ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ - 76% 60% - ЦНИИ "Электроника
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Выпуск 7 (6681) от 4 апреля 2019 г.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ
76% 60% 85% 35%
ISSN 2500-3844
СЕГОДНЯ В ВЫПУСКЕ
2 20
Компетентное мнение Диагностика
нейродегенеративных
4 заболеваний с помощью
Технология SDR как средство искусственного интеллекта
ускорения разработки
аппаратуры 5G 21
Исследования в области
12 нанографена
Перспективы развития рынка
медицинского ультразвукового
оборудования
26
Новое семейство памяти
корпорации Adesto
Technologies для краевых
вычислений в Интернете вещей
30
Прорывная BAW-технология
корпорации Texas Instruments
34
Технология RRAM для
поддержания искусственного
интеллекта в Интернете вещей
и пограничных вычислениях
37
Перспективы продаж
полупроводниковых приборов
военного и авиакосмического
назначения
40
Издатель Реклама
АО «ЦНИИ «Электроника» publish@instel.ru
+7 (495) 940‑65‑24
ABB планирует достигнуть Главный редактор
Алена Фомина, д. э. н., доц. Адрес редакции
лидерства в области Заместитель главного редактора
127299, г. Москва,
ул. Космонавта Волкова, д. 12
цифровых производств Виктория Французова
+7 (495) 940‑65‑24
Научный референт www.instel.ru
Валерий Мартынов, д. т. н., проф. publish@instel.ru
44 Выпускающий редактор
Полина Корсунская
Экспресс-информация по зарубежной
электронной технике издается с 1971 г.,
Кибербезопасность в условиях Авторы материалов
в электронной версии – с 2003 г.
цифровой трансформации Михаил Макушин,
Анастасия Хомчик,
Издание зарегистрировано
в Федеральной службе
Иван Черепанов,
по надзору за соблюдением
Юлия Яцина
законодательства в сфере массовых
46 Над выпуском работали
Григорий Арифулин,
коммуникаций и охране
культурного наследия
Глоссарий Людмила Железнова,
Анастасия Никитина
(свидетельство ПИ № 77–13626
от 20 сентября 2002 г.).
КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ Программно-управляемая связь, или важным фактором обеспечения взаимо- технология SDR (software-defined radio), действия ВС США с силами союзников, позволяет передавать и обрабатывать а также сулит крупные доходы военным сигналы с использованием разных ча- подрядчикам МО США. стот и стандартов. В 1990–1998 гг. В США широко практикуется как пере- в интересах ВВС США осуществлялась дача военных технологий в гражданский программа SPEAKeasy – в рамках ее сектор, так и использование в некрити- первого этапа (1990–1995 гг.) разраба- ческих средствах и системах вооруже- тывались и испытывались радиосисте- ний компонентов и приборов, приобре- мы диапазона от 2 МГц до 2 ГГц. Второй, таемых в готовом виде на коммерческом демонстрационный этап, занял три года. рынке (commercial-off-the-shelf, COTS). Тогда впервые были использованы вен- Такое взаимодействие позволяет уско- тильные матрицы, программируемые рять развитие технологий в одном пользователем (FPGA). По итогам в мас- из этих секторов за счет решений, уже совое производство были запущены си- существующих в другом секторе, причем стемы диапазона 4–400 МГц. Дальней- итог подобного «симбиоза» будет обла- шая разработка технологии SDR велась дать высокой рентабельностью и обшир- в рамках программы по созданию объе- ными рыночными перспективами. Нечто диненных тактических радиосистем (joint подобное сейчас происходит с разработ- tactical radio system, 1997–1998 гг.), при- кой и развертыванием средств и систем званных заменить существующие в ВС 5G. При развитии средств связи обычно США радиосистемы на единый набор используется предшествующая инфра- программно-управляемых средств ради- структура – с модернизацией, частичной освязи. Средства SDR военного назна- или полной заменой при расширении чения разделялись на ручные, ранцевые зоны покрытия, что позволяет сократить и малогабаритные (handheld, manpack & время развертывания новых сетей и уде- smal form-fit, HMS). В соответствии с за- шевить сам процесс. На данный момент просом сухопутных войск США, после на рынке уже присутствуют комплекс- комплексной оценки с 2017 г. начато се- ные решения COTS SDR, которые впол- рийное производство HMS. не можно использовать в качестве плат- Важный аспект технологии SDR – формы при разработке средств и систем обеспечение устойчивой и безопасной 5G – они обеспечивают очень высокие связи между подразделениями ВС США, целостность сигнала, периодичность те- а также между передовыми частями стирования и модульность конструкций и органами управления. Известно, что и позволяют модернизировать уже су- при интервенциях в независимые госу- ществующие решения под требования дарства США предпочитают действо- уровня 5G. Таким образом, использова- вать в составе т. н. международных коа- ние COTS SDR при разработке 5G – при- лиций, в основном привлекая партнеров мер вполне успешного использования по НАТО, военные бюджеты которых в гражданских целях технологии, разра- даже в совокупности существенно усту- батывавшейся для военных нужд. пают бюджету Пентагона, не позволяя создать свои передовые системы связи. Михаил Макушин, Переоснащение вооруженных сил стран главный специалист отдела научно- НАТО средствами связи SDR становится технического планирования РЭП 2 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019
СРЕДСТВА СВЯЗИ
Технология SDR как средство
ускорения разработки
аппаратуры 5G
Ключевые слова: аппаратное и программное обеспечение, коммерческие платформы,
радиолокация, связь, цикл разработки.
Один из основных вопросов при разработке новых технологий – сокращение
собственно цикла разработки и, соответственно, сроков вывода новой продукции
на рынок. Для этого в последнее время активно используется платформенный
подход. Так, отраслевые специалисты считают, что период разработки средств,
систем и сетей 5G может быть сокращен за счет использования приобретаемых
в готовом виде на коммерческом рынке платформ программно-управляемой ра-
диосвязи.
В последнее время в США и странах- данным, маршрутизацию и обработку
союзницах по НАТО активизировались данных. Предполагается, что подобные
разработки технологии программно- функциональные возможности в сово-
управляемой радиосвязи (SDR1), позво- купности с обеспечением целостности
ляющей использовать коммерческие сигнала, фазово-когерентных выборок
платформы (COTS2) для сокращения и применения многоканальных приемо-
цикла разработки систем и средств свя- передатчиков сделают подход COTS
зи 5-го поколения (5G). SDR идеальным выбором для развития
Подход COTS SDR традиционно ис- платформ 5G.
пользуется в радиолокационных и связ- Основные вопросы, требующие рас-
ных применениях с целью повышения смотрения в этой связи, – аппаратное,
производительности используемых си- промежуточное и программное обеспе-
стем и гибкости конструкций. Последние чение. Аппаратное обеспечение состоит
продукты типа COTS SDR представля- из печатной платы SDR и поддержива-
ют собой комплексные решения с инте- ющих компонентов. К промежуточному
грированными устройствами ввода–вы- (встраиваемому микропрограммному или
вода, процессорами ARM и крупными фирменному) обеспечению относятся
вентильными матрицами, программи- внутренние FPGA-коды для функций ло-
руемыми пользователем (FPGA), пред- гической и цифровой обработки сигналов.
усматривающими возможность исполь- К программному обеспечению относятся
зования СФ-блоков (интеллектуальной С-коды, управляющие FPGA и микропро-
собственности различных поставщиков) граммным обеспечением с целью реали-
и обеспечивающими доступ к цифровым зации дополнительных ЦОС-функций.
4 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019
Средства связи
АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Технология SDR призвана заменить получаемый антенной, в цифровую фор-
устаревающие аналоговые системы, со- му при помощи АЦП и использует после-
стоящие из РЧ-фильтров, аналоговых дующие операции цифровой обработки
понижающих преобразователей частоты сигнала для извлечения необходимой
(т.е. гетеродина и смесителя), полосовых информации (рис. 1б). В свою очередь,
фильтров и демодуляторов (рис. 1а). По- SDR-передатчик воспринимает переда-
добные аналоговые системы, как прави- ваемую цифровую информацию и выпол-
ло, функционально ограничены АМ- или няет необходимые для операций цифро-
ЧМ-радиоприменениями. вой обработки сигнала действия, далее
В свою очередь, технология SDR ис- информация через усилитель мощности
пользует методы цифровой обработки передается на антенну (рис. 1в).
сигнала, что позволяет реагировать на Ввиду того, что эти радиосистемы –
усложнение, ужесточение требований программно-определяемые, их возмож-
к точности и увеличение ширины полосы но программировать и перепрограм-
частот современных радиосистем. При мировать за очень короткие интервалы
использовании технологии SDR требует- времени – буквально «на лету» (т.е. за
ся преобразование данных на участке от несколько микросекунд), при этом но-
антенны и ЦОС обработки сигнала для вая прошивка может загружаться как
реализации функций приема–передачи. из внутренней, так и из внешней памяти
SDR-приемник преобразует РЧ-сигнал, (рис. 1).
Антенна
а)
Преобразователь
частоты
Усилитель
Усилитель промежуточной Демодулятор
частоты (УПЧ) Аналоговый выход
и фильтр
Гетеродин
б)
Цифровой понижающий преобразователь частоты
Преобразование
аналоговых сигналов Преобразование
промежуточной промежуточных Цифровые
Аналоговый частоты в цифровую цифровых сигналов немодулированные
Фильтр
РЧ-сигнал форму в аналоговую форму сигналы
Цифровой пропускания Цифровая
РЧ-тюнер АЦП
микшер нижних частот обработка сигнала
(ФНЧ)
Цифровой
гетеродин
в) Преобразование
промежуточных
цифровых
Цифровые Цифровые сигналов Аналоговый
немодулированные немодулированные в аналоговую промежуточ Аналоговый
Цифровая сигналы сигналы форму ный сигнал РЧ повышающий РЧ-сигнал Усилитель
Цифровой ЦАП
обработка Интерполяционный фильтр преобразователь мощности
Резонансная микшер Резонансная
сигнала
Источник: Pentek Inc.
Резонансная
частота частота
частота/шум
Цифровой повышающий
преобразователь Цифровой
гетеродин
Рисунок 1. Сопоставление «унаследованного» аналогового приемника (а) с SDR-приемником (б)
и SDR-передатчиком (в)
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 5
Средства связи Технология SDR часто реализует- страивание временных параметров си- ся на специализированных печатных стемы. Точное выравнивание по времени платах, именуемых мезонинными, т.е. также необходимо для фазокогерентных платами, вставляемыми в основную выборок АЦП, синхронизации данных плату (носитель) и располагающими- ЦОС – FPGA и передачи сигнала ЦАП. ся параллельно ей (ISA, PCI, VMEbus, Максимальная частота дискретизации CompactPCI, OpenVPX). Современное XMC АЦП составляет порядка 200 мега- поколение мезонинных плат представле- выборок в секунду, что позволяет охва- но либо коммутирующими устройствами тить 100-МГц полосу пропускания по Най- (switched-fabric mezzanine card, XMC), квисту, исключая фильтрацию. Общий либо мезонинными картами на основе метод в случае с цифровым радио заклю- программируемых пользователем вен- чается в получении информации о канале тильных матриц (FPGA mezzanine card, или промежуточной частоте. Субдискре- FMC). Как правило, XMC-карты облада- тизация позволяет АЦП с более низкой ют четырьмя 200-МГц АЦП-каналами, частотой дискретизации и более высо- а FMC – двумя 3-ГГц АЦП-каналами ким динамическим диапазоном захваты- и двумя 2,8-ГГц ЦАП-каналами. Каждая вать сигнал узкой полосы пропускания из плат оснащена прецизионной систе- с центром на более высокой частоте без мой синхронизации с многоразрядным потери информации. Для обеспечения синтезатором дробного типа для пере- правильной работы необходимо согла- менных частот дискретизации, который сование входного тракта радиосигнала сопряжен с расположенным на плате и АЦП. После аналого-цифровой выбор- термостатированным кварцевым гене- ки следующим этапом обычно является ратором (oven-controlled crystal oscillator, использование цифрового понижающего OCXO) или опорным входным сигна- преобразователя (digital down-convertor, лом. Системы синхронизации обычно DDC), который выполняет преобразова- принимают внешние сигналы от серве- ние частоты и уменьшение полосы пропу- ра протокола сетевого времени или же скания. Отмечается, что DDC часто реа- GPS-приемника, обеспечивающего вы- лизуется как СФ-прошивка в FPGA. МИКРОПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FPGA состоит из несвязанных блоков трех типов блоков: локальных генерато- логики, арифметических блоков и бло- ров с цифровым управлением, сложных ков обработки сигналов, которые проши- смесителей и цифровых фильтров для ваются для реализации определенных замены некоторых функций устаревших функций. Хотя прошивка обеспечивает аналоговых радиосистем. При настрой- экстремальную гибкость программи- ке DDC необходим сложный цифровой рования, сама разработка прошивки микшер для перевода представляющей очень сложна. Для упрощения процес- интерес частоты в базовую полосу. Пара са некоторые производители COTS мультипликаторов, управляемых непо- SDR предоставляют для обеспечения средственным цифровым синтезатором базовой работы своих плат СФ-блоки (DDS), позволяют пользователю на- FPGA, которые обычно обеспечивают страивать приемник на нужную частоту. аналоговые и цифровые функции вво- (DDS, не имеющие встроенного ЦАП, да–вывода для получения и передачи иначе называют генераторами с число- данных. При этом ЦОС СФ-блоки обе- вым управлением – numerically controlled спечивают специфические радиофунк- oscillator, NCO). Затем выборки сигна- ции, такие как DDC, фильтрация, кана- лов пропускаются через низкочастотный лизация и передача данных в систему. фильтр с конечной импульсной характе- Функции DDC требуют использования ристикой в целях уменьшения в 10 раз 6 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019
Средства связи
сигнала для конечной полосы пропуска- тивно снижает частоту дискретизации
ния канала. Два основных преимуще- и уменьшает некоррелируемый белый
ства DDC – более высокое отношение шум, а NCO обеспечивает точную циф-
сигнал–шум и возможность настройки ровую настройку на определенную не-
на узкополосную центральную частоту сущую частоту в пределах одной зоны
сигнала. Децимация сигнала эффек- Найквиста.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Хотя предоставляемые поставщиком вания функциональности платы. Одна
FPGA СФ-блоки могут соответствовать из таких функций – управление АЦП
спецификациям конкретного приложе- для сбора и передачи данных в FPGA
ния, для реализации системы в целом для дальнейшей обработки в DDC. Об-
может потребоваться управляющее ПО, работанные данные могут храниться
поддерживающее работу радио. По- в памяти или передаваться в ЦАП для
добные СФ-блоки FPGA требуют опре- преобразования обратно в аналоговый
деленных эксплуатационных параме- сигнал и его вывода на передачу. Это
тров, передающихся через системный пример ПО, разработанного с использо-
интерфейс ПО, что является функцией ванием функций и драйверов библиоте-
пакета поддержки платы (board support ки ПО BSP. Если пользователь создает
package, BSP). BSP содержат библи- какой-либо новый СФ-блок FPGA, ему
отечные функции и предварительно необходимо написать и включить в па-
скомпилированный пример кода, кото- кет BSP дополнительную управляющую
рый может использоваться для тестиро- программу.
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГИИ COTS SDR
Аппаратное обеспечение сора R5 этой же фирмы с тактовой ча-
На протяжении последних 10 лет стотой 600 МГц, восемь 4-ГГц 12-разряд-
производители FPGA наподобие Xilinx ных АЦП и восемь 6,4-ГГц 14-разрядных
улучшали свои технологии, снижая ис- ЦАП.
пользуемые топологические нормы.
Это приводило к уменьшению разме- Встроенные программы
ров, веса и потребляемой мощности Предшествующее поколение FPGA
полупроводниковых приборов. В конце программировалось с использованием
2008 г. корпорация Xilinx производи- языков описания аппаратных средств
ла свои приборы семейства Virtex-6 по (HDL) типа VeriLog или очень высоко-
40‑нм процессу, при этом в FPGA насчи- скоростных языков описания интеграль-
тывалось в среднем 2 тыс. кристаллов. ных схем (VHDL). Самые последние
В 2017 г. число ЦОС-кристаллов в FPGA СФ‑блоки AXI4, включенные в семей-
семейства Ultrascale, реализованных по ство Vivado от Xilinx, обладают виртуаль-
20-нм процессу, увеличилось почти до ными графическими блоками, которые
5,5 тыс. Последние «радиосистемы-на- представляют HDL-коды и могут объ-
кристалле» (RFSoC) этой корпорации со- единяться друг с другом для повышения
стоят из структуры FPGA, процессоров функциональности FPGA. Эти более ин-
ARM, АЦП и ЦАП – и все это размещено туитивно понятные способы программи-
на одной схеме. Следующая, 16-нм тех- рования позволяют по-новому соединять
нология Xilinx предусматривает исполь- логические блоки FPGA. Кроме того, этот
зование более 4,2 тыс. ЦОС-кристаллов, метод программирования поддерживает
четыре процессора А53 фирмы ARM быструю интеграцию поставляемых ап-
с тактовой частотой 1,5 ГГц, два процес- паратных СФ-блоков различных постав-
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 7
Средства связи
щиков с аппаратными СФ-блоками Xilinx SDR. При этом все типы СФ-блоков мо-
с целью создания функционирующего гут объединяться в общую библиотеку.
ПРИМЕНЕНИЯ 5G
Вероятно, последнее поколение тех- лит перемещать удаленные радиоточки
нологии SDR изменит правила игры: (remote radio head, RRH) ближе к конеч-
производители COTS смогут предо- ному пользователю – ведь увеличение
ставить разработчикам радиопродук- пути прохождения радиосигнала ведет
тов 5G свои многоканальные SDR- и к увеличению потерь. Собственно
приемопередатчики. На рис. 2 проил MIMO (multiple input multiple output) пред-
люстрирована разница между рас- ставляет собой метод пространственно-
пределенными зональными сетями го кодирования сигнала, позволяющий
массового доступа (D-RAN) и централи- увеличить полосу пропускания канала
зованными зональными сетями радио- благодаря тому, что передача и при-
доступа (C-RAN). По мере развития тех- ем данных осуществляются система-
нологии LTE3 традиционные D-RAN-узлы ми из нескольких антенн, разнесенных
сотовой связи были заменены более так, чтобы корреляция между соседни-
современными C-RAN-узлами сотовой ми антеннами была слабой. Приставка
связи. Это позволило повысить эффек- Massive перед сокращением MIMO озна-
тивность передачи данных и снизить чает дальнейшее развитие технологии,
расходы на обеспечение и осуществле- заключающееся в использовании намно-
ние радиосвязи. Однако архитектура го большего, чем ранее, числа антенн.
Massive MIMO на основе миллиметровых В структурную схему C-RAN вхо-
волн, предназначенная для средств и се- дят следующие модули: блок немоду-
тей 5G, требует разделения, что позво- лированной передачи (baseband unit,
а) Удаленные
радиоточки
Удаленные
радиоточки
Общий открытый
Прямая трансляция
радиоинтерфейс
Общий открытый
Прямая трансляция
радиоинтерфейс
Блок немоду
лированной
Блок немоду передачи
лированной
передачи IP-связь Ретрансляционные
станции
IP-связь Ретрансляционные
станции
Центральный
офис
Распределенная
зональная сеть
б)
Удаленные Удаленные
радиоточки радиоточки
Блок немоду Блок немоду
лированной лированной
передачи передачи
Общий открытый Прямая Общий открытый Прямая
радиоинтерфейс трансляция радиоинтерфейс трансляция
Источник: Pentek Inc.
Блок немодулиро
ванной передачи
Центральный Ретрансляционные
офис станции
Централизованная
зональная сеть
Рисунок 2. Распределенная (а) и централизованная (б) зональная (региональная) сети
8 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019Средства связи
BBU), модули RRH, блоки GPS-времени вания сложной гетерогенной (разнород-
и опорной частоты, а также модули меж- ной) сети, требующей гибкой платфор-
соединений. Последние представляют мы разработки.
собой сетевые модули, обеспечиваю-
щие одноканальное соединение между Прошивка
локальным и центральным концентра- Как только внутри FPGA-структуры
торами. Большинство этих блоков могут цифровые выборки децимизируются,
использовать COTS SDR. BBU обычно выбранная или построенная и отфиль-
располагается в центральном офисе или трованная частота отправляется в DDC.
в виртуальной сети (в «облаке») и обла- Выходные выборки DDC могут быть от-
дает доступом к нескольким оптическим правлены в модуль измерителя мощно-
линиям передачи данных для ретран- сти или отсортированы в IP-модуле по-
сляционных станций. RRH характери- рогового детектора. Эти обработанные
зуются внешним размещением – ближе выборки можно передавать в процессо-
к конечному пользователю. BBU и RRH ры ARM для снижения коэффициента ам-
в случае прямой трансляции могут ис- плитуды (пик-фактора) и осуществления
пользовать общий открытый радиоин- цифровых процедур снижения предиска-
терфейс (common public radio interface, жений перед повышающим преобразова-
CPRI, – стандарт, определяющий интер- нием в цифровом повышающем преоб-
фейс между функциональными блоками разователе (digital up-converter, DUC) для
базовой станции сотовой связи), стан- ретрансляции. DUC можно рассматри-
дарт Инициативы архитектуры откры- вать как противоположную DDC структу-
той базовой станции (open base station ру, осуществляющую вместо децимации
architecture initiative, OBSAI) или стан- смещение частоты и интерполяции.
дартные Ethernet-соединения – в зависи- Оцифрованные I/Q-данные выборки
мости от системных требований. Однако пакетируются в цифровую радиоформу
не исключено, что эти интерфейсы в бу- для перемещения в BBU через пере-
дущем будут заменены концептуально ключатель радиоданных. Из-за разно
новыми средствами обеспечения непо- образия каналов и протоколов передачи
средственной радиотрансляции, такими данных необходимо понимать макси-
как расширяемые сети радиодоступа мальную пропускную способность сигна-
(extensible radio access networks, xRAN) ла и обеспечивать достаточную пропуск-
и открытые сети радиодоступа (open ную способность сети.
radio access networks, ORAN).
Все разнообразные варианты режи- Программное обеспечение
мов радиопередачи в сочетании с уста- В зависимости от желаемого уров-
ревшими сотовыми форматами, специ ня управления для новых IP- и ARM-
фикациями Технического 5G-форума процессоров могут быть созданы
корпорации Verizon (Verizon 5G Technical BSP-процедуры. Возможен и другой ва-
Forum, 5GTF) или спецификациями 5G риант – программирование на автоном-
New Radio консорциума 3GPP4 были ную работу процессоров ARM в сочета-
сконфигурированы с целью формиро- нии с FPGA.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Цель данной статьи – познакомить ми средствами проектирования, предо-
традиционных радиоспециалистов с но- ставляемыми поставщиками COTS SDR.
вейшим аппаратным обеспечением, Еще одна цель – продемонстрировать
программно-аппаратными средствами возможность использования SDR в ка-
(встроенными программами), программ- честве платформы разработки средств
ным обеспечением и инструментальны- и систем 5G. SDR-платформы обеспечи-
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 9Средства связи
вают превосходную целостность сигна- требованиям к проектированию и разра-
ла, высокую периодичность проведения ботке 5G систем. Развитие технологий
испытаний и модульность конструкций 5G может потребовать множества этапов
(что позволяет осуществлять сборку из экспериментирования и оптимизации,
унифицированных элементов и узлов). а использование систем COTS в каче-
Все это помогает разработчикам приспо- стве отправной точки, несомненно, уско-
сабливаться к постоянно изменяющимся рит выход на рынок новой продукции.
Muro Bob. Using a COTS SDR as a 5G Development Platform. Microwave Journal, February 13, 2019: http://
www.microwavejournal.com/articles/31756-using-a-cots-sdr-as-a-5g-development-platform
Справочник предприятий радиоэлектронной промышленности
Актуальные данные по 500 предприятиям
радиоэлектронной отрасли в 55 регионах России:
■■ контакты сотрудников Департамента радио-
электронной промышленности;
■■ данные предприятий:
■■ почтовые и электронные адреса, телефо-
ны, факсы, сайты;
■■ код ОКПО, ИНН, ОКВЭД;
■■ головная организация;
■■ год основания;
■■ количество сотрудников;
■■ специализация;
■■ вид деятельности;
■■ технологический уровень;
■■ состав входящих организаций.
Формат – 148×210 мм.
Объем – 512 страниц.
Цена: 4990 р. (в том числе НДС 20%).
По вопросам приобретения справочника обращайтесь по указанным контактам:
+7 (495) 940‑65‑24, publish@instel.ru, www.instel.ru
10 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Перспективы развития
рынка медицинского
ультразвукового оборудования
Ключевые слова: визуализация, здравоохранение, инфраструктура, стартап, УЗ-приборы.
В последнее время наблюдается резкий рост рынка портативного ультразву-
кового оборудования. Это – результат перехода разработчиков и поставщиков
медицинских технологий формирования изображения (визуализации) к более
компактным и интеллектуальным решениям. Один из наиболее перспективных
рынков УЗ-оборудования, в том числе портативного, – КНР, население которой
в 2017 г. достигло 1,4 млрд человек.
МИРОВОЙ РЫНОК УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ДОЛЯ
ПОРТАТИВНЫХ СИСТЕМ И ТЕНДЕНЦИИ ИХ РАЗВИТИЯ
Мировой рынок продаж ультразвуко- УЗ-приборы становятся меньше
вого оборудования, по данным иссле- и умнее
довательской корпорации IHS Markit, Наблюдаемый в последнее вре-
в 2017 г. превысил 6,644 млрд долл. мя быстрый рост рынка ручного УЗ-
(рис. 1). При этом большая часть про- оборудования – результат перехода
даж пришлась на системы, монтируемые к более компактным и интеллектуаль-
на тележках (модели малой, средней, ным технологиям формирования (ви-
высокой стоимости и премиум-класса) – зуализации) медицинских изображе-
около 60% в стоимостном и 71% в на- ний. В период с 2016 по 2017 гг. доходы
туральном выражении. На портативные от продаж ручного УЗ-оборудования вы-
системы различной стоимости пришлось росли на 18%, в то время как прода-
29% отгрузок в натуральном и 59% в сто- жи УЗ-оборудования в целом только
имостном выражении, при этом на руч- на 7,6%. Ручные УЗ-приборы присутству-
ные (handheld) – 3% в натуральном и по- ют на рынке почти 10 лет. В настоящее
рядка 15% в стоимостном выражении. время к основным факторам роста их
Отмечается, что ручные УЗ-приборы продаж можно отнести портативность,
демонстрируют наибольшие темпы ро- доступность (по наличию в продаже
ста и продаж, и отгрузок. Предполагает- и по цене), а также преодоление ранее
ся, что в 2022 г. рынок УЗ-оборудования присущих этим изделиям недостатков,
составит 7,9 млрд а в 2023 г. – 8,4 млрд таких как недостаточное качество изо-
долл. [1]. бражения, отсутствие технологической
12 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019Медицинская электроника
. 9 8
8 7
,%
7
6
,
6
5
5
4
4
-
3
3
2
Источник: IHS Markit
2
1 1
0 0
2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Рисунок 1. Динамика мирового рынка УЗ оборудования за период 2016–2022 гг.
инфраструктуры, средств и курсов обу- нием практики формирования медицин-
чения и т. д. (рис. 2). ских изображений при оказании первой
помощи. В здравоохранении в целом
Расширение доступности в настоящее время наблюдается об-
Рост рынка ручных УЗ-приборов щая тенденция перехода от оказания
во многом обусловлен увеличением медицинской помощи главным образом
числа пунктов непосредственного ока- в больничных условиях к реализации
зания медицинской помощи и расшире- медицинских услуг «ближе к пациенту».
Анализ «по месту Доступ
лечения»*
Искусственный
Доступность по цене
интеллект
Качество изображения Инфраструктура
Телемедицина** Кристалл ИС
Источник: IHS Markit
Рисунок 2. Тенденции, способствующие развитию портативных УЗ-приборов
* Исследование по месту лечения (point-of-care) – в РФ – ГОСТ Р ИСО 22870–2009.
** Телемедицина (telemedicine) – дистанционное оказание практической медицинской помощи с использованием ком-
пьютерных сетей и средств видеоконференцсвязи.
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 13Медицинская электроника
МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА
превентивность, партисипативность и персона-
лизация, что подразумевает в том числе акцент
на профилактическую составляющую заботы
о здоровье населения, а также значительно бо-
лее активное участие непосредственно самих
граждан. Также приветствуется мотивация на-
селения на отказ от вредных привычек, на ве-
дение активного образа жизни и на вовлечение
в процесс лечения или реабилитации.
Всеобщая цифровизация и миниатюриза-
ция медицинского оборудования выступают
так называемыми дисрапторами (disrupt – под-
рывать) системы здравоохранения, создавая
запрос граждан на принципиально новые типы
медицинских услуг: стационар на дому, реаби-
литация на дому, дистанционный мониторинг
на дому непосредственно под контролем ме-
дицинского специалиста, что существенно эф-
фективнее как для системы здравоохранения,
так и для отдельного гражданина. В резуль-
тате создаются принципиально новые моде-
Увеличение продолжительности жизни ли оказания медицинских услуг, в том числе
и, как следствие, доли пожилого населения, с использованием государственно-частного
в том числе и в России, приводит к тому, что партнерства, когда человек не просто покупает
более 70% затрат системы здравоохранения некоторое устройство, а получает комплекс-
глобально или локально приходится на под- ную качественную услугу не выходя из дома.
держку здоровья граждан с хроническими В составе услуги может быть, например, очень
заболеваниями. При этом основной статьей сложное и дорогое компактное ультразвуко-
расходов бюджета здравоохранения страны вое устройство, арендуемое «по подписке»,
является именно оказание услуг в стационарах. определенное количество дистанционных
Прямые и косвенные потери экономики из-за консультаций и очных визитов врача или дру-
временной нетрудоспособности и преждевре- гих медицинских специалистов. Причем вся
менной смертности огромны и составляют про- информация агрегируется в ИЭМК и всегда
центы от ВВП. Поэтому задача увеличения про- доступна для анализа всеми участниками про-
должительности «здоровой жизни» актуальна цесса лечения, а также для получения при не-
как никогда. Во всем мире, и Россия не исклю- обходимости «второго и третьего мнений».
чение, здравоохранение развивается по так на-
зываемым принципам 4 «П»: предиктивность, Александр Антипов, независимый эксперт
Данная тенденция проявляется и в сфе- со временем некоторые типы ручных УЗ-
ре использования УЗ-оборудования. УЗ- приборов вполне могут стать домашни-
системы все шире используются в ам- ми. Повышение портативности ручных
булаторных центрах, кабинетах врачей УЗ-приборов и снижение цен на них де-
и в клиниках. Существует мнение, что лают это мнение вполне обоснованным.
14 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019Медицинская электроника
Ручные системы расширяют доступ па- для улучшения качества изображения
циентов к УЗ-технологиям, особенно за счет предоставления персонализи-
на недостаточно охваченных медицин- рованных параметров и руководящих
скими услугами рынках, где ресурсы инструкций для каждого сканирования.
здравоохранения ограничены. Обслужи- Кроме того, многие ручные системы
вание групп населения, присутствующих оснащены возможностями телемеди-
на подобных рынках, всегда было при- цины, что позволяет техническим спе-
оритетом для поставщиков медицинских циалистам осуществлять сканирование
услуг. Ранее УЗ-системы были достаточ- под дистанционным контролем врачей-
но громоздкими и дорогими, но ситуация рентгенологов посредством видеочатов.
начала меняться по мере появления мо- Затем технические специалисты могут
бильных систем. отсылать полученные изображения для
интерпретации опытным профильным
Технологическое совершенствова- врачам. Телемедицина снижает потреб-
ние как фактор роста ность в высококвалифицированных
Развитие рынка ручного УЗ- врачах-рентгенологах, что позволяет
оборудования достаточно долго сдержи- решить проблему нехватки персонала
валось плохим качеством изображения и неравномерного распределения ресур-
портативных приборов, проблемами тех- сов. Ручные портативные УЗ-системы
нологической инфраструктуры, отсут- не так технически совершенны, как
ствием достаточного числа обученных сложное УЗ-оборудование, монтируе-
специалистов. Новые ручные системы мое на тележках (или в передвижные
проектируются с учетом встраиваемых стойки), или компактные системы клас-
технологий, охватывающих кристаллы са «премиум», но они успешно исполь-
полупроводниковых ИС и программное зуются в быстро развивающейся сфере
обеспечение на основе искусственно- диагностики по месту лечения – благо-
го интеллекта, значительно улучшаю- даря последним технологическим дости-
щих качество изображения. Кроме того, жениям.
степень развития вспомогательной ин-
фраструктуры (беспроводные сети, воз- Стартапы и развитие рынка
можности подключаемости, ПО) с техно- По итогам 2017 г. почти 80% до-
логической точки зрения догнала степень ходов от продаж ручных портативных
развития собственно ручных УЗ-систем, УЗ-систем пришлось на четыре фир-
что позволяет полнее раскрыть их воз- мы – GE Healthcare, Philips Healthcare,
можности. Siemens Healthineers и Fujifilm Sonosite
Технологические достижения позво- (рис. 3). С первого взгляда подобная
ляют более эффективно использовать картина свидетельствует о стабильно-
данные системы при меньшем объеме сти рынка, однако это не совсем так.
обучения. Например, некоторые руч- В последние годы рынок ручных порта-
ные портативные системы формируют тивных УЗ-приборов стал ареной оже-
изображения на одной глубине, что по- сточенного противоборства между из-
зволяет выполнять манипуляции после вестными крупными производителями,
сканирования, устраняя необходимость специализирующимися на системах
в ручной настройке его глубины. Не- визуализации, и амбициозными высо-
которые программы с использованием котехнологичными стартапами. В пери-
искусственного интеллекта автомати- од с 2006 по 2017 гг. на данный рынок
чески регулируют настройки портатив- вышло около полутора десятков старта-
ных систем и обеспечивают обратную пов, сумевших захватить примерно 15%
связь в реальном масштабе времени. объемов продаж. Развитые сбытовые
Подобные программы предназначены сети и устоявшаяся репутация крупных
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 15Медицинская электроника
– 996,6 .
GE Healthcare
31,6% - :
Alpinion*
Biim Ultrasound*
5,1% Butterfly Network*
Clarius*
Analogic EchoNous*
Philips Healthcare
5,6% Healcerion*
17,7%
Hologic*
Mobisante*
Источник: IHS Markit
Fujifilm Sonosite Terason*
13,5% Rivanna Medical*
Siemens Sonoscanner*
Healthineers
14,9% 11
11,6%
Рисунок 3. Структура рынка производителей ручного УЗ-оборудования в 2017 г. по основным про-
изводителям
* Размер сегментов перечисленных фирм не соответствует их реальной доле.
изготовителей сталкиваются с вызова- тоскопа», «использование повседневно
ми инновационных технологий и низких и в каждом доме». Отраслевые спе-
цен, предлагаемых стартапами. циалисты пока не пришли к единому
Среди стартапов наибольшее чис- мнению относительно реальных целей
ло новостей генерирует фирма Butterfly стартапов – создаются ли они ради по-
Network, выпустившая в 2017 г. при- следующего получения крупных сумм
бор Butterfly iQ. Этот сканер всего тела за счет приобретения или поглощения
на основе кремниевой ИС может ис- более крупными игроками, для лицен-
пользоваться в различных клинических зирования создаваемых ими технологий
применениях. Его цена, как и цена боль- или преобразования в самостоятель-
шинства приборов высокотехнологич- ных рыночных игроков с последующим
ных стартапов, существенно ниже цен укрупнением и расширением деятель-
на продукцию крупных поставщиков, ности. Каждый из этих вариантов вполне
большая часть которых находится в сто- вероятен.
имостном диапазоне от 8 тыс. до 12 тыс.
долл. Деятельность стартапа Hologic
Осуществляемая стартапами поли- В 2018 г. фирма Hologic, один из ве-
тика сбивания цен пошатнула позиции дущих поставщиков средств форми-
гигантов средств медицинской визуа- рования изображений, применяемых
лизации. Однако пока не ясно, являет- в сфере охраны здоровья женщин,
ся ли данная стратегия жизнеспособной сформировала партнерские отношения
и долгосрочной. Тем не менее в кратко- с другим стартапом – производителем
срочной перспективе указанный подход ручных УЗ-приборов фирмой Clarius,
оказался плодотворным с точки зрения осуществила ребрендинг5 ее продук-
рекламы и повышения инвестиционной ции семейства Clarius L7 и стала про-
ценности стартапов. Заявления о целях давать ее под товарным знаком Viera.
стартапов весьма амбициозны и вклю- Это позволило Hologic заполнить про-
чают в себя такие пункты, относящиеся бел в ассортименте своей продукции.
к ручным УЗ-приборам, как «демократи- Для Clarius партнерство также оказа-
зация здравоохранения», «замена сте- лось выгодным, так как позволяет рас-
16 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019Медицинская электроника
ширить доступ к рынку и увеличить Дополнительные партнерские отно-
доходы. Взаимовыгодные сделки по- шения и покупка других фирм кажутся
добного типа широко распространены неизбежными, однако есть ли у старта-
и на других высокотехнологичных рын- пов – производителей ручного портатив-
ках. Сделки выкупа (лицензированного ного УЗ-оборудования генеральные пла-
ПО у лицензиара, закупка всей партии ны подобного развития и необходимые
товара, приобретение контрольного па- для этого прорывные технологии, еще
кета акций и т. д.) и лицензионные со- предстоит выяснить. Как бы то ни было,
глашения – реальные способы развития ужесточающаяся конкуренция и активи-
высокотехнологичных стартапов. Тем зация инновационного процесса в об-
не менее развитие «с нуля» до уровня, ласти ручных портативных приборов
позволяющего бросить вызов крупным несомненно приведут к изменениям
корпорациям, таким как Apple, Amazon, в расстановке сил на рынке, исчезнове-
Microsoft и т. д., – серьезная и трудная нию некоторых фирм, появлению новых
задача. игроков [2].
РЕФОРМА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И РЫНОК
УЗ-ОБОРУДОВАНИЯ В КНР
Рынок УЗ-оборудования в КНР раз- ция программы «Здоровый Китай‑2020»,
вивается быстрыми темпами. В рамках которая способствовала увеличению
XIII пятилетнего плана предполагает- продолжительности жизни населения,
ся значительно увеличить уровень на- снижению уровня как материнской, так
сыщенности медицинских учреждений и младенческой смертности. С 2016 г.
страны современным оборудованием реализуется новая программа – «Здо-
и, в частности, УЗ-приборами. В 2017 г. ровый Китай‑2030», в которой здоровье
на США, КНР и Японию приходилось нации названо необходимым условием
более 56,6% (рис. 4) мировых продаж экономического и социального развития
УЗ-оборудования, в 2023 г. (по прогно- страны.
зам фирмы IHS Markit) их совокупная Политика КНР в области здраво
доля по-прежнему будет превышать уро- охранения и реформа этой сферы при-
вень в 50%. Продажи УЗ-оборудования вели к буму на китайском рынке УЗ-
в КНР за 2017 г. составили 1,46 млрд оборудования, второго по величине
долл., при этом большая их часть прихо- в мире (после США). В период с 2009 г.
дилась на стационарное оборудование по 2013 г. данный рынок ежегодно уве-
и системы, монтируемые на тележках. личивался на 10%. При этом китайские
Продажи ручного портативного обору- производители быстро наращивали свое
дования как доля в общих продажах УЗ- присутствие на местном и мировом рын-
оборудования в КНР пока меньше, чем ках. Большое внимание уделялось при-
в развитых странах. Однако, как ожида- обретению лицензий на перспективные
ется, в ближайшем будущем ситуация технологии и собственным разработкам.
изменится [3]. Зарубежные обозреватели по-прежнему
К концу 2017 г. численность населе- обвиняют КНР в нарушении прав интел-
ния КНР составила около 1,4 млрд че- лектуальной собственности.
ловек – это самый большой показатель Начиная с 2014 г. в инвестиционной
в мире. Наличие такого огромного насе- политике в области здравоохранения
ления создает существенные проблемы произошел ряд изменений. В частности,
в области здравоохранения, и для их ре- особый упор стал делаться на развитие
шения была проведена масштабная ре- здравоохранения в сельских, удаленных
форма. В 2009 г. была начата реализа- и труднодоступных районах. В январе
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 17Медицинская электроника
– 1,46 .
25%
34%
Источник: IHS Markit
21,8%
3,8%
Франция
5,8%
9,6%
Германия
Рисунок 4. Географическая структура рынка УЗ-оборудования в 2017 г.
2015 г. Пекин объявил о начале реа- ческого развития в последние годы осу-
лизации государственной инициативы ществляется перераспределение средств
по поддержке китайских производите- в пользу местных (районных) больниц
лей УЗ-оборудования. С одной стороны, 1-го и 2-го уровней (рис. 5).
это способствовало расширению рынка, В период с 2015 г. по 2017 г. в рамках
а с другой – создало проблемы для мно- реализации программы «Здоровый Ки-
гонациональных производителей УЗ- тай‑2030» была существенно расширена
оборудования. сеть местных медицинских учреждений
и повышена степень их оснащенности
Система стационарных лечебных УЗ-оборудованием. Самое главное –
учреждений КНР предпочтение отдавалось закупкам обо-
Развитие рынка УЗ-обследований рудования, изготовленного местными
в КНР долгое время определялось за- фирмами (как по лицензиям, так и соб-
купками монтируемых на тележках си- ственной разработки, что считается бо-
стем. Подобные системы (стоимостью лее предпочтительным).
более 120 тыс. долл.) предназначают- В соответствии с программой «Здо-
ся для городских больниц 3-го уровня ровый Китай‑2030» УЗ-инструментарий
(рассчитаны на 500 и более койко-мест призван обеспечить раннюю диагности-
с оказанием полного цикла медицинских ку злокачественных и иных новообразо-
услуг). Для больниц 2-го и 1-го уровней ваний в теле человека, причем не только
(на 300 и 100 койко-мест, соответствен- в стационарных, но и в амбулаторных
но) приобретаются тележечные системы (и даже домашних) условиях.
стоимостью от 30 тыс. до 60 тыс. долл., Специалисты отмечают, что УЗ-
закупки которых в период 2017–2022 гг. оборудование может гибко использо-
будут расти со среднегодовыми темпами ваться в различных вариантах клиниче-
около 6,4%. ских обследований. Более того, оно, как
С учетом быстрого роста городского правило, более портативно и менее доро-
населения в КНР и доступности город- гостояще по сравнению с другими меди-
ских учреждений здравоохранения сло- цинскими методиками. УЗ-оборудование
жился дисбаланс в области медицинских показало свою пригодность (особенно
услуг. В рамках реализации государ- в сочетании с другими методами) в та-
ственных программ социально-экономи- ких областях, как кардиология, акушер-
18 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019Медицинская электроника
% 7
6
5
4
3
2
Источник: IHS Markit
1
0
( )
3- 2- 1-
Рисунок 5. Рост числа медицинских учреждений в КНР за 2016–2017 г.,%
ство и гинекология, гастроэнтерология, уровня приходится около 45% продаж
урология и т. п. Также УЗ-диагностика УЗ-систем специального назначения.
перспективна в области оказания пер- В то же время в ближайшие пять лет
вичной (скорой) помощи. Все это при- темпы роста продаж УЗ-приборов для
водит к расширению использования УЗ- больниц 3-го уровня замедлятся – из-за
приборов в клиниках 2-го и 1-го уровней процессов модернизации, в рамках ко-
и в медицинских учреждениях меньшего торых новые системы будут массово за-
масштаба, а также к повышению каче- менять старые узкоспециализированные
ства оказания медико-санитарных ус- средства. В течение ближайшего време-
луг на низовом уровне. Соответственно, ни наибольший объем закупок нового
темпы роста числа создаваемых учреж- УЗ-оборудования придется на клиники
дений 2-го и 1-го уровней в ближайшие 2-го уровня (в том числе для реализа-
годы будут максимальными (рис. 5). ции программ медицинских исследова-
К настоящему времени на клиники 3-го ний) [4].
1. The Global Ultrasound Equipment Market in 2018. IHS Markit, 2018: https://cdn.ihs.com/www/pdf/IHS%20
Markit%20-%20The%20Global%20Ultrasound%20Market.pdf 2. Davidson Adam. Handheld Systems Are the
Future of Ultrasound, but Are the Startups? IHS Markit, February 8, 2019: https://technology.ihs.com/611016/
handheld-systems-are-the-future-of-ultrasound, – but-are-the-startups?utm_campaign=PC11454_JA_NL_Med_
GLOBAL_TMT_Feb&utm_medium=email&utm_source=Eloqua 3. Chinese and U. S. Ultrasound Equipment
Sales Propelled the Global Market Forward in 2017. May 25, 2018: https://technology.ihs.com/603310/chinese-
and-us-ultrasound-equipment-sales-propelled-the-global-market-forward-in‑2017 4. Lewis Holley. China’s Ultra-
sound Market: Huge Growth Potential in Undeveloped Areas. IHS Markit, November 14, 2018: https://ihsmarkit.
com/research-analysis/chinas-ultrasound-market-huge-growth-potential-undeveloped-areas.html?utm_cam-
paign=PC11454_JA_NL_Med_GLOBAL_TMT_Feb&utm_medium=email&utm_source=Eloqua
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 19Медицинская электроника
Диагностика нейродегенеративных
заболеваний с помощью
искусственного интеллекта
Ключевые слова: искусственный интеллект, машинное обучение, глубокое обучение, сверточные
нейронные сети, медицинская электроника.
В Школе медицины Икана Медицинского центра в Маунт-Синай (г. Нью-Йорк,
США) была разработана Precise Informatics Platform – платформа точной инфор-
матики, использующая методы искусственного интеллекта для диагностики це-
лого ряда нейродегенеративных заболеваний.
Диагностика нейродегенеративных страдающих различными нейродегене-
заболеваний – непростая задача. Суще- ративными заболеваниями, в Школе ме-
ствующие подходы к ее решению отли- дицины Икана была создана сверточная
чаются высокой трудоемкостью, являют- нейронная сеть, которая продемонстри-
ся сложновоспроизводимыми и требуют ровала высокую точность в ходе иденти-
от специалистов высокой квалификации. фикации нейрофибриллярных клубков.
Платформа, разработанная в Школе Precise Informatics Platform – первая
медицины Икана Медицинского центра разработка для проведения исследова-
в Маунт-Синай, использует средства ний в невропатологии, использующая
машинного и глубокого обучения для алгоритмы глубокого обучения для изу
повышения точности и эффективности чения крупного массива визуальных дан-
диагностики болезни Альцгеймера, хро- ных. Многопользовательская платформа
нической травматической энцефалопа- способна осуществлять управление дан-
тии, возрастных нарушений мозговой ными, проводить визуальные исследова-
деятельности. Характерный признак ука- ния, выделять объекты, оценивать эф-
занных заболеваний – формирование фективность применяемых алгоритмов
нейрофибриллярных клубков в мозге пу- глубокого обучения.
тем накопления аномальных тау-белков. При создании платформы были ис-
Школа медицины Икана – крупней- пользованы передовые компьютерные
шее научно-исследовательское учреж- и математические методы. Совместное
дение в США, изучающее нейродегене- применение технологий искусственного
ративные заболевания. Ежегодно здесь интеллекта, компьютерного зрения и ми-
осуществляется сбор более 80 млн ре- кроскопии позволило улучшить класси-
зультатов обследования пациентов. фикацию ряда заболеваний.
В результате формируется широкий В дальнейшем платформа будет ис-
набор данных, позволяющий улучшить пользоваться для разработки целевых
процессы диагностики и лечения. биомаркеров и терапевтических средств,
На основе собранных цифровых ми- способных повысить точность диагно-
кроскопических слайдов, на которых стики и качество лечения сложных забо-
изображены образцы тканей пациентов, леваний головного мозга.
Neurodegenerative Diseases Identified Using Artificial Intelligence. Science Daily, March 4, 2019: https://
www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190304134210.htm
20 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследования в области
нанографена
Ключевые слова: квазидвумерные материалы, оксиды металлов, подложки, полупроводники,
углерод.
Графен давно считается одним из самых перспективных материалов для
дальнейшего развития микро- и наноэлектроники. Одно из основных направле-
ний исследований в данной области – формирование нанографена на неметал-
лических подложках. В то же время исследователи не прекращают поиск более
совершенных материалов. Здесь интерес вызывают гибридные материалы, со-
четающие органические и неорганические прекурсоры, а также квазидвумерные
материалы с пластичными и компактными молекулярными структурами.
Наноструктуры на основе углерода гибким и устойчивым к разрыву матери-
крайне перспективны для использова- алом, пригоден для использования в об-
ния в наноэлектронике. Однако полная ласти наноэлектроники. Кроме того,
реализация потенциала данного мате- в зависимости от размера и формы
риала требует использования неметал- создаваемой структуры графен может
лических подложек, что до последнего демонстрировать как проводимость,
времени было проблематично. Недавно так и полупроводимость, что является
исследователи Университета Эрлан- желательной характеристикой нано-
гена – Нюрнберга им. Фридриха-Алек- транзисторов. Соответственно, многи-
сандра (федеральная земля Бавария, ми исследователями графен рассма-
Германия) открыли метод формирова- тривается как возможная замена меди
ния слоев нанографена на поверхности и кремния в следующих поколениях на-
металлических оксидов. Графен, будучи нопроцессоров.
НАНОГРАФЕН НА ОКСИДАХ МЕТАЛЛОВ
Для того чтобы на основе наногра- Соответственно, для создания на-
фена создать электронные схемы, его нографенов на оксидах металлов при-
молекулы необходимо собрать или син- дется проводить реакционный процесс
тезировать непосредственно на изолиру- при достаточно высоких температурах,
ющей или полупроводящей поверхности. что обычно может приводить к побоч-
Лучшие материалы для этих целей – ок- ным (вторичным) реакциям. Данное об-
сиды металлов. Однако прямой (непо- стоятельство долго было препятствием
средственный) синтез нанографенов на пути синтеза наноматериалов на не-
на оксидных поверхностях невозможен, металлических поверхностях. Одна-
так как оксиды обладают низкой реакци- ко подобные трудности, по сравнению
онной способностью. с выгодами от применения графена, мо-
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 21Перспективные материалы
гут расцениваться как относительно не- Соответственно, предлагаемый иннова-
существенные. Графен, как двумерная, ционный подход обеспечивает возмож-
гибкая и разрывоустойчивая структу- ность создания работающих наноэлек-
ра, обладает уникальными свойствами, тронных схем и перехода современной
делающими его привлекательным для микроэлектроники в наноэлектронный
применения в наноэлектронике. В за- масштаб [1].
висимости от размера и формы нано- Работы в области синтезирования
графен может обладать свойствами как углеродных наноструктур тесно связаны
проводника, так и полупроводника, т. е. с вопросами создания гибридных мате-
теми свойствами, которые необходимы риалов и соединений. В последнее вре-
нанотранзисторам. Таким образом, на- мя все большее внимание специалистов
нографен в следующих перспективных в области полупроводникового матери-
поколениях нанопроцессоров вполне аловедения привлекают как гибридные
сможет заменить медь (в качестве про- материалы (сочетающие в себе свой-
водника) и кремний (в качестве полу- ства органических и неорганических
проводника). материалов), так и квазидвумерные
Предложенный исследователями Уни- материалы, обладающие высококом-
верситета Эрлангена – Нюрнберга метод пактными молекулярными структурами.
предполагает использование углеродно- Получение подлинно двумерных мате-
фторной связи, одной из самых устой- риалов зачастую связано с большими
чивых связей углеродного типа. Данная сложностями технического характера
связь может использоваться в качестве (и, соответственно, с бóльшими издерж-
механизма запуска различных много- ками), в связи с чем и существует зна-
уровневых процессов. Желательные кон- чительный спрос на квазидвумерные
фигурации нанографенов формируются материалы. Один из таких материалов –
по принципу домино методом циклодеги- сочетание монослоя дисульфида молиб-
дрофторирования на поверхности окси- дена (MoS2) и азобензола (подложка)
да титана. Благодаря сформированному (C12H10N2).
подходу все недостающие углеродно- Исследования, проводившиеся в дан-
углеродные связи образуются поочеред- ной области различными специалиста-
но по типу замкнутой молнии. Именно это ми, позволили сделать вывод: измене-
и позволило исследователям создать на- ние интенсивности освещения молекулы
нографен на полупроводнике – в данном азобензола делает возможным ее изо-
случае на оксиде титана. Открытый не- меризацию, перехода от стабильной
мецкими исследователями подход также транспространственной конфигурации
позволяет определять форму нанографе- к метастабильной форме. Это, в свою
на за счет изменения месторасположения очередь, приводит к изменениям в со-
молекул-предшественниц формируемого стоянии электронного облака дисульфи-
соединения. Новые углеродно-углерод- да молибдена.
ные связи в конце концов формируются Выводы были сделаны на основе мо-
там, где исследователи предварительно дели, теоретически моделирующей соб-
размещали атомы фтора. ственно процесс, а также расчетов на ос-
Значимость исследований специали- новании теории функционала плотности
стов Университета Эрлангена – Нюрн- (квантово-механический метод, исполь-
берга заключается в том, что впервые зуемый для изучения динамики систем
продемонстрирована возможность пря- различных тел). Помимо этого были смо-
мого синтеза углеродных наноструктур делированы кинетические параметры
на технически значимых поверхностях монослоя дисульфида молибдена при
(т. е. технологичных, пригодных для ис- возможных изменениях состояния азо-
пользования в массовом производстве). бензольной подложки.
22 Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019Перспективные материалы
В рамках исследования было выявле- феном с таких позиций, как электропро-
но, что квазидвумерная структура дисуль- водность и оптическая универсальность
фида молибдена делает его таким же при- (MoS2 может излучать в диапазоне длин
влекательным материалом, как графен, волн от ИК- до видимой области спектра).
с точки зрения сокращения занимаемого Полученная исследователями гибрид-
пространства изготавливаемого на ее ная структура молибден-дисульфид-азо-
базе прибора, а также повышения уровня бензол считается очень перспективным
пластичности. Квазидвумерность струк- материалом, но для полного выявления
туры делает дисульфид молибдена более ее свойств требуются дальнейшие ис-
привлекательным по сравнению с гра- следования [2].
1. Zips on the Nanoscale. Solid State Technology. The Pulse, February 28, 2019: https://electroiq.
com/2019/02/zips-on-the-nanoscale/ 2. Hybrid Material May Outperform Graphene in Several Applications.
Solid State Technology. The Pulse, March 1, 2019: https://electroiq.com/2019/02/hybrid-material-may-outper-
form-graphene-in-several-applications/
ПУБЛИКАЦИИ В НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ «ВОПРОСЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
И «РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
Преференции для авторов Этапы редакционного процесса
■■ Бесплатная публикация статей. Рецензирование, редактирование, корректура,
■■ Качественное двустороннее анонимное ре- верстка, согласование с авторами, публикация.
цензирование. На всех этапах редакция взаимодействует с ав-
■■ Сжатые сроки публикации. торами.
■■ Серьезная редактура.
■■ Высокий уровень перевода. Индексирование опубликованных статей
■■ Индекс DOI каждой статье. РИНЦ, EBSCO, Google Scholar, РГБ, ВИНИТИ.
■■ Помощь в продвижении научной публика-
ции.
Подача рукописи
Рукопись статьи, оформленную в соответствии
с правилами представления статей (размеще-
ны на сайтах www.radioprom.org, vre.instel.ru;
могут быть высланы по запросу), а также акт
экспертизы присылают по e-mail: publish@
instel.ru или с помощью электронной формы
на сайте www.radioprom.org.
Зарубежная электронная техника, вып. 7 (6681) от 04.04.2019 23Вы также можете почитать
