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Reporte de Vigilancia
Tecnológica y Competitiva
FPGAs: Sector Cuidados de la Salud
Marzo, 2011
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
1. Análisis Competitivo Global FPGAS
Mercado FPGA

El mercado de FPGAs aumentó sus ingresos en 51% en
2010.

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
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 1.000 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
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
2. Monitoreo de Patentamiento Mundial de FPGAS
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3. Estado del Arte «FPGAS EN EL SECTOR CUIDADOS DE LA SALUD»
Producción Científica Mundial Periodo, 1998-2011
Producción Científica por Autor
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Intensidad de publicaciones por Institución Periodo, 1998-2011
7
Intensidad de publicaciones por Empresa, Periodo, 1998-2011
Campos Técnicos
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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)
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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.
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Equipos y Redes de Colaboración.
POSICIONAMIENTO TECNOLÓGICO POR ACTIVIDAD INVENTIVA
NÚMERO DE PATENTES POR AÑO POR EMPRESA
EMPRESA
Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd
Beijing Wandong Gaoxing Electronic Products Co., Ltd .
Hitachi, Ltd.
CTI PET Systems, Inc.
Siemens Medical Solutions
Medtronic Inc.
MMC/GATX Partnership
Shanghai Heyi Medical
Olympus Optical Co., Ltd.
Toshiba Corporation
1999 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
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2
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2
2
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1
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2
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1
1
1
1
1
1
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ESTATUS
COMPETIDOR ENTRANTE
COMPETIDOR ENTRANTE
COMPETIDOR PERMANENTE
COMPETIDOR PERMANENTE
1 COMPETIDOR PERMANENTE
COMPETIDOR PERMANENTE
COMPETIDOR SALIENTE
COMPETIDOR ENTRANTE
COMPETIDOR SALIENTE
COMPETIDOR SALIENTE
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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
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$10M o más de esa cantidad. El crecimiento
constante de estas aplicaciones se prevé hasta el 2011.
FPGAs ayudan a la imagen médica en dos áreas, la detección y construcción
de la imagen. La parte de detección de imágenes médicas es una aplicación
de sistemas embebidos, con los requisitos de rendimiento en tiempo real y
significativa desafíos interfaz de hardware. La reconstrucción de la imagen, en
cambio, es más como un problema de computación de alto rendimiento.
Fuentes:
1 Leong, H, 2008, Recent Trends in FPGA Architectures and Applications, 4th IEEE International
Symposium on Electronic Design, Test & Applications, Chinese University of Hong Kong, Hong Kong.
2, 3, 4 www.dsp-fpga.com/articles/id/?1865
5, 6 Medical imaging gets an FPGA boost, Junio 2009, con acceso en
http://reconshmigurable.wordpress.com
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Aplicación de FPGAs en Tecnologías de Imagen Médica
Rayos X
http://www.maxim-ic.com
Tomografía
por Emisión
de Positrones
(PET)
www.galorath.
ÁREAS DE
OPORTUNIDAD
EN IMAGEN
MÉDICA
Tomografía
Computariza
da (CT)
Imágenes por
Resonancia
Magnética
(RMI)
www.robinsonimaging.org
Ultrasonido
http://cvascular.wordpress.com/
www.preownedultrasounds.co
m
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Empresas de FPGA en tecnologías para equipo médico
®
Según iSuppli, el mercado de lógica programable
fue de US$ 3.6 mil millones en 2007. En ese mismo
año, los ingresos de Xilinx fueron de US$1841
millones.
Virtex y Spartan®: Familias de FPGA
para aplicaciones de:



(Ratford V., Senior Vice President, Solutions Development
Group, Xilinx)
Diagnóstico,
Monitoreo y tratamiento;
Dispositivos médicos en casa.
Cyclone y Stratix: Series de FPGA con
aplicación en:
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

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.
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