文/葉青

[導(dǎo)語]

南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司（以下簡稱“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，以南方電網(wǎng)公司高質(zhì)量發(fā)展的堅定踐行者、創(chuàng)新引領(lǐng)的奮勇先行者、網(wǎng)絡(luò)安全的堅強守護者、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，成為具有核心競爭力的高科技企業(yè)，實現(xiàn)支撐保障和新興產(chǎn)業(yè)兩輪驅(qū)動、協(xié)調(diào)發(fā)展。2021年，南網(wǎng)數(shù)研院“電力芯片保護關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及核心器件國產(chǎn)化”項目獲得2020年度廣東省科技進步獎一等獎。

“我們探索了在芯片級別實現(xiàn)傳統(tǒng)電力裝備完整功能的技術(shù)路線，采用完全國產(chǎn)化技術(shù)，包括芯片內(nèi)核、芯片操作系統(tǒng)、芯片的專用高性能硬件電路以及芯片的安全防護設(shè)計，設(shè)計開發(fā)了我國自主可控的第一款電力專用主控芯片——‘伏羲’系列芯片。”南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司總經(jīng)理李鵬說。為了實現(xiàn)這一技術(shù)成果，他和團隊奮斗了8年。

該芯片保護裝置已在多個行業(yè)中實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，并出口至10余個國家，創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益11.5億元。此成果標志著我國電網(wǎng)核心裝備邁向完全自主可控，推動了繼電保護技術(shù)的跨越式發(fā)展。“電力芯片保護關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及核心器件國產(chǎn)化”項目也因此獲得2020年度廣東省科技進步獎一等獎。

自主研發(fā)專用核心芯片

繼電保護是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線。傳統(tǒng)繼電保護技術(shù)架構(gòu)、性能難以適應(yīng)電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展，而我國工業(yè)實時控制的專用芯片長期依賴國外技術(shù)和產(chǎn)品，受制于人。以電力系統(tǒng)為例，眾多測量、保護、控制裝備的核心芯片缺乏國產(chǎn)自主能力。“這種局面，一方面與我國電力技術(shù)整體快速發(fā)展，對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，對我國工業(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。

為此，2013年，南方電網(wǎng)組織專門團隊，著手布局能夠適用于工業(yè)控制系統(tǒng)的專用核心芯片的設(shè)計研發(fā)。

芯片的設(shè)計研發(fā)非常耗時費力，技術(shù)挑戰(zhàn)非常大?！耙粋€挑戰(zhàn)來自于芯片架構(gòu)的設(shè)計?！崩铢i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(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)，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?！熬秃帽纫恢煌米雍鸵恢粸觚敚谕粋€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(yīng)。”李鵬說，最終團隊通過實時調(diào)度等技術(shù)攻關(guān)，解決了芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定問題。

另一個挑戰(zhàn)來自于工業(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，芯片將面臨雪崩式的數(shù)據(jù)涌入，這時候必須保證芯片能快速反應(yīng)和處理。

“通常這個環(huán)節(jié)都采用外掛電路實現(xiàn)，這一次我們把外掛電路通過納米級的芯片內(nèi)部電路加以實現(xiàn)，并且固化成硬件IP，便于廣泛推廣。這項技術(shù)的創(chuàng)新性很強，我們花了比較大的氣力?！崩铢i說。同時，“伏羲”芯片完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)，研究團隊做到了在芯片電路級別的網(wǎng)絡(luò)安全防護設(shè)計，集成了國家密碼算法，這是體現(xiàn)我國自主可控的一個關(guān)鍵指針。

芯片性能達到國際先進水平

據(jù)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”芯片的能力遠超國際類似產(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)裝置減少了40倍，功耗降低了6倍，動作速度提升了20%，提升了繼電保護裝置的性能和智能化水平?！崩铢i介紹。

“近年來，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’問題，這給我們持續(xù)推進芯片設(shè)計研發(fā)注入了強大的信心。”談起來之不易的技術(shù)成果，李鵬深有感觸。

李鵬看來，項目成果也將為廣東高質(zhì)量發(fā)展帶來新動力?！笆紫?，促進了地方產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈融合發(fā)展。作為電力工控領(lǐng)域的首款專用芯片，項目技術(shù)將有助于補齊短板做強產(chǎn)業(yè)鏈，帶動形成芯片設(shè)計和制造產(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)近平總書記提出的‘雙碳發(fā)展目標’，成為推動我國綠色發(fā)展的重要舉措?！彼f。

李鵬還透露，南網(wǎng)數(shù)研院的目標是以國產(chǎn)自主芯片為突破口，進一步延伸科技攻關(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，同時致力于產(chǎn)業(yè)推廣，在一些“獨門絕技”方向上孵化新的產(chǎn)業(yè)空間。