Как сейчас чипируют живых людей

Неочевидные причины

Одним из главных факторов роста дефицита полупроводников называют пандемию коронавируса. Она спровоцировала лавинообразный спрос на ноутбуки, приставки, технику для дома и удаленной работы. Одновременно из-за локдаунов осложнилась и подорожала логистика. Согласно отчету платформы Resilinc, в 2020 году перебои в мировых цепочках поставок выросли на 67%.

На позиции игроков отрасли также серьезно повлияла торговая война США и Китая. в 2020 году в разгар пандемии Соединенные Штаты запретили TSMC поставки чипов Huawei, в связи с чем китайские производители начали запасаться микросхемами. Позднее под санкции попал ведущий китайский чипмейкер Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). Инвесторам из США запретили торговать акциями компании. Весной 2021 года несколько конгрессменов потребовали запрета продажи КНР любого ПО для разработки современных полупроводников. Таким образом, даже при желании развивать собственное полупроводниковое производство, Китай может остаться без нужных технологий.

Однако есть и менее очевидные причины. Пэт Гелсинджер из Intel заявил, что на предложение влияет фактор доминирования азиатских компаний. По его словам, 80% микросхем в мире производится в Азии, где базируются главные игроки рынка TSMC и Samsung. Большинство других компаний, которые поставляют чипы на рынок, не производят их сами, а владеют лишь технологией. Это Broadcom, Qualcomm, Nvidia и другие. Запустить с нуля свое производство микрочипов они сейчас не могут, так как это требует времени и ресурсов.

На объемы производства влияет и климат. Ситуацию с производством чипов усугубил экологический кризис на Тайване, где фабрики оставались без воды. В настоящее время остров страдает от самой сильной засухи за 56 лет из-за того, что количество осадков в 2020 году было рекордно низким. В итоге в мае резервуары воды фабрик TSMC оказались заполнены всего на 11-23%. А в Техасе в феврале прошли сильные снегопады, что привело к веерным отключениям электричества, в том числе и на предприятиях.

Прощай, Бордо: десять неприятных последствий глобального потепления

На цикл производства полупроводников повлиял также ряд техногенных аварий. В марте 2021 года случился пожар на одном из предприятий по производству кремниевых пластин Renesas в японской префектуре Ибараки. Это одно из шести японских предприятий и третий по величине производитель автоэлектроники. Компания выпускает кремниевые пластины для производства микросхем. Полноценную работу предприятия удалось восстановить лишь спустя три месяца.

Последствия пожара на предприятии Renesas

(Фото: Nikkei)

Уже в июне в китайском Шихэцзы загорелась промзона компании Xinjiang West Hesheng Silicon Industry Co., Ltd. Ее кремний активно используется для поверхностей солнечных батарей, а после повторной переработки — при производстве кремниевых пластин для микроэлектроники.

Наконец, на полупроводниковую отрасль повлиял глобальный дефицит кремния. Микросхемы создаются путем печати на пластинах, изготовленных из поликристаллического кремния — материала, который состоит из мелких кристаллов. Согласно отчету Calibre Research Global High Purity Silicon Market Size: Top Players Study and Regional Forecasts 2021-2027, рост цен на кремний продлится до 2027 года.

Предобработка данных эксперимента

Корреляция между интенсивностями двух проб одного ДНК-микрочипа, представляющих один и тот же ген, обычно превышает 95%. Часто этот факт интерпретируют как подтверждение хорошей воспроизводимости экспериментов с чипами. Однако, если один и тот же биологические материал разделить на две части и сделать с ними разные микрочипы, корреляция между полученными интенсивностями, скорее всего, будет составлять от 60 до 80%. Корреляция на чипах с образцами, взятыми у мышей из одного помёта, может опускаться до 30%. Если эксперименты проводятся в разных лабораториях, корреляция между их результатами может быть ещё ниже.

Такая низкая воспроизводимость интенсивностей связана с совокупным воздействием большого количества источников вариации. Их можно разделить на три большие группы. Биологическая вариация включает неотъемлемые особенности организмов. Техническая вариация появляется на этапе выделения образцов, их окрашивания и гибридизации. Погрешность измерения связана со сканированием готовых массивов, на результаты которого может повлиять, например, пыль внутри сканера.

Нейтрализация эффектов технической вариации и ошибки измерения производится на этапе предобработки ДНК-микрочипов.

Фоновая поправка

Основная статья: Фоновая поправка в анализе ДНК-микрочипов

Необходимость фоновой поправки связана с наличием таких мешающих факторов, как шум оптической системы распознавания (данные интенсивности, полученные при сканировании, не равны «настоящим» интенсивностям проб) и неспецифическая гибридизация (присоединение нуклеотидных последовательностей к зондам чужих проб).

Нормализация

Основная статья: Нормализация ДНК-микрочипов

Нормализация данных позволяет сделать несколько рассматриваемых в эксперименте чипов пригодными к сравнению между собой. Основная цель анализа на этом этапе — исключить влияние систематических небиологических различий между микрочипами. Источников таких различий множество: вариации эффективности обратной транскрипции, маркировки красителями, гибридизации, физические различия между чипами, небольшие различия в концентрации реагентов, вариация лабораторных условий.

Показано, что выбор метода нормализации оказывает существенное влияние на результат анализа.

Суммаризация

Основная статья: Суммаризация в анализе ДНК-микрочипов

Обобщение значений уровня экспрессии по всем пробам, соответствующим одинаковым последовательностям

Микрочип для выявления COVID-19

Как и с другими заразными заболеваниями, лучший способ остановить распространение COVID-19 заключается в раннем обнаружении инфекции. Это означает, что в наше время мы должны быть осведомлены о любых симптомах, которые могут появиться со временем. Но не каждый может распознать симптомы, когда они проявляются. И, как мы все знаем, неспособность сделать это может привести к передаче и распространению вируса.

Но все может измениться с новым медицинским микрочипом, разработанным Агентством перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA) – военным лабораторным подразделением, работающим при Министерстве обороны США. Разработанный для имплантации под кожу, микрочип может обнаружить COVID-19 в кровотоке в течение нескольких минут.

Внедрением микрочипов под кожу сегодня вряд ли кого-то удивишь.

При имплантации микрочип также сможет отображать химические реакции в организме, что сигнализирует «пользователю» о том, что симптомы COVID-19 появятся на следующий день. Согласно опубликованному отчету, исследователи из DARPA годами работали над способами предотвращения передачи инфекций и борьбы с пандемиями.

Интересно, что сам микрочип находится в зеленом тканеподобном геле и при имплантации может отображать химические реакции в организме, которые сигнализирует «пользователю» о грядущих симптомах болезни (которые, как правило, появляются на следующий день).

Чипирование стало модным

Страшные предпосылки и переживания по поводу «чипированного будущего» и дистанционного отключения людей, разумеется, несколько преувеличены.

Сегодня чипирование можно назвать данью технологической моде. Оно не более, чем способ упрощения повседневной жизни.

Отношение к данной процедуре в России весьма холодное. Совсем недавно в нашей стране решились на чипирование домашних животных, поэтому о таких «технологичных инъекциях» для человека говорить пока слишком рано.

Подливает масла в огонь, пожалуй, лишь канал РЕН-ТВ, который обещает, что уже к 2025 году практически все жители России пройдут операцию чипирования. На деле же у этой теории мало связи с реальностью.

Данная сфера пока не регулируется и не финансируется государством, а вжививших чипы россиян можно пересчитать по пальцам.

Но, в конце концов, все стремительно развивается. Ведь совсем недавно мы вполне комфортно чувствовали себя без прямоугольных «кирпичиков» с дисплеем.

Сегодня же просыпаемся и засыпаем с ними в руках. С чипированием произойдет тоже самое.

iPhones.ru

Чипы, контроллеры и человеческое тело совместимы.

Atmel START

Atmel START представляет собой онлайн-инструмент для конфигурирования и настройки проектов встраиваемого программного обеспечения при помощи графического интерфейса. Atmel START основан на последнем поколении Advanced Software Framework и дает возможность разработчику выбирать и настраивать программные компоненты, драйверы и промежуточное ПО, а также подбирать примеры проектов, специально адаптированных под потребности создаваемого решения. При работе в Atmel START пользователь может просматривать зависимости между программными компонентами, предотвращая тем самым конфликты и аппаратные ограничения. В случае возникновения конфликта Atmel START автоматически предложит решения, подходящие для данной конкретной конфигурации.

Начиная работу с Atmel START, пользователь может создать новый проект или начать работу с уже существующим примером. После завершения конфигурирования программного обеспечения пользователь может загрузить сгенерированный проект и открыть его в IDE, установленной на персональном компьютере, например, Microchip Studio 7, IAR Embedded Workbench, Keil µVision (Рисунок 9).

Рисунок 9. Процесс работы с онлайн-инструментом Atmel START.

Atmel START предоставляет пользователю следующие преимущества:

  • Дает возможность найти и протестировать примеры для своего решения;
  • Позволяет сконфигурировать микроконтроллер, настроить драйверы и промежуточное ПО;
  • Позволяет настроить параметры таймеров и тактирование;
  • Дает возможность подготовить проект для работы на современной IDE;
  • И многое другое.

Отдельно следует отметить TrustZone Manager – графический интерфейс для настройки параметров безопасной (защищенной) зоны, также интегрированный в Atmel START.

Технология Arm TrustZone обеспечивает аппаратное разделение так называемых защищенных и незащищенных зон. Данное разделение позволяет обезопасить критически важные функции или конфиденциальную информацию, хранящуюся в защищенной зоне, от доступа из компонентов, расположенных вовне. Технология TrustZone, в частности, доступна при работе с микроконтроллерами SAM L11.

LATEST NEWS

One board from Microchip has embraced the mikroBUS standard

Today we present you ​​​​​​​the CAN Bus Analyzer development board. This is the 73rd development board from Microchip that has embraced the mikroBUS standard.

17 | 09 | 2021

Read more

Bringing new life to the Altair 8800 with the help of Click boards

Today we have a rather unusual and interesting project for you. Check out this tutorial and make it happen yourself!

03 | 09 | 2021

Read more

A+ back-to-school deal — 20% OFF on 2000+ products!

It’s that time of year again! Kids are returning to their normal routines and school is back in session. And we have the first assignment for you — save your time (and money)! We know the perfect way to do it. 

02 | 09 | 2021

Read more

Customer Stories: Father-daughter bonding with Click boards 🙂

We decided to add a special series on our blog called «Customer Stories». We hope that with this series you will get to know our products better, but also get inspired for your future projects.

25 | 08 | 2021

Read more

Take it, before it melts away: 20% OFF on 2000+ PRODUCTS

Saying goodbye to summer, and your summer vacation days is hard, but we got you covered.

10 | 08 | 2021

Read more

IoT Webinar Invitation — How to Rapidly Build an IoT Prototype

If you are looking for an embedded platform that can reduce your time for evaluating new technology and developing new products we highly suggest you join Thales  IoT Webinar Wednesday on July 28th!

26 | 07 | 2021

Read more

Introducing a partnership with Sensirion

Sensirion continues to set standards and advance the sensor industry with their products. With cutting-edge technology and years of experience, they find solutions to even the most complicated demands, consistently staying ahead of the pack. 

19 | 07 | 2021

Read more

SiBRAIN taking the World

In this post, we wanted to thank everyone who shared the excitement with us. You can find articles on different languages in online magazines all over the world, and here is the list of all of them.

16 | 07 | 2021

Read more

LS1028ARDB-PA from NXP has embraced the mikroBUS standard

Today we present you — LS1028ARDB-PA development board. This is the 13th development board from NXP that has embraced the mikroBUS standard.

13 | 07 | 2021

Read more

iAF2 Lift Board has embraced the mikroBUS standard

The portfolio of boards that have embraced the revolutionary mikroBUS standard continues to rise and now it contains 369 boards.

07 | 07 | 2021

Read more

CubeLogic has embraced the mikroBUS standard

We hope that our business relationship with CubeLogic will continue to develop, and start to make a significant impact on how the embedded world works.

29 | 06 | 2021

Read more

Becoming the Google of the embedded industry?

June 2021 issue of Mouser’s EIU (Electronic Information Update) is out. We are pleased that in this issue, part 2 of the interview with our CEO Neb is also included.

18 | 06 | 2021

Read more

Affymetrix GeneChip

экспрессии геновРНК

Микрочипы Affymetrix обычно используют от 11 до 20 пар проб на каждый изучаемый ген. Одна компонента таких пар, называемая perfect match probe (PM), в точности комплементарна последовательности соответствующего гена — подразумевается, что именно его РНК будет присоединяться к PM-зонду. Такое присоединение называется специфической гибридизацией. Тем не менее, к зондам могут присоединяться нуклеотидные последовательности и других генов (неспецифическая гибридизация). Для оценки воздействия неспецифической гибридизации используется другие компоненты пары — зонды, называемые mismatch probe (MM). Последовательность нуклеотидов в них совпадает с последовательностью в соответствующих PM-пробах с заменой центрального (тринадцатого) нуклеотида на комплементарный. Соотношение интенсивности свечения PM- и MM-проб изначально использовалось для нейтрализации эффекта неспецифической гибридизации, однако более поздние исследования поставили под сомнение правильность подобного подхода. Подробнее см. Фоновая поправка в анализе ДНК-микрочипов.

Где можно встретить чипирование

Вот такой маленький чип умеет открывать двери и активировать выключатели.

Если бы вам лет 15 назад сказали, что вы не будете выпускать из рук свой iPhone, чтобы вы ответили? Наверняка отреагировали категорично, заявив, что «тетрис» и «электроника» вас давно не интересуют.

Но сегодня смартфон заменил нам и средство связи, и плеер, и книгу. Он стал полноценным центром развлечений.

С чипированием происходит примерно тоже самое. Он находится в стадии зарождения. Ведь первый случай установки чипа под кожу был зарегистрирован всего три года назад.

  • Швеция — страна, где больше всего развито чипирование.
  • По всему миру сделано около 12 тыс. операций внедрения чипов.
  • Чипы не требуют подзарядки.
  • Все микросхемы помещены в крошечные капсулы из стекла, поэтому не причиняют вреда человеку.
  • Стоимость внедрения RFID-чипа составляет около $30.

Более того, там на государственном уровне поддержали инициативу вживления чипов, и теперь для предъявления билета в местных поездах достаточно показать руку.

Вот так:

Решившиеся на чипирование есть в США, Великобритании, Франции Германии, Мексике. Люди с «расширенными возможностями» регулярно встречаются, делятся опытом, общаются.

Но развитие чипирования затрагивает не только технологическую составляющую. Оно есть и в медицине, и в имидже, и даже в искусстве.

Для красоты. Пять лет назад прокатился целый бум на специальный аксессуар «Полярная звезда». Чип представлял собой небольшой пятачок со встроенными светодиодами.

Модный тренд прошлого десятилетия: мерцающие татуировки.

Он вживлялся под кожу… «для красоты». Татуировка подсвечивалась и мигала. Включалась и отключалась «Полярная звезда» с помощью крошечных магнитов, которые устанавливались в пальцы.

В медицинских целях. Чип «Циркадия» устанавливается компанией Grindhouse. Он умеет отслеживать актуальную температуру тела, но в дальнейшем разработчики планируют научить чип контролировать частоту пульса и уровень кислорода в крови человека.

За функциональность приходится платить размером чипа.

Есть и компания, которая разрабатывает чип, контролирующий уровень сахара в крови, заменяя поджелудочную железу.

Танцовщица с чипом в ноге прислушивается к землетрясениям.

В искусстве. У танцовщицы Мун Рибас вдохновение приходит в те моменты, когда она чувствует вибрации импланта в руке. Крошечный микрочип сигнализирует об активных землетрясениях. Девушка ощущает эти импульсы и начинает танцевать.

Современное искусство сложно понять, но чипирование добралось и сюда.

Правовая защита

Законодательство России предоставляет правовую охрану топологиям интегральных микросхем. Топологией интегральной микросхемы является зафиксированное на материальном носителе пространственно-геометрическое расположение совокупности элементов интегральной микросхемы и связей между ними (ст. 1448 ГК РФ).

Автору топологии интегральной микросхемы принадлежат следующие интеллектуальные права:

  1. исключительное право;
  2. право авторства.

Автору топологии интегральной микросхемы принадлежат также другие права, в том числе право на вознаграждение за использование служебной топологии.

Исключительное право на топологию действует в течение десяти лет. Правообладатель в течение этого срока может по своему желанию зарегистрировать топологию в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

MPLAB Xpress IDE

В тех случаях, когда у клиента нет возможности установить полноценную MPLAB X IDE для работы или необходимо быстро создать/отредактировать проект, на помощь приходит среда Microchip MPLAB Xpress. MPLAB Xpress – это бесплатная интерактивная онлайн-среда разработки, которая не требует какой-либо установки или настройки системы. Для начала работы со средой достаточно перейти на страницу MPLAB Xpress . MPLAB Xpress является упрощенной и усовершенствованной версией MPLAB X IDE и содержит основные ее наиболее популярные и необходимые для работы функции (Рисунок 4).

Рисунок 4. Работа с тестовым проектом в среде MPLAB Xpress.

MPLAB Xpress станет прекрасным выбором для тех, кто только начинает знакомство с продукцией компании Microchip. Когда же дело дойдет до серьезной разработки и возможностей MPLAB Xpress окажется недостаточно, пользователь сможет без труда перенести существующий проект в MPLAB X IDE.

MPLAB Xpress включает в себя последнюю версию MPLAB Code Configurator и совместима с оценочными платами MPLAB Xpress, платами Curiosity, Explorer 16/32 и программатором/отладчиком PICkit 4. В MPLAB Xpress разработчику также доступна программная симуляция проекта и его аппаратная отладка на подключенной к персональному компьютеру отладочной плате (Рисунок 5).

Рисунок 5. Установка подключения к отладочной плате для работы в MPLAB Xpress.

Также стоит отметить внушительный объем хранилища (10 Гбайт) для хранения файлов проектов и репозиторий, где пользователь может делиться своими идеями с другими пользователями или черпать вдохновение из уже существующих решений. Вся доступная информация по работе со средой, как и в случае с MPLAB X, располагается в разделе Microchip Developer Help .

Программные средства разработки Microchip

Microchip предлагает своим клиентам широкий перечень программных решений, позволяющих значительно упростить процесс разработки и отладки программного кода при работе с компонентами, входящими в экосистему компании.

На текущий момент пользователям доступны следующие решения:

  • MPLAB X IDE – полнофункциональная интегрированная среда разработки (IDE), предназначенная для разработки кода для микроконтроллеров PIC, цифровых сигнальных контроллеров (DSC) dsPIC, а также микроконтроллеров AVR и SAM. Среда построена на основе IDE NetBeans с открытым исходным кодом от Apache Software Foundation.
     
  • MPLAB Xpress – представляет собой бесплатную онлайн-среду разработки, которая не требует установки или настройки системы. MPLAB Xpress имеет более ограниченный функционал по сравнению с MPLAB X IDE, однако поддерживает ее наиболее популярные функции, такие как конфигуратор кода MPLAB.
     
  • Конфигуратор кода MPLAB (MCC) – бесплатный графический плагин для инициализации системы, который также предоставляет драйверы для работы с компонентами. MCC может использоваться для настройки широкого спектра периферийных устройств и поддерживает работу с микроконтроллерами AVR и PIC.
     
  • MPLAB Harmony – гибкий фреймворк, включающий в себя программные модули, которые выступают в роли строительных блоков при создании приложения. Используя MPLAB Harmony, разработчик может включить в свой проект библиотеки и программные драйверы как компании Microchip, так и сторонних производителей. MPLAB Harmony поддерживает работу с 32-битными микроконтроллерами PIC и SAM.
     
  • Компиляторы MPLAB XC – комплексное решение для компиляции разрабатываемого программного кода. MPLAB XC поддерживает 8-битные PIC и AVR в версии MPLAB XC8, 16-битные PIC и dsPIC DSC в MPLAB XC16 и 32-битные PIC и SAM в MPLAB XC32. Для компиляторов MPLAB XC доступны два вида лицензии: бесплатная – включает базовые функции оптимизации и PRO – ориентирована на проекты, требующие максимальной оптимизации по скорости и размеру бинарного файла.
     
  • Microchip Studio (Atmel Studio 7) – интегрированная среда разработки (IDE) для написания кода и отладки микроконтроллеров AVR и SAM.
  • Atmel START – бесплатный онлайн-инструмент для графического конфигурирования микроконтроллеров для встраиваемых приложений на базе микроконтроллеров AVR и SAM.

Как несложно заметить, те или иные программные средства подходят только для определенного типа контроллеров. В Таблице 1 приведены данные по возможности работы с программным обеспечением в зависимости от выбранного микроконтроллера или микропроцессора.

Таблица 1. Данные по возможности работы программного обеспечения в зависимости от выбранного микроконтроллера
или микропроцессора
  Микро-
контроллеры
AVR
Микро-
контроллеры
PIC
Цифровые
контроллеры
сигналов
dsPIC
Микро-
контроллеры
SAM
Семейства
микро-
контроллеров
CEC/MEC
Микро-
процессоры
IDE MPLAB X IDE + + + + + +
MPLAB Xpress + + +
Microchip Studio + +
Компиляторы MPLAB XC + + + + + +
AVR GCC +
ARM GCC + +

Конфигураторы
кода

MPLAB Code
Configurator
+ + +
MPLAB
Harmony
+, только для
32-битных
версий
+ +
Atmel Start + +
Средства програм-
мирования
для производства
MPLAB IPE + + + +
MPLAB PM3 + +

Для упрощения процесса работы, компания Microchip объединила информацию по своим продуктам в раздел Microchip Developer Help [], в котором подробно описаны все тонкости работы с приведенными выше программными пакетами, а также приведены ссылки на продукты, дополнительные ресурсы, видеоуроки, курсы и документацию.

Стоит также учитывать возможность работы программного обеспечения на той или иной операционной системе. Например, инструменты разработки MPLAB совместимы с операционными системами Windows, Linux и macOS, а Microchip Studio (Atmel Studio 7) способна работать только под Windows.

Разберем описанные выше программные решения более подробно.

STMicroelectronics (Женева, Швейцария)

Корпорация STMicroelectronics появилась в 1987 году в результате слияния итальянской компании Generale Semiconduttori и французской Thomson Semiconducteurs. Позже к STMicroelectronics присоединились и другие компании: британская Inmos, канадская Nortel и микроэлектронное подразделение Alcatel. Заводы STMicroelectronics находятся в Италии (города Катанья и Аграте-Брианца), а также во Франции (Кроль и Руссе). Выпускает STMicroelectronics контроллеры и сенсоры, которые применяются в измерительных приборах, медицинском оборудовании, наземном и воздушном транспорте.

Завод STMicroelectronics

Пример использования ДНК-микрочипа

Ниже приводится пример эксперимента с использованием ДНК-микрочипа.

Результат сканирования однокрасочного микрочипа

  1. Выделяются или выращиваются биологические образцы, которые необходимо сравнить. Они могут соответствовать одним и тем же индивидуумам до и после какого-либо лечения (случай парных сравнений), либо различным группам индивидуумов, например, больным и здоровым, и т. д.
  2. Из образца выделяется очищенная нуклеиновая кислота, являющаяся объектом исследования: это может быть РНК в исследовании профиля экспрессии генов, ДНК при изучении сравнительной геномной гибридизации и т.д. Данный пример соответствует первому случаю.
  3. Проверяется качество и количество полученной нуклеиновой кислоты. Если требования соблюдены, эксперимент может быть продолжен.
  4. На основе имеющихся образцов РНК в процессе обратной транскрипции синтезируются последовательности комплементарных ДНК (кДНК, англ. cDNA).
  5. В процессе амплификации (синтеза дополнительных копий ДНК) количество последовательностей кДНК в образцах многократно увеличивается.
  6. К концам последовательностей кДНК присоединяются флуоресцентные или радиоактивные метки.
  7. Полученные образцы в смеси с необходимыми химическими веществами через микроскопическое отверстие наносятся на ДНК-микрочипы и начинается процесс гибридизации, в ходе которого одна из цепей кДНК присоединяется к комплементарной ей цепи, имеющейся на микрочипе.
  8. После окончания процесса гибридизации чипы промываются для удаления остатков материала.
  9. Полученные микрочипы сканируются при помощи лазера. На выходе получается одно- или двухцветные изображения (в зависимости от количества использованных красителей).
  10. На каждое изображение накладывается сетка, так, что каждой её ячейке соответствует участок чипа с пробами одного типа. Интенсивности свечения проб в ячейке сетки ставится в соответствие некоторое число, которое, в самом первом приближении, может служить мерой количества присутствовавших последовательностей РНК в соответствующем образце.

Дальнейшая обработка результатов требует многоэтапного привлечения сложного статистического аппарата.