? ? ? ? ? ? ? ? ? 人民日報：國內首款電力專用芯片“伏羲” 保障了自主核心知識產權

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2022-01-25 來源：人民日報

隨著電網數(shù)字化進程的推進，芯片對于電網的影響不斷加深，構成電網的基礎業(yè)務單元從設備級逐步下探至元件級，芯片被賦予越來越多的技術發(fā)展重任。

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電網數(shù)字化建設的基礎單元——電力專用芯片

為應對電網數(shù)字化、網絡化發(fā)展下的精準測控控制需求，中國南方電網有限責任公司依托國家重點研發(fā)計劃，基于國產自主CPU內核和封測技術，集中公司科研力量重點攻關，歷經5年研制、多場景驗證，研發(fā)了國內首款基于國產指令架構、國產內核的電力專用主控芯片“伏羲”。

“伏羲”芯片采用C-sky國產指令集，玄鐵系列國產內核作為計算核心，保障了芯片核心知識產權自主可控；首創(chuàng)了滿足電力工控應用需求的電氣參量計算、電力網絡通信、數(shù)據(jù)并行處理、網絡安全防護等專用硬件算法IP，有效實現(xiàn)電網數(shù)字化轉型對電力裝備基礎算力提升、網絡安全防護需求的支撐。在通用計算能力以及融合業(yè)務的實時計算等方面，“伏羲”性能優(yōu)勢突出、功耗小。

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自主研發(fā)推進芯片國產化

2013年，“伏羲”團隊研發(fā)出高集成、小型化、動作快、高可靠的控制保護裝置“芯片化保護”。比起傳統(tǒng)裝置，這種新裝置體積縮小至2%，功耗降低85%，動作速率提升20%，整體防護等級達IP67，運行環(huán)境溫度拓寬至-40—85°C。

在此基礎上，團隊啟動第二階段攻關，進行國產電力專用芯片的研究設計工作，旨在開啟電力工控裝備核心元器件的新篇章。

“伏羲”芯片不僅是一顆國產芯片，亦是電力工控裝備數(shù)字化芯片；不僅承載著電網關鍵設備核心器件國產化的使命，更承擔著支撐電網數(shù)字化建設、發(fā)展的重任，助力電網關鍵設備核心器件向自主專用發(fā)展。

支撐數(shù)字電網建設

“伏羲”芯片自2019年底在變電站繼電保護應用以來，已先后在變電、配電、新能源、邊緣計算等領域的近30類裝置成功應用，獲得行業(yè)專家學者、各主流廠商的認可。未來，南方電網將秉承“成功一個試點一個，試點一個推廣一片”的工作思路，逐步提高電網多領域場景新增設備的自主芯片覆蓋率，實現(xiàn)國產工業(yè)控制芯片規(guī)模化應用，防范化解電網安全運行重大風險。

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“數(shù)據(jù)雪崩”它能坦然應對，國產“伏羲”芯片有多強？

2022-01-25 來源：騰訊網

廣泛應用在手機、電視、汽車、航天等領域的芯片，對5G、人工智能、物聯(lián)網、無人駕駛等新技術的發(fā)展至關重要。不過，有一類芯片盡管較少走進公眾視野，卻同樣與人們的生活密切相關，那就是工業(yè)控制類芯片。

電力控制保護裝置主控芯片是保障供電安全和建設智能電網的核心器件，然而長期以來，我國眾多控制、保護、測量裝備的核心芯片缺乏國產自主能力，受制于人。為突破這一困局，南方電網數(shù)字電網研究院有限公司總經理李鵬及其團隊經過8年努力，完整設計開發(fā)了我國第一款電力專用主控芯片——“伏羲”系列芯片。

5月20日，在全省科技創(chuàng)新大會上，“電力芯片保護關鍵技術攻關及核心器件國產化”項目獲得2020年度廣東省科技進步獎一等獎。

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芯片級實時調度實現(xiàn)“龜兔協(xié)同”

當前，手機市場新品迭出，常以運算快、系統(tǒng)流暢為賣點。不過，與工業(yè)控制領域比，手機等智能終端處理的任務仍較為“平緩”?！跋噍^之下，工業(yè)控制類芯片要具備復雜工況下的實時處理能力，在電力系統(tǒng)尤為重要?！崩铢i說。

電網發(fā)生故障或擾動時的“數(shù)據(jù)雪崩”便是一類棘手場景。

“電網是實時控制的系統(tǒng)，其發(fā)電、輸電、用電是在瞬間完成的，無法存儲或臨時轉移。由于其數(shù)據(jù)量巨大，當電網發(fā)生故障或者擾動時，就可能面臨‘數(shù)據(jù)雪崩’?！崩铢i說，控制保護裝置主控芯片的職責，就是在這種突發(fā)狀況下保障電網的安全。

此前，我國工業(yè)控制芯片長期依賴國外技術和產品，這不僅無法滿足我國電力技術發(fā)展的迫切需求，而且對我國能源行業(yè)的供應鏈安全造成了重大威脅，甚至存在重大的網絡安全和電網穩(wěn)定隱患。

在這樣的背景下，2013年，南方電網組織專門團隊，著手布局能夠適用于電網控制保護裝置核心芯片的設計研發(fā)。

芯片的設計研發(fā)是非常耗時費力的工程。8年多來，團隊攻克了一個又一個困難。

“一個挑戰(zhàn)來自芯片架構的設計。”李鵬介紹，為了同時滿足工業(yè)控制系統(tǒng)快速性和靈活性的要求，“伏羲”芯片采用了異構系統(tǒng)架構，即在一塊芯片上既要完成微秒級的實時信號處理，也要完成毫秒級的管理信號處理，“就好比一只兔子和一只烏龜，要在同一個跑道上同時跑步，還得保持互相之間的協(xié)同有序，能夠互相照應?！崩铢i說，團隊通過實時調度等技術攻關，解決了芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定問題。

另一個挑戰(zhàn)則是面臨“雪崩式”的數(shù)據(jù)涌入時，必須保證芯片能快速反應和處理。

“通常這個環(huán)節(jié)都采用外掛電路實現(xiàn)，這一次我們采用‘獨門絕技’，把外掛電路通過納米級的芯片內部電路加以實現(xiàn)，并且固化成IP核，便于廣泛推廣。這項技術的創(chuàng)新性很強，我們花了比較大的氣力，取得了較好成效?！崩铢i說。

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部分性能遠超國際類似產品

從東部沿海到西部高原、從熱帶雨林到極寒地區(qū)，作為我國自主可控的第一款電力專用主控芯片，“伏羲”系列芯片在設計研發(fā)時經歷了許多嚴苛環(huán)境的考驗，可靠性得以驗證。

歷經艱辛，自主創(chuàng)新帶來的果實是甘甜的。李鵬介紹，“伏羲”芯片的功能、性能達到國際先進水平，特別是在工業(yè)控制并行處理能力上，“伏羲”芯片遠超國際類似產品。

“在成果應用和轉化方面，我們采用‘伏羲’芯片開發(fā)了一系列高性能的芯片化電力保護裝置，成效非常顯著，芯片化裝置的體積比傳統(tǒng)裝置縮小了40倍，功耗降低了6倍，動作速度提升了20%。”李鵬不無驕傲地說。

談到此次獲獎，李鵬說，企業(yè)最理解市場需求，創(chuàng)新動力更足?！坝绕涫悄戏诫娋W作為中央企業(yè)，除了經濟效益，更要關注社會責任，在產業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈中發(fā)揮引領作用。”

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不過，李鵬同時表示，創(chuàng)新僅靠企業(yè)“單打獨斗”是不夠的，需要“政產學研用”全鏈條參與。他介紹，在該項目推進過程中，科技部及廣東省、廣州市、黃埔區(qū)各級政府給予了大量支持，以李立浧院士為首的一批院士專家提供了技術上的指導，用戶單位則不斷反饋改建意見，整個鏈條都動了起來。

“特別是近年來，廣東省大力發(fā)展戰(zhàn)略性支柱產業(yè)和新興產業(yè)，把發(fā)展高端半導體元器件列入新一代電子信息戰(zhàn)略支柱產業(yè)，把半導體與集成電路、高端裝備制造列入戰(zhàn)略性新興產業(yè)，提出要基本解決‘缺芯少核’問題，這給我們持續(xù)推進芯片設計研發(fā)強大的信心。”李鵬說。

在他看來，項目成果也將反哺廣東高質量發(fā)展?！白鳛殡娏た仡I域的首款專用芯片，這一成果將有助于補齊短板，做強廣東產業(yè)鏈，帶動形成芯片設計和制造產業(yè)集群?！?/span>

李鵬還透露，“伏羲”系列芯片目前已具備了基本成熟的產業(yè)規(guī)?；瘧玫臈l件，團隊未來將加強芯片在交通、能源、智慧社會等方面進行更多的研發(fā)和應用，同時致力于產業(yè)推廣，在一些獨特方向上孵化新的產業(yè)空間。