全球芯片供应的短缺已成现象级的行业问题。
芯片危机阻碍了全球经济从新冠疫情引发的衰退中复苏，并加剧了全球供应链危机。供应短缺几乎影响了所有依赖电子元件的行业，继续给从汽车、家用电器等行业带来压力，也蔓延到医疗设备行业。
半导体是当前许多医疗设备重要的组成部分，能够提供如操作控制、数据处理和存储、无线连接和电源管理等功能。传统医疗设备对半导体的依赖性没有那么大，而应用半导体的医疗设备不仅能实现传统医疗设备的功能，还能提高医疗设备的性能，降低成本。
但是，与汽车和消费电子产品相比，较小部分芯片最终用于医疗设备，根据美国半导体行业协会（SIA）去年秋季发布的最新报告，2019年用于全球医疗设备终端市场的半导体总销售额为56亿美元，仅占所有半导体市场总额的1.3％。但这些组件对于一系列重要医疗设备起着关键作用，如心脏起搏器和糖尿病血糖监测仪。
一叶知秋——从疫情看医疗芯片的重要性
近年，新冠疫情爆发也使得越来越多的人意识到医疗系统与医疗设备的重要性。
在疫情期间，呼吸机用于帮助严重肺损伤的患者进行辅助呼吸。呼吸机系统使用半导体传感器和处理器来监测生命信号。传感器用于确定患者每次呼吸的速度、体积和氧气量，并根据患者的需要准确调节氧气水平。处理器控制电机速度，辅助患者进行呼吸。
而便携式超声设备可以检测患者肺部病变等病毒症状，快速识别与新冠病毒相关的急性肺炎特征，而无需等待核酸检测。这种设备之前采用压电晶体作为超声波探头，价格一般超过10万美元。通过半导体芯片替代压电晶体，设备成本仅需几千美元，可以更便捷地探测、评估患者身体内部情况。
新冠病毒来势汹汹，且目前并未完全结束。对于公共场合来说对大量人员进行体温检查十分重要。当前的热像仪或非接触式额头红外温度计是两种常用的方式，这些设备也依靠传感器和模拟芯片等半导体将温度等数据转化为数字读数。
覆巢之下无完卵——缺芯引发医疗行业的连锁效应
近期根据 AdvaMed（全称为先进医疗技术协会，是全球最大的医疗器械行业协会）进行的一项研究表示，全球半导体芯片短缺正在导致医疗技术公司出现延误、订单取消和其他供应中断。据调查发现，三分之二的医疗技术公司至少在其一半的产品中使用了半导体。
并且，医疗设备需要的芯片和用于汽车制造和高科技制造使用的芯片需求大部分重合度较高，这一现象直接导致绝大多数医疗设备制造商不得不面临与其他行业直接竞争的风险，从而加剧医疗芯片短缺。并且据调查发现，超过 70% 的医疗设备制造商的半导体依赖单一供应商。缺乏其他供应商则意味着一旦出现中断，可能会导致70%的医疗设备制造商相继出现停产、订单延误等等现象。
早在今年4月，飞利浦医疗就已发出警告，因为全球芯片短缺，他们短期内将不得不停止生产用于治疗心脏骤停的设备。该公司在接受荷兰媒体NOS采访时发出警告。
根据首席执行官Van Houten的说法，这些医疗设备已经短缺。“因为涉及关键的医疗设备，我们担心这种短缺。”Van Houten表示，不希望因为无法制造设备而最终无法为医院提供医疗服务。但是，芯片短缺的确可能使飞利浦无法制造这些医疗设备。如果汽车工厂会因为没有芯片而倒闭，那么医疗设备制造公司也可能发生同样的情况。
8月16日，全球数字健康和睡眠呼吸暂停治疗的领先企业ResMed（瑞思迈）推出了全新睡眠呼吸暂停机AirSense 11。在此前的财务会议上，ResMed首席执行官 Mick Farrell曾表示，由于此前飞利浦大量召回CPAP给呼吸机市场留下了空白，呼吸机的需求增加，ResMed正努力完全填补这一缺口。
但是，实际情况似乎并不尽人意。
对此，Mick Farrell表示，飞利浦呼吸机的召回创造了需求，但全球芯片短缺限制了制造设备的速度。ResMed 将无法填补这种情况造成的整个供应缺口。这是供应链受限，而不是需求受限。Mick Farrell 还特别致电芯片供应商，希望能优先考虑他们的部分供应链。
两大巨头械企尚且因为芯片短缺而不得不缩减产量，更不要说其他中小医疗设备制造商。
AHRMM （美国医疗资源材料管理协会）供应链高级主管 Mike Schiller 表示，由于半导体短缺，医院也面临着长时间的订单延迟。席勒告诉《华尔街日报》，一些成员报告称，新的 CT 扫描仪、除颤器和遥测监视器的安装延迟了数月之久。
谁在布局？
ADI在健康领域有医疗影像与监护、医疗级可穿戴设备、体外诊断三大核心布局。在医疗健康领域，ADI的芯片服务了医疗影像(如CT、超声)、监护仪、体外诊断设备以及可穿戴产品，涵盖了大多数需要数据转换和信号处理的医疗器械产品。从预防、诊断、治疗再到疾病管理，ADI的技术产品几乎涵盖了整个诊疗的流程。
在预防领域，ADI的芯片产品多用在消费级可穿戴产品，健康或者亚健康人群佩戴手环、手表来监测体征信号，进而干预指导日常生活；在诊断领域，ADI的芯片产品已经用在医疗影像、体外诊断、体征信号检测等场景；在治疗领域，ADI的芯片产品主要用在监护方面，包括ICU的监护以及外科手术设备等；在慢病管理方面，ADI的技术产品贯穿整个慢病管理的流程，为客户提供服务。
ST意法半导体的产品也在医疗领域有着较为广泛的应用。在医疗电子设备，例如监护设备、检测设备上都可以找到ST的MCU产品。尤其在便携式医疗和个人医护产品中，例如红外体温器，血糖血氧仪，血压计，ECG等产品。
ST的STM32L(超低功耗系列)，STM32F4以及STM32H7系列高性能MCU产品是意法半导体布局医疗电子产品的主流方案。另外，针对医疗电子设备的不同要求，ST的MEMS产品部门可以提供用于检测运动的运动传感器、监测环境的环境传感器、收集声音的硅麦克风以及用于微控制的执行器。这些产品经常被用在医疗机器人、患者监护、远程医疗以及便携式医疗产品上。
此前，NVIDIA跟通用电气（GE）也宣布一项合作，NVIDIA的AI芯片将导入通用旗下GE Healthcare全球50万台医疗检测仪器中，加速医疗数据处理、分析，让医生在进行诊断时达成更高的准确率。同时，英伟达也在布局AI健康领域。希望通过软件的创新赋能医疗设备，在硬件端产生智能设备，同时英伟达配置软件开发的SDK，这意味着将来医疗设备可以利用人工智能技术随时随地的计算。
早前，联发科发布了业界首款智能健康方案——MediaTek Sensio，并且发布了首款六合一的智能健康芯片 MT6381，60 秒即可测量用户心率、心率变异、血压趋势、血氧饱和度、心电图、光体积脉搏图等 6 项生理数据。
扩展新闻：
医疗芯片短缺！多家巨头医械宣布告急
自2020年至今，因疫情、自然意外等一系列原因，导致全球芯片供应出现短缺。根据一项研究发现，供应短缺将影响全球 169 个行业和汽车制造商，预计今年这些行业的销售额将达到 2100 亿美元。 由于缺少芯片，通用、福特、丰田、日产、大众等汽车制造商不得不缩减汽车产量。而不光是汽车产业，芯片短缺已经蔓延到医疗设备行业。 近期，根据 AdvaMed 进行的一项研究表示，全球半导体芯片短缺正在导致医疗技术公司出现延误、订单取消和其他供应中断。 （AdvaMed ——全称是先进医疗技术协会，总部位于美国，是全球最大的医疗器械行业协会。）
早在今年4月，飞利浦医疗就已发出警告，因为全球芯片短缺，他们短期内将不得不停止生产用于治疗心脏骤停的设备。 6月份，在飞利浦大量召回呼吸机后，直接给对家ResMed 的呼吸机留下了3亿-3.5亿的市场空白。但是由于芯片短缺，同样导致ResMed 设备制造速度受限，供应不足。 对此，ResMed 首席执行官 Mick Farrell 还特别致电芯片供应商，希望能优先考虑他们的部分供应链。 两大巨头械企尚且因为芯片短缺而不得不缩减产量，更不要说其他中小医疗设备制造商。
70%受访医械公司，芯片供应商仅1家
对此，AdvaMed 则希望将医疗设备的优先级纳入政府政策。 AdvaMed 首席执行官斯科特·惠特克 (Scott Whitaker) 在审查了德勤调查的结果后，呼吁“优先考虑和保护医疗技术供应链”。 据调查发现，三分之二的医疗技术公司至少在其一半的产品中使用了半导体。并且用于汽车制造和高科技制造使用的第二代和第三代芯片正是医疗设备的“主要需求”，这一现象直接导致绝大多数医疗设备制造商不得不面临与其他行业直接竞争的风险，从而加剧医疗芯片短缺。 并且，据调查发现，超过 70% 的医疗设备制造商的半导体依赖单一供应商。缺乏其他供应商则意味着一旦出现中断，可能会导致70%的医疗设备制造商相继出现停产、订单延误等等现象。 订单延误最少两周，甚至更长。一位医疗技术采购负责人说：“最初我们被告知需要在 2023 年之前发出采购订单，但这似乎不足以确保供应。”
部分芯片价格，一年飙升400%
英特尔公司首席执行官认为，芯片短缺或许需要一到两年时间才能缓解。 但是，随着疫情后时代全球经济复苏的影响，各大行业不断提速发展，对于芯片的大量需求同步导致部分芯片价格出现大幅上涨。 有媒体曝出消息，中国制造商博世生产的ESP（车身稳定系统）芯片在黑市的价格已经炒到了4000元/枚，而正常时期，博世ESP芯片的售价仅为13元/只。对此，这家中企也回应道，芯片供应短缺的情况确实存在，接下来将尽全力保障供应。 但是，在8月17日，博世（中国）投资有限公司执行副总裁徐大全通过朋友圈发文表示：刚刚接到通知，某半导体芯片供应商的马来西亚Muar工厂因新的疫情，继之前数周关厂，昨晚被当地政府关闭部分生产线至8月21日。博世ESP/IPB、VCU、TCU等芯片将受到直接影响，预计8月份后续基本处于断供状态。 要知道，如果汽车工厂因为没有芯片而关闭，那么医疗设备厂也会发生同样的情况。
加码医疗芯片研发，中国“站”起来了！
作为核心技术中的核心，医疗芯片是设备系统性能实现跃升的关键源头技术，一直以来是我国高端医疗装备行业亟需攻克的技术堡垒，也是行业的“塔尖之争”。 随着全球晶圆产能持续紧张，芯片价格不断上涨，国内医疗设备制造行业也同样面临因为缺少核“芯”而随时停摆的危机。所以，尽快实现医疗芯片自主研发，更是成为确保产业链安全，促进产业升级发展的燃眉之急。 破除芯片“卡脖子”难题，国产企业必须尽快突围。 所以，在新一轮国家十四五规划建议中，明确提出大力支持发展第三代半导体产业，计划在2021年到2025年的五年之内，举全国之力，在教育、科研、开发、融资、应用等等各个方面对第三代半导体发展提供广泛支持，以期实现产业独立自主。 今年5月13日，联影集团重磅发布了首款高端医学影像专用“中国芯”。这一芯片的诞生，一举填补我国在高端医学影像设备自研专用芯片领域的空白，并在关键技术指标上实现了国际领先。 虽然还不足以打破西方技术的壁垒，但“中国芯”的问世，也给所有国人吃了一剂“定心丸”。同时，受华为断供缺芯的影响，现在越来越多的中国企业，意识到了芯片的重要性，越来越多的企业加入到了自主研发的道路中，国产芯片未来的发展也一片明朗，而某些人的限制和封锁也必将是一场空。
芯片到底是什么？
如今芯片话题引起热议，这主要还是源于我国芯片被卡脖子，所以许多人知道这个事情，但是对于芯片究竟是什么，以及为什么被卡脖子，我国的出路在哪里等等，我们有许多的疑问，也需要进行学习，我将写几篇文章，重点讨论下芯片技术这个东西。
既然是讲芯片技术，那在最开始，就要弄清楚什么是芯片？
1.芯片的本质是半导体+集成电路
首先，咱们来认识一下芯片。我在下面给你放了一张芯片的照片，这么一个小薄片就是芯片，上面排布了许许多多的晶体管。
它可能跟你在新闻里看到的芯片不太一样，这是因为芯片很脆弱，需要通过一个叫“封装”的制作步骤，装到一个外壳里保护起来。
我再给你看一张图。这样封装好的小黑片，是不是更符合你对芯片的印象呢？
你要是把芯片翻过来，在背面会看到密密麻麻的金属引线，少则十几根、几十根，多则几百根。这些引线的作用，就是要把芯片电路和外界电路连接起来。
它可以类比一下家里的电视机：电视需要两根线才能工作，一根是电源线，给电视机的电路和屏幕供电，另一根是信号线，把机顶盒的数字信号传给电视机显示出来。芯片的引线也可以分成这两类，一部分是负责供电，包括地线和电源线，另一部分负责输入、输出信号。
这就是一个真实芯片的样子。为什么会管这个东西叫“芯片”呢？“片”就是它的形状，而 “芯”是说这个东西是电子设备的心脏、大脑、中枢，所以管它叫芯片。
但正是因为这个名字，可能让很多人对芯片有误解，认为只有像电脑里CPU那种才是芯片。其实，CPU属于逻辑芯片，可以做逻辑控制，有运算功能。但芯片还有很多其他种类，比如像5G、Wi-Fi、蓝牙这种通信芯片，还有像内存、U盘里的存储芯片，还包括手机里陀螺仪那种传感芯片等等。
这些芯片工作的原理和电路结构都不一样，可是都属于芯片。这就有个问题了，芯片的本质是什么呢？
过去国家要发展半导体产业，半导体是芯片吗？现在国家加大科技攻关力度，聚焦集成电路、人工智能等等领域，这个集成电路是不是也是芯片？这几个概念经常混着使用，那到底什么是芯片的本质呢？
现在我给你一个公式，就是半导体+集成电路，合起来才叫芯片。
2.只有半导体才能“用电控制电”
首先，为什么得是半导体呢？
一句话概括，在半导体之前，人类只能用机械控制电。但是有了半导体之后，人类才可以直接用电来控制电，控制能力强了很多。
像机械时代的那些齿轮、杠杆，我就不说了。人类发明电以后，就进入了电气时代。一个标志就是电报的发明，人们终于可以快速把信息传出去了。
可就算传递信息靠的是电，但发电报用的也是滴滴滴哒哒哒的机械开关，来控制电流的导通和断开。人们后来还发明了继电器装置，甚至发明了继电器组成的计算机，但这些东西跟今天的芯片都差得太远。
打个比方，你可能见过这种大桥，因为有轮船会经过，这座桥需要能从中间打开，船通过之后再合上。打开的时候，要过桥的汽车，不管你开多快，都得在桥下等半天，效率没法提高。
你想要是有一个魔法，轮船来了，一下子让大桥消失，船快点过，通过之后一下子又把大桥给变回来，这是不是就比机械的开合要快多了？在电子器件里，半导体就能实现这个魔法。
芯片里的晶体管的结构很像是两个挨得很近的“地铁站”建在半导体里 面，“地铁站”里有很多电子，两座地铁站上面有一个控制“按钮”，叫作栅极。当我们给栅极加一个电压，就会在两座地铁站之间形成一个通道，电子就可以通过，电压消失，通道也跟着消失。
但像刚才我们讲的不管是电报还是继电器，都只能用机械开关来控制电的通断，因为连接器件的是电线，是导体，怎么才能让电线断开呢？必须要有物理的隔离。
直到20世纪初，量子力学的发展让人类发现了半导体这种关键材料。只是靠施加电压的变化，就能实现它在导体和绝缘体之间的切换，这才把人类从电气时代带进了电子时代。
通过半导体，我们终于实现了用电这个高级物理形式来控制电这个高级的能量形式，处理信息的能力大大提升了。
所以，芯片首先必须得是半导体材料，这个本质也是芯片开启信息时代的根本原因。
3.复杂功能还原到最底层都能用0和1解决
那只有半导体材料就够了吗？不行，还必须得是集成电路。
因为要想实现功能，光有一个晶体管还不够，必须得把很多晶体管连成电路才行。
在早期，人们用半导体材料做出一个个的开关器件，把这些器件就像现在的灯泡一样，一个个连到电路里来实现功能。可这里的问题是，我们需要大量的器件才能实现复杂的功能，但一个个独立器件组成的系统很难缩小。
集成电路技术的发明人之一Robert Noyce说起他发明集成电路技术的初衷，就是觉得手工把元器件一个个的焊到一起真是太麻烦了。你要知道，当时他焊的电路也就几百个元件。现在的电路动不动可就是几亿、几十亿个器件，除了集成电路的形式，还真就没别的好办法。
我们怎么实现集成电路呢？
原本我们是组装单独的器件焊起来，现在就像是微雕，在一个非常小的东西上，直接刻画出这些线路。这个非常小的东西就是半导体衬底，刻刀就是你最近常听到的光刻机。只不过这把刀不是金属，而是激光做的，非常非常细。
有了集成电路之后，我们就可以把器件做得非常小了，而且还能不断做得更小，现在已经刻出纳米尺寸的开关来了，可以在一块一厘米见方的芯片里，集成100多亿个晶体管，它的复杂程度真的远远超你的想象。
说到这里，你可能还有一个问题，为什么一堆开关连接到一块，就能实现计算、存储这些功能呢？这里面有很复杂的科学理论，但在这里，我告诉你一个简单的道理，那就是所有复杂的运算，都能还原成最基本的0和1。
比如说，走迷宫看起来应该是个挺复杂、挺智能的事吧？但你把这事还原下去，其实就是在每个岔口做的选择题，要么走左边，要么走右边。左边对应0，右边对应1，左右分别对应开和关。迷宫的走法对应着软件的算法，其实靠着一堆开关连接起来就能完成运算了。
不光是走迷宫，就算今天很流行的人工智能美颜，甚至是下围棋的AlphaGo这样的复杂系统，还原到最底层，其实也是由大量晶体管组成的CPU、GPU，再组成计算机主机，再连接起来构成超级大脑。总之，计算机里任何你觉得很智能的事，最底层都可以用0和1来完成。
当然想要完成复杂的功能，就需要更多的晶体管才行。这就是为什么我们一定要用集成电路，就是想在更小的面积上，集成更多的晶体管。
到这里小结一下，芯片的本质就是半导体集成电路，就是用简单的晶体管开关构成了一个复杂系统。也就是这个芯片，创造了今天的数字世界，让人类进入到一半物质世界一半数字世界的新时代。
4.芯片是物质世界与数字世界的接口
不过，关于芯片的重要性，还有一点值得讲讲。虽说芯片构建了数字世界的基础，但物质世界跟数字世界可并不是天然连通的，中间有一道隐形的墙。
要想让信息在这两个世界之间流动起来，接口在哪呢？这个接口还是芯片。
过去，我们只能用实物来计算实物，比如说大家都夸曹冲聪明，因为他发现给大象称重不好办，所以就把这个问题变成了称石头，这就好称了。
这个看起来很聪明的转换，其实完成的也只是从物质到物质的映射。大象重量的传输和计算都只能在物质世界里完成，你要想称两头大象总重量，就得称两堆石头。
但是有了芯片，这个问题就简单多了。今天要称一个大货车的重量，不用映射到石头了。只要把这辆车开到高速公路收费站，就会经过一个电子地磅，这里面的芯片能感知压力，货车重量直接变成了一个数字，这个过程就把物质世界直接映射到了数字世界里。
在数字世界里，货车重量可以被快速传播、快速计算、长久存储。公路管理部门可以拿这些数据去做超重监控，统计每年公路运输总量。商务部门能得知这个地区商贸、物流的信息。
这些信息经过芯片处理，人类原本在物质世界里做的一切，几乎都可以在数字世界完成了。比如在购物网站买一包饼干，几天后快递送上门。这包饼干从出库、运输直到你手里的这个过程，都是靠数字世界的信息来控制的。
所以说芯片是物质世界和数字世界的接口。而且今天芯片能处理的不只是重量，今天物质世界里几乎所有的物理量“力热声光电”，都能通过芯片映射到数字世界里。
比如电水壶里的温度芯片，就能把热这个物理量变成电信号，就能控温了；汽车轮胎的胎压传感器芯片，能把压力转变成电信号，就能保障行车安全，等等。甚至现在正在探索的脑机接口，通过把神经信号转化成电信号，让大脑的思想也能进入数字世界。
芯片的接口功能越来越强，这也是今天，数据量猛增，数据变得特别重要的原因。
听到这里，你也就明白了，芯片是数字世界的基石，更是物质世界与数字世界的唯一接口，芯片技术决定了我们信息技术的水平。
我们是进入数字世界的第一代人类，就像马斯克移民火星是为了开拓新的物质世界一样，我们也要在数字世界里开疆拓土，芯片就是我们的飞船、锄头、枪炮。今天，谁控制了芯片，就控制了我们和数字世界的一切连接。
5.本篇总结
总结一下这一篇，芯片的本质就是半导体集成电路。
有了芯片，我们可以直接通过操控电子来处理信息，创建了一个庞大的数字世界。今天每个人都处于半物质半数字的状况中，芯片就是数字世界的基石，更是数字世界与物质世界的唯一接口。
在这里，给你留一道思考题：你认为还有哪些你和外界的交互过程不能被芯片取代呢？欢迎在评论区，与我分享你的思考。
下一篇，我们来说说为什么人类最终选择了芯片技术，我们下一篇见。
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划重点：
1 芯片的本质是在半导体衬底上制作能实现一系列特定功能的集成电路。
2 在发现半导体之前，人类只能用机械控制电，而半导体却能直接“用电来控制电”。
3 计算机里任何复杂功能，还原到最底层都能用0和1解决。
4 芯片是物质世界与数字世界的唯一接口，芯片技术决定了我们信息技术的水平。
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