旋踵，經濟部工業局主導的「健康照護產業設計聯盟」亦正式成軍，預估3年內將可創造新台幣10億元以上產值。值此先進國家競相推動醫療照護政策之際，醫療照護商機正在醞釀成形。
另一方面，偏遠地區、新興、已開發和開發中國家對便捷、個人化的醫學診斷、治療與健康管理等需求與日俱增，帶動如口袋型心肺復甦術(CPR)急救輔助工具等可攜式醫療電子需求看漲，將激勵更多新興元件的需求。著眼於醫療電子已是兵家必爭之地，加上醫療照護、可攜式醫療電子勢不可當，國際半導體大廠紛紛透過技術與產品優勢，在不同關鍵元件領域各擅勝場，如微控制器(MCU)、微機電系統(MEMS)感測器、現場可編程閘陣列(FPGA)等成熟的產品線。然基於醫療電子的規格要求，對於元件的耗電量、體積、解析度、穩定度、可靠度等考驗也更加劇。
根據市調機構Databeans預估，MCU已為最大宗的家用醫療市場半導體元件，2010～2015年的年複合成長率(CAGR)高達11%。因此也吸引德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、亞德諾(ADI)、飛思卡爾(Freescale)等晶片大廠積極布局。
搶攻遠距/可攜式醫療版圖TI祭出16/32位元MCU
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| 圖1 德州儀器醫療與高可靠事業群總經理Karthik Vasanth表示，可攜式、低功耗、高效能與低單價的醫療電子勢不可當，半導體元件商將扮演重要角色。 |
遠距醫療照護、可攜式與聯網醫療電子已為大勢所趨，將激勵高整合度、節能及支援聯網功能的16位元、32位元微控制器(MCU)方案需求看漲。德州儀器醫療與高可靠事業群總經理Karthik Vasanth(圖1)表示，由於MCU為訴求可攜式、聯網功能的消費性醫療和個人保健領域中不可或缺的關鍵元件，因此，德州儀器已推出強調支援完整訊號鏈、低耗電量的高整合度16位元MCU方案，鎖定血壓計、呼吸量計、脈搏血氧儀、心律監視器等應用。此外，該公司更已於2010年第一季發表首款支援北美非營利、開放性業界聯盟Continua Health Alliance規範的通用序列匯流排(USB)個人保健裝置類別(PHDC)標準之軟、硬體平台，內建德州儀器16位元MCU。
Vasanth說明，儘管德州儀器也有8位元MCU，然由於德州儀器16位元MCU的價格已逼近8位元MCU，因此16位元MCU會是最符合客戶成本效益的選擇。不僅僅是16位元MCU，該公司同樣看好32位元MCU在醫療電子市場的前景，Vasanth指出，32位元MCU在病人監控、遠距醫療整合管理及醫療馬達控制應用具有相當的發展潛力，德州儀器已分別開發出Stellaris、C2000系列，其中C2000為即時MCU，適用於醫院專業級設備，如病床、電動輪椅等。
不僅是MCU，德州儀器具備廣泛且多樣化的產品線，涵蓋類比、嵌入式處理器、電源管理、無線晶片解決方案等系列產品，能因應不同醫療應用領域中醫療電子製造商的需求。Vasanth強調，德州儀器擁有全球化的製造能力、製程技術專業知識及對於超音波、心電圖(ECG)或血糖監測器等範疇的深入了解，因此能完整支援客戶，讓客戶專注於自身終端產品多元化功能開發。
針對遠距醫療照護市場，該公司借助在手機及其他應用市場的豐富經驗，開發出能為醫療裝置製造商提供豐富的類比嵌入式處理及無線連線能力方案，看準USB、無線區域網路(Wi-Fi)、ANT藍牙、低功耗藍牙(BLE)、無線射頻辨識系統(RFID)等無線技術不可或缺，近期德州儀器發布BLE系統單晶片(SoC)和ANT藍牙網路處理器，適用於消費性醫療、運動健身及健康管理的省能短距離無線連線功能方案。若再搭配類比及嵌入式處理解決方案，將可協助客戶開發如遠距保健整合管理器。
即便醫療市場後勢潛力無窮，設計難題隨著應用不同而大相逕庭，不過，Vasanth認為，可攜式醫療電子蔚然成風，高整合度晶片方案勢在必行，有鑑於此，德州儀器將藉由整合關鍵功能多方實現可攜式醫療電子的附加價值，如整合AFE設計、MCU等功能，並達成節能目的，同時提供最高程度的準確度及效能。另外，部分德州儀器類比產品係針對心電圖、超音波等特定應用進行最佳化，與其他關鍵元件整合後，有助於縮減電路板空間及功耗，並縮短客戶上市時程。此外，高整合度方案並可透過整併通訊晶片實現無線傳輸功能。
觀察到老年人口增加、健康照護成本提高、偏遠地區與新興市場的醫療照護成形和普及，以及可攜式、個人醫療保健裝置需求增長，致使醫療照護從診所延伸至醫師辦公室並進入一般家庭，帶動龐大且多元的半導體元件需求，從家用數位體溫計至醫院用的高階醫療成像設備比比皆是，因此消費性醫療電子、病患監控/診斷/治療、醫療影像及醫療儀器將為德州儀器瞄準的四大醫療電子應用領域，此外，Vasanth透露，遠距醫療與遠程醫療亦為該公司鎖定的目標市場。
值得關注的是，血糖計、血壓計等醫療電子產品為提升準確性與可靠性，加入新演算法的比重大幅攀升，加上友善的使用者介面為消費者採購要件，遂使32位元MCU在醫療電子市占有逐漸凌駕8位元MCU的態勢，看好未來醫療電子驚人產值，半導體業者無不緊鑼密鼓地部署旗下32位元MCU產品線，搶食醫療電子市場大餅。
精準/可靠/友善介面需求殷32位元MCU當道
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| 圖2 意法半導體微控制器產品行銷經理楊正廉強調，意法半導體在醫療電子領域累積超過10年的開發經驗，因此可設計出符合客戶需求的晶片方案。遠距醫療照護已為大勢所趨，然需軟硬體業者及政府齊心齊力，才可望加速成形。 |
意法半導體微控制器產品行銷經理楊正廉(圖2)預估，儘管8位元MCU單價已低於1美元，然往後數年內，32位元MCU在醫療電子市場的滲透率將超越8位元MCU，主因係血糖計、血壓計等可攜式醫療電子產品設計朝中高階方向演進。除須透過新的演算法升級精準度及穩定度之外，為致力於達成更簡易的使用介面，如支援觸控按鍵、USB、通用異步收發器(UART)、ZigBee、曲線圖、彩色螢幕等，對於32位元MCU的需求更加殷切。
由於省電、高整合度可攜式醫療電子深獲市場青睞，意法半導體對於強調省電、高性能32位元MCU將有更多著墨。該公司選擇安謀國際(ARM)標榜節能的Cortex-M3系列，開發適用於可攜式醫療電子的32位元MCU，楊正廉認為，32位元MCU整合高解析度類比數位轉換器(ADC)和數位類比轉換器(DAC)將為主流，其能符合訊號量測、提高準確性的要求，此外，USB 2.0、液晶顯示器(LCD)模組及電子式可清除可編程唯讀記憶體(EEPROM)將為標準功能配備，藉由整合更多元件，32位元MCU方案可縮減成本與體積。
聯網醫療電子市場需求正在發酵，楊正廉分析，醫療電子透過手機聯網仍為少數，大多數仍經由個人電腦(PC)進行資料傳輸，至於醫療電子直接聯網現仍屬於利基型市場。隨著聯網功能興起，楊正廉預計，在聯網傳輸資料量大增之下，傳統UART介面將會逐步淘汰，USB將成為新世代醫療電子傳輸介面主流。
現今，遠距醫療照護仍在市場教育階段，此外，楊正廉補充，各廠商的醫療電子產品不但規格不一，也無統一的市場標準，將為醫療電子發展窒礙，此須透過各國政府，抑或產業界大廠推波助瀾，方可突破。
另一方面，有別於專業級和高階可攜式醫療裝置，消費性醫療電子的認證規範較為寬鬆，且獲取認證的時間較短，吸引不少系統商趨之若鶩，尤其具備價格競爭力的台商對此市場更是躍躍欲試，晶片商亦不願在此市場缺席，已陸續推出高訊噪比(SNR)、低功耗MCU整合方案。
消費性醫療電子夯高訊噪比MCU方案搶市
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| 圖3 亞德諾工程部經理詹淞偉認為，可攜式醫療電子強調省電與小體積，對於8位元MCU需求較32位元更為殷切。 |
亞德諾工程部經理詹淞偉(圖3)表示，看準消費性醫療電子已為大勢所趨，勢將帶動高精準度、小尺寸、省能及高整合度晶片方案需求看俏，高SNR、高整合度MCU方案將大行其道，並已為亞德諾大力部署的產品重點，然要同時兼顧高SNR、低耗電和高整合度的MCU方案技術難度倍增，恐將墊高進入市場的門檻。
除了消費性醫療電子之外，亞德諾亦鎖定中高階、遠距與聯網醫療電子應用領域，布局16位元和32位元MCU產品線，詹淞偉指出，為提高運算頻率和資料處理的效能，亞德諾關注到16位元、32位元使用比例漸高，此外，因省電、整合ADC及價格為客戶選購要項，該公司已透過Cortex-M3開發32位元MCU，並整合諸多外部元件，如USB、URAT、射頻(RF)等功能，以達成節能、小尺寸和低成本目的。
儘管認證仍為必要，然因消費性醫療電子屬於非診斷型的醫療電子產品，認證的要求與設計規範較專業級、高階可攜式醫療電子設備不嚴苛，加上認證的流程較快，甚至讓眾多資訊科技(IT)業者加入戰局，包括筆記型電腦(NB)、智慧型手機大廠如蘋果(Apple)iPhone已摩拳擦掌，準備大張旗鼓進軍消費性醫療電子市場。
不僅如此，擅長成本管理的台商亦有機會在消費性醫療電子市場中大展身手，詹淞偉透露，國內康定、泰博等均為亞德諾客戶群，未來台商將透過外銷、代工及品牌策略，積極搶進醫療電子領域。
即使32位元躍居醫療電子市場主流的呼聲高漲，然不少半導體業者預期8位元MCU需求仍有強勁成長態勢，同樣為國內、外MCU供應商較勁的主戰場，為免淪為殺價競爭，外商正加緊布局更高附加價值的8位元MCU，以爭取更大市場獲利。
8位元MCU仍有增長空間土洋業者爭搶地盤
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| 圖4 飛思卡爾工業產品市場部市場行銷經理何英偉指出，著眼於醫療電子產業供貨期長的特殊性，飛思卡爾旗下半導體產品線供貨期可長達15年。 |
飛思卡爾工業產品市場部市場行銷經理何英偉(圖4)認為，雖然32位元MCU市場規模急速擴張，不過，現階段8位元MCU普及率仍獨占鰲頭，加上台商8位元MCU已降至1美元以下，勢將對於外商造成不少壓力，因此強化低耗電、通訊及人機介面功能將為國外半導體大廠業者8位元MCU側重的產品策略。如2010年9月，飛思卡爾即收購北美繪圖人機介面軟體商Swell Software，以強化旗下人機介面技術能量。
家用醫療電子(HPM)、診斷/治療(DMT)及影像為飛思卡爾鎖定的三大醫療電子應用領域，其中，由於預防醫療電子產品的比重漸高，家用醫療電子和診斷/治療則分屬為出貨量與產值最大宗的市場。何英偉不諱言，32位元MCU在家用醫療電子比重有增高的態勢，但血糖計、血壓計等家用醫療電子已逐漸轉型為消費性醫療電子之下，恐陷入價格戰，此將局限32位元MCU成長空間，相對而言，高附加價值的8位元MCU增值幅度較大。
除了Swell Software之外，2008年2月，飛思卡爾已購併專門開發數位多媒體類比與混合訊號晶片供應商SigmaTel，以增強旗下醫療電子產品線功能布局。先前，該公司即與飛利浦(Philips)合作開發結合MP3功能的計步器。
何英偉談到，身為Continua Health Alliance成員，飛思卡爾預期USB 2.0與ZigBee將為醫療電子標準的通訊介面，尤其相較於藍牙，ZigBee耗電量更低，更適合強調省電的醫療電子需求。飛思卡爾旗下MCU已可符合Continua Health Alliance規範的USB PHDC標準，且已推出整合類比、放大器、ADC、USB 2.0等MCU方案。
不僅是MCU，MEMS供應商亦爭相加入聯網、遠距醫療照護戰局，為爭取更大的市占，強調支援豐富通訊介面的MEMS解決方案將輪番上陣。
聯網/遠距醫療燃戰火強化通訊介面MEMS輪番上陣
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| 圖5 意法半導體類比、功率與微機電元件產品市場經理郁正德強調，具備眾多感測器矽智財才是王道，尤其是IDM廠更有機會勝出。 |
意法半導體類比、功率與微機電元件產品市場經理郁正德(圖5)強調，過去MEMS廠商多注重於MEMS解決方案中的機械元件，因此特別加強MEMS製程的改良，事實上，隨著聯網需求興起，MEMS元件與通訊介面重要性不分軒輊。有別於MEMS元件，通訊介面功能主要係放大、解讀與過濾訊號，再轉換成數位訊號傳輸出去，意法半導體採用先進互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程開發MEMS解決方案所需的通訊介面，再將之與MEMS整合。
郁正德估計，消費性電子、通訊及運算市場逐漸飽和後，由於高齡人口比重增加，老年化人口消費力也不容小覷，因此遠距醫療、聯網醫療電子的需求將大增。往後醫療電子產品將可藉由RF直接與3G、4G及乙太網路進行聯網，可望帶動手機內建眾多感測器，以實現個人醫護功能。
感測器、藥品傳輸及電泳(Electrophoresis)裝置為意法半導體MEMS產品線在醫療電子領域鎖定的三大應用，如血壓計、心電圖、助聽器、輸藥幫浦、心跳偵測儀等。
隨著各國政府力推遠距醫療照護政策，將促成硬體設備漸具雛形，可望加速達成遠距醫療照護商用化的目標，激勵多軸感測器需求湧現，郁正德預測，為縮小體積，三軸以上的多軸感測器將趁勢崛起，為達成三角度平衡，預期三倍數的多軸感測後勢看漲。
由於FPGA兼具可擴建功能、少量多樣、單價高等特性，過去較常使用於醫院內專業級醫療電子裝置，然隨著醫療電子講究高精密度、少量多樣特徵更加突顯，將激勵FPGA需求節節攀升，值得一提的是，在可攜式醫療電子與遠距醫療照護的風潮之下，省電、支援大資料傳輸量的FPGA頗受矚目，特別是強調低耗電的FPGA深獲市場青睞，遂成為各家FPGA業者側重的產品策略，相關產品也在市面上競相出爐。
近日，同為醫療電子產業關注的大事件，即為英特爾(Intel)終於如願與Altera連袂發表新一代凌動(Atom)嵌入式處理器E600C系列，其結合Altera的FPGA技術，將多款元件整合至單一封裝，可望擴大英特爾產品線應用版圖，其目標市場即直指包括可攜式醫療裝置在內的多元化應用。英特爾與Altera如此大動作布局，不僅攪亂安謀國際和超微(AMD)在嵌入式處理器市場的一池春水，在強調低耗電、低材料清單(BOM)成本、小電路板面積與複雜性的嵌入式處理器問世後，其未來產品藍圖的發展，以及英特爾和Altera兩家業者後續動向亦備受醫療電子供應鏈廠商的關注。
可攜/遠距醫療成風節能FPGA遍地開花
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| 圖6 萊迪思企業行銷副總裁Douglas Hunter表示，台商在醫療電子有機可趁，萊迪思將會提出更多參考設計服務支援。 |
儘管在FPGA產業界，通訊、網通、消費性電子、軍事國防等市占規模不如Altera、賽靈思(Xilinx)兩大廠，然萊迪思(Lattice)卻相當專注於醫療電子市場，特別在訴求節能的FPGA產品開發已有所成。萊迪思企業行銷副總裁Douglas Hunter(圖6)表示，低功耗FPGA可滿足可攜式醫療電子、遠距醫療照護需求，除有助於降低耗電量之外，且毋須耗費太多時間、人力強化散熱設計，可縮減生產成本和開發時間，加上減少散熱與電源管理元件使用數量，故能提高產品的可靠度，預計將有更多低耗電FPGA產品如雨後春筍般冒出頭。
FPGA供應商在開發省能產品花招百出，萊迪思透過整合可編程類比電路和邏輯，已發表混合訊號元件Platform Manager，以支援眾多常見的功能，如電源管理、數位內部處理及粘合邏輯，該可編程混合訊號元件能大幅簡化電路板管理的設計、縮減生產成本、提高系統可靠度與設計靈活性，有效減少電路板重製風險。
看好省電FPGA前景，日前，萊迪思採用低功耗65奈米製程，推出標榜低成本、低耗電可編程邏輯元件(PLD)系列，Hunter指出，萊迪思致力於將FPGA尺寸縮小，以降低耗電量，且為避免在縮小晶片尺寸之下導致使用輸入/輸出(I/O)數量變少，因而犧牲性能，萊迪思藉由三重交錯(Triple Staggered)將I/O排序成三層，以增加I/O數量。
不同於可攜式醫療電子對於中低階FPGA需求殷切，針對超音波、數位影像處理等資料傳輸量大的醫療電子應用，將會是支援高速傳輸介面如通用序列匯流排(USB)等高階FPGA的主力戰場，Hunter談到，高階FPGA密度大、效能高，相對的耗電量也大，適用於利基型的高階醫療電子領域，未來萊迪思將戮力於開發高性價比FPGA，以爭取更大的高階醫療電子版圖。
除了高齡化社會趨勢之外，為減少既有醫療資源浪費，遠距醫療照護、聯網與可攜式醫療電子已為大勢所趨，未來不僅可仰賴半導體技術加速醫療保健的創新，政府也將扮演重要角色，唯有政府政策與半導體技術相輔相成，產業界才有機會從中真正獲得利益。
