文/葉青

[導(dǎo)語(yǔ)]

南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“南網(wǎng)數(shù)研院”）以打造智能電網(wǎng)、建設(shè)數(shù)字南網(wǎng)為目標(biāo)，以南方電網(wǎng)公司高質(zhì)量發(fā)展的堅(jiān)定踐行者、創(chuàng)新引領(lǐng)的奮勇先行者、網(wǎng)絡(luò)安全的堅(jiān)強(qiáng)守護(hù)者、戰(zhàn)略落地的有力支撐者為定位，致力于構(gòu)建一流創(chuàng)新平臺(tái)，成為具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的高科技企業(yè)，實(shí)現(xiàn)支撐保障和新興產(chǎn)業(yè)兩輪驅(qū)動(dòng)、協(xié)調(diào)發(fā)展。2021年，南網(wǎng)數(shù)研院“電力芯片保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及核心器件國(guó)產(chǎn)化”項(xiàng)目獲得2020年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

“我們探索了在芯片級(jí)別實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電力裝備完整功能的技術(shù)路線(xiàn)，采用完全國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，包括芯片內(nèi)核、芯片操作系統(tǒng)、芯片的專(zhuān)用高性能硬件電路以及芯片的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了我國(guó)自主可控的第一款電力專(zhuān)用主控芯片——‘伏羲’系列芯片?！蹦戏诫娋W(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司總經(jīng)理李鵬說(shuō)。為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)成果，他和團(tuán)隊(duì)奮斗了8年。

該芯片保護(hù)裝置已在多個(gè)行業(yè)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，并出口至10余個(gè)國(guó)家，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益11.5億元。此成果標(biāo)志著我國(guó)電網(wǎng)核心裝備邁向完全自主可控，推動(dòng)了繼電保護(hù)技術(shù)的跨越式發(fā)展?！半娏π酒Ｗo(hù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及核心器件國(guó)產(chǎn)化”項(xiàng)目也因此獲得2020年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

自主研發(fā)專(zhuān)用核心芯片

繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線(xiàn)。傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)架構(gòu)、性能難以適應(yīng)電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展，而我國(guó)工業(yè)實(shí)時(shí)控制的專(zhuān)用芯片長(zhǎng)期依賴(lài)國(guó)外技術(shù)和產(chǎn)品，受制于人。以電力系統(tǒng)為例，眾多測(cè)量、保護(hù)、控制裝備的核心芯片缺乏國(guó)產(chǎn)自主能力?！斑@種局面，一方面與我國(guó)電力技術(shù)整體快速發(fā)展，對(duì)裝備能力的要求和智能化水平提升的迫切需求不符；另一方面，對(duì)我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)的供應(yīng)鏈安全造成重大威脅，甚至存在重大的網(wǎng)絡(luò)安全和電網(wǎng)穩(wěn)定隱患?！崩铢i說(shuō)。

為此，2013年，南方電網(wǎng)組織專(zhuān)門(mén)團(tuán)隊(duì)，著手布局能夠適用于工業(yè)控制系統(tǒng)的專(zhuān)用核心芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)。

芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)非常耗時(shí)費(fèi)力，技術(shù)挑戰(zhàn)非常大?！耙粋€(gè)挑戰(zhàn)來(lái)自于芯片架構(gòu)的設(shè)計(jì)?！崩铢i介紹，為了同時(shí)滿(mǎn)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(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)，即在一塊芯片上既要完成微秒級(jí)的實(shí)時(shí)信號(hào)處理，也要完成毫秒級(jí)的管理信號(hào)處理?！熬秃帽纫恢煌米雍鸵恢粸觚敚谕粋€(gè)跑道上同時(shí)跑步，還得保持互相之間的協(xié)同有序，能夠互相照應(yīng)。”李鵬說(shuō)，最終團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)度等技術(shù)攻關(guān)，解決了芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題。

另一個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)自于工業(yè)控制的快速性本身。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障等極端情況時(shí)，芯片將面臨雪崩式的數(shù)據(jù)涌入，這時(shí)候必須保證芯片能快速反應(yīng)和處理。

“通常這個(gè)環(huán)節(jié)都采用外掛電路實(shí)現(xiàn)，這一次我們把外掛電路通過(guò)納米級(jí)的芯片內(nèi)部電路加以實(shí)現(xiàn)，并且固化成硬件IP，便于廣泛推廣。這項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新性很強(qiáng)，我們花了比較大的氣力?！崩铢i說(shuō)。同時(shí)，“伏羲”芯片完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，研究團(tuán)隊(duì)做到了在芯片電路級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)計(jì)，集成了國(guó)家密碼算法，這是體現(xiàn)我國(guó)自主可控的一個(gè)關(guān)鍵指針。

芯片性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平

據(jù)介紹，“伏羲”芯片的功能性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，特別是在工業(yè)控制并行處理能力上，“伏羲”芯片的能力遠(yuǎn)超國(guó)際類(lèi)似產(chǎn)品。

“在成果應(yīng)用和轉(zhuǎn)化方面，我們采用‘伏羲’芯片，開(kāi)發(fā)了一系列高性能的芯片化電力保護(hù)裝置，成效非常顯著，芯片化裝置的體積比傳統(tǒng)裝置減少了40倍，功耗降低了6倍，動(dòng)作速度提升了20%，提升了繼電保護(hù)裝置的性能和智能化水平?！崩铢i介紹。

“近年來(lái)，廣東大力發(fā)展戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，把發(fā)展高端半導(dǎo)體元器件列入新一代電子信息戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)，把半導(dǎo)體與集成電路、高端裝備制造列入戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，提出要基本解決‘缺芯少核’問(wèn)題，這給我們持續(xù)推進(jìn)芯片設(shè)計(jì)研發(fā)注入了強(qiáng)大的信心。”談起來(lái)之不易的技術(shù)成果，李鵬深有感觸。

李鵬看來(lái)，項(xiàng)目成果也將為廣東高質(zhì)量發(fā)展帶來(lái)新動(dòng)力?！笆紫龋龠M(jìn)了地方產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈融合發(fā)展。作為電力工控領(lǐng)域的首款專(zhuān)用芯片，項(xiàng)目技術(shù)將有助于補(bǔ)齊短板做強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)形成芯片設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)業(yè)集群。我們掌握的核心技術(shù)具有很好的推廣應(yīng)用空間，已經(jīng)形成了多方協(xié)同創(chuàng)新的局面，也有利于激活和發(fā)展上下游更廣泛的創(chuàng)新鏈條。其次，芯片化裝置將帶來(lái)巨大的節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材效益，這是響應(yīng)習(xí)近平總書(shū)記提出的‘雙碳發(fā)展目標(biāo)’，成為推動(dòng)我國(guó)綠色發(fā)展的重要舉措?！彼f(shuō)。

李鵬還透露，南網(wǎng)數(shù)研院的目標(biāo)是以國(guó)產(chǎn)自主芯片為突破口，進(jìn)一步延伸科技攻關(guān)的領(lǐng)域，在智能傳感、高端裝備等方面形成更加豐富的成果和產(chǎn)出，同時(shí)致力于產(chǎn)業(yè)推廣，在一些“獨(dú)門(mén)絕技”方向上孵化新的產(chǎn)業(yè)空間。