Processeurs pour la nouvelle génération de dispositifs médicaux

Les dispositifs médicaux — des systèmes d'échographie et implantables aux glucomètres domestiques et trackers de fitness — reposent sur des microprocesseurs (MPU) et microcontrôleurs (MCU) qui excellent en vitesse d'exécution, fiabilité, sécurité, efficacité énergétique et connectivité. Nombre de ces gains de performance se traduisent sur un large spectre d'applications.

Demande croissante pour puces ultra-basse consommation et sécurisées

Le vieillissement de la population et la prise de conscience accrue de la santé accélèrent l'adoption de l'électronique médicale portable et connectée. Cette poussée force les concepteurs de puces à intégrer la cybersécurité au niveau silicium. L'ultra-basse consommation est critique pour la détection temps-réel (température, accélération, vitesse) et pour les appareils qui doivent fonctionner sur une seule batterie pendant des années.

Un rapport de MarketsandMarkets souligne le besoin de microcontrôleurs combinant basse consommation et périphériques analogiques intégrés. De telles puces offrent une fiabilité plus élevée, un bruit réduit, une latence moindre et des économies de coûts — avantages clés pour glucomètres, moniteurs de fréquence cardiaque et dispositifs implantables.

Renesas Synergy S1JA : solution basse consommation, haute performance

La série Synergy S1 MCU illustre cette tendance. Le groupe S1JA offre un cœur Arm Cortex-M23 à 48 MHz, des blocs analogiques programmables et des fonctions de sécurité robustes, simplifiant la conception et réduisant la nomenclature (BOM). Ces MCU s'adaptent aux applications IIoT et de surveillance médicale sensibles au coût et à la basse consommation — incluant débitmètres, systèmes multi-capteurs et compteurs d'électricité monophasés.

• Flash : 256 Ko
• SRAM : 32 Ko
• Tension de fonctionnement : 1,6 V – 5,5 V
• Unité de polarisation de capteur intégrée et tissu analogique configurable

La suite analogique sur puce inclut un ADC 16 bits, un ADC sigma-delta 24 bits, un DAC 12 bits, amplificateurs opérationnels rail-à-rail à faible décalage et comparateurs haute vitesse. Les concepteurs peuvent remplacer plusieurs composants analogiques externes par ces blocs internes.

Les MCU S1JA de Renesas permettent des configurations analogiques avancées, des fonctions de base aux blocs analogiques plus complexes. (Image : Renesas Electronics)

Les MCU S1JA atteignent une consommation ultra-faible : un mode veille à 500 nA supporte une durée de vie de batterie de 20 ans pour des appareils passant la plupart de leur temps en sommeil.

La sécurité est intégrée avec un accélérateur de cryptographie AES, un générateur de nombres aléatoires véritable (TRNG) et des unités de protection mémoire — blocs fondamentaux pour une connectivité cloud sécurisée.

Le Renesas Synergy Software Package (SSP) fournit des pilotes HAL, cadres d'application et support RTOS. Il offre également six modules qui rationalisent l'interconnexion des blocs analogiques internes. Les concepteurs peuvent utiliser e² Studio ou IAR Embedded Workbench pour adapter leurs solutions.

Conceptions de référence pour moniteurs de santé portables

La solution de référence de Renesas démontre la polyvalence du S1JA. Elle alimente une réponse cutanée galvanique (GSR) portable et un mètre de composition corporelle (BCM) portable. Le GSR mesure la conductance DC, tandis que le BCM capture l'impédance AC haute précision — les deux nécessitant une résolution ADC précise, un échantillonnage rapide et une compensation de température cutanée.

Composants clés : MCU Renesas S1JA, MCU Bluetooth-LE RL78/G1D (4,3 mA émission, 3,5 mA réception), et chargeur Li-ion ISL9203A (fonctionne depuis 2,4 V).

Samsung Exynos i T100 : wearables multi-protocoles, sécurisés

Le Exynos i T100 de Samsung intègre un Arm Cortex-M4F (jusqu'à 100 MHz) avec 1,2 Mo flash, 192 Ko SRAM et 24 Ko RAM. Il prend en charge Bluetooth 5 LE, Zigbee 3.0 et Thread, et peut exécuter deux protocoles simultanément. Le sous-système de sécurité dédié (SSS) et la fonction physique non clonable (PUF) offrent une forte protection contre le piratage.

Température de fonctionnement : –40 °C – 125 °C. Samsung propose une carte de référence avec interface Shields compatible Arduino, plus support OS et API pour un développement d'application rapide.

STM32MP1 de STMicroelectronics : Linux sur puce basse consommation

Le STM32MP1 processeur multi-cœur marie un Arm Cortex-A7 avec un Cortex-M4, offrant une performance niveau Linux tout en préservant les capacités temps-réel. Les économies d'énergie sont significatives : l'exécution inactive du Cortex-A7 peut être arrêtée, laissant le Cortex-M4 gérer la plupart des tâches et réduire la consommation d'environ 25 %. Le mode veille réduit encore la consommation jusqu'à 2,5 mille fois.

La puce inclut un GPU 3D pour IHM, prend en charge DDR SDRAM et flash externes, et offre un large ensemble de périphériques allocables à l'un ou l'autre cœur. Des cartes d'évaluation (STM32MP157A-EV1, STM32MP157C-EV1) et kits de découverte (STM32MP157A-DK1, STM32MP157C-DK2) sont disponibles, ainsi que trois packages développeurs (Starter, Developer, Distribution) pour s'adapter aux divers besoins de projet.

Le STM32MP1 de STMicroelectronics offre performance, ressources et logiciels open-source améliorés. (Image : STMicroelectronics)

Big Data et imagerie médicale

La gestion de données à grande échelle est un défi critique à travers l'imagerie médicale, les dispositifs connectés et l'automatisation. De plus grands volumes de données exigent une sécurité plus forte, une interopérabilité plus élevée, un traitement plus rapide et une communication cohérente.

Solutions BAW de Texas Instruments

La technologie à ondes acoustiques de volume (BAW) de TI alimente le MCU sans fil SimpleLink CC2652RB et l'horloge de synchronisation réseau LMK05318 — dispositifs conçus pour équipements médicaux à haut débit. Les résonateurs BAW offrent une haute fréquence dans un format compact, une résilience mécanique améliorée et un chronométrage précis pour signaux filaires et sans fil.

Le CC2652RB est le premier MCU sans cristal, intégrant un résonateur BAW et un CPU Arm Cortex-M4F à 48 MHz. Il offre une durée de vie de batterie exceptionnelle (courant de sommeil sub-µA, jusqu'à 80 Ko RAM protégé par parité) et prend en charge Zigbee, Thread, Bluetooth LE et protocoles propriétaires 2,4 GHz. Le dispositif fonctionne de –40 °C à 85 °C et est disponible sur un kit de développement TI LaunchPad.

Processeurs Xeon Scalable d'Intel dans l'imagerie pilotée par IA

L'intelligence artificielle transforme rapidement l'imagerie médicale, pourtant de nombreuses solutions reposent encore sur des GPU pour l'apprentissage profond. Les processeurs Xeon Scalable d'Intel gèrent maintenant des charges de travail complexes et mémoire-intensives généralement réservées aux GPU.

En collaboration avec Philips, Intel a démontré que les serveurs Xeon Scalable peuvent effectuer de l'inférence deep-learning sur radiographies et scans CT sans accélérateurs dédiés. En utilisant la distribution Intel d'OpenVINO et des optimisations logicielles, Philips a atteint une accélération de 188× pour la prédiction d'âge osseux sur radiographies et 37× pour la segmentation pulmonaire sur scans CT.

Ces résultats confirment que les CPU haute performance peuvent répondre aux charges de travail IA exigeantes en santé, réduisant potentiellement la complexité matérielle et le coût.