王碧清 胡華波

2021年2月19日，中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司（簡稱“南方電網(wǎng)公司”）研制的國內(nèi)首個(gè)基于國產(chǎn)指令架構(gòu)、國產(chǎn)內(nèi)核的電力專用主控芯片“伏羲”實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。這意味著，我國電力工業(yè)控制領(lǐng)域的核心芯片實(shí)現(xiàn)從“進(jìn)口通用”向“自主專用”的轉(zhuǎn)變，即在電力二次設(shè)備核心元器件做到自主可控，并且性能更優(yōu)，居于世界領(lǐng)先水準(zhǔn)。

電力系統(tǒng)分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。完成發(fā)電、輸電、配電功能的設(shè)備為一次設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、避雷器等，所帶電壓屬于強(qiáng)電。二次設(shè)備，則是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)的設(shè)備，如變電站繼電保護(hù)裝置、測控裝置、配電自動(dòng)化終端、一次設(shè)備在線監(jiān)測裝置等，所帶電壓屬于弱電。

過去，電網(wǎng)二次裝備核心器件——主控芯片，長期由國外廠商壟斷，涉及繼電保護(hù)、自動(dòng)化、信息通信安全防護(hù)裝置等主網(wǎng)核心關(guān)鍵裝置近千萬臺(tái)。數(shù)字化進(jìn)程推進(jìn)越深，對(duì)外技術(shù)依賴就越強(qiáng)，電網(wǎng)設(shè)備的安全如何切實(shí)保障？

“河界三分闊，智謀萬丈深”，如何下好“先手棋”、實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)控制領(lǐng)域主控芯片的自主可控和長遠(yuǎn)發(fā)展？南方電網(wǎng)公司內(nèi)，深耕電網(wǎng)多年的科學(xué)家、青年科研人員憂心忡忡，決心主動(dòng)破局。

2013年，在中國工程院院士、時(shí)任南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)主任委員李立浧指導(dǎo)下，現(xiàn)任南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司總經(jīng)理李鵬牽頭，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，踏上電力專用主控芯片的預(yù)研道路。習(xí)偉、姚浩、蔡田田等骨干力量逐步參與其中，在李鵬帶領(lǐng)下，投身國產(chǎn)電力專用芯片的早期研制工作。

電網(wǎng)設(shè)備服務(wù)周期常在10到12年之間，需要不間斷運(yùn)行、不發(fā)生停電等。電力設(shè)備內(nèi)一旦發(fā)生故障，要求能在毫秒或秒間，監(jiān)測、隔離故障。另外，電網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境更加復(fù)雜、惡劣，配電房常設(shè)在戶外，既有高低溫影響，也會(huì)受到電磁輻射環(huán)境的干擾等。復(fù)雜的多場景需求，對(duì)于芯片即時(shí)性、可靠性等性能要求更高，這都為芯片技術(shù)攻關(guān)帶來新難題和挑戰(zhàn)。

一次芯片技術(shù)路線討論會(huì)上，團(tuán)隊(duì)在兩條技術(shù)路線上產(chǎn)生分歧：一條是排除萬難，做一款性能好、充分滿足電網(wǎng)應(yīng)用需求、依靠國產(chǎn)CPU的電力專用芯片；另一條則是直接使用國外芯片，在境外代工廠進(jìn)行加工封測，快速實(shí)現(xiàn)芯片裝備化。鑒于當(dāng)時(shí)科研團(tuán)隊(duì)所擁有的資源、行業(yè)生態(tài)環(huán)境，第二條技術(shù)路線可以充分應(yīng)用國外芯片完備的生態(tài)環(huán)境和成熟工藝，無疑是一種理性、合理的考量。

李立浧院士立場鮮明，“一定要站在國家發(fā)展的角度”“一定要目標(biāo)遠(yuǎn)一點(diǎn)”“一定要不僅僅能夠替代國外的芯片，而且可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)超前”。李鵬作為項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人提出，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)和加工生產(chǎn)上受制于人，難言自主可控和長遠(yuǎn)發(fā)展。

就這樣，團(tuán)隊(duì)在李鵬強(qiáng)力領(lǐng)導(dǎo)下，在質(zhì)疑聲中，艱難踏上第一條技術(shù)路線——自主研發(fā)。至2016年，經(jīng)團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證，初期設(shè)定的技術(shù)路線可行，開始集中精力，攻克核心技術(shù)難點(diǎn)。

每當(dāng)團(tuán)隊(duì)灰心喪氣、止步徘徊，李立浧院士總會(huì)鼓勵(lì)年輕人，不要怕、大膽嘗試。他講述過去帶領(lǐng)科研人員，跨越直流輸電技術(shù)領(lǐng)域“無人區(qū)”重重障礙的經(jīng)歷。那時(shí)同樣歷經(jīng)數(shù)年核心技術(shù)攻關(guān)，最終取得突破、實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先的科研成果，并將輸電設(shè)備銷售至海外發(fā)達(dá)國家。

團(tuán)隊(duì)成員感慨，“我們曾經(jīng)很孤獨(dú)、很難熬，但李院士的意志力比我們都強(qiáng)。他很有魄力，認(rèn)準(zhǔn)了一件事，就會(huì)義無反顧支持我們”。李立浧院士、李鵬認(rèn)準(zhǔn)了這個(gè)技術(shù)發(fā)展方向——發(fā)展自主可控電力芯片，無論是對(duì)國家，還是南方電網(wǎng)公司，都非常有意義，“這不僅是芯片技術(shù)的突破，也可以同時(shí)提升我國電網(wǎng)裝備水平，推動(dòng)電網(wǎng)裝備升級(jí)換代”。

在李立浧、李鵬的積極協(xié)調(diào)下，南方電網(wǎng)公司從人員、資金等各方面給予團(tuán)隊(duì)支持。李立浧院士在不同場合，積極推介南方電網(wǎng)公司芯片裝備化的重要價(jià)值和潛力，為團(tuán)隊(duì)年輕人站臺(tái)、發(fā)聲，堅(jiān)信“國產(chǎn)芯片裝備化”這一天一定會(huì)到來。

對(duì)于電力專用芯片國產(chǎn)化，投入太早，可能會(huì)沉入海底；投入太晚，則“趕不上趟”。團(tuán)隊(duì)成員一邊進(jìn)行艱難的技術(shù)突破，一邊“等風(fēng)來”。2017年一次黨委會(huì)議，議題是再度確立研發(fā)國產(chǎn)電力芯片，并進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目申報(bào)工作。當(dāng)時(shí)，國產(chǎn)CPU內(nèi)核生態(tài)尚不成熟，是站在國家角度使用國產(chǎn)CPU內(nèi)核并推動(dòng)其發(fā)展，還是使用成熟完備的進(jìn)口CPU內(nèi)核？眾人意見不一，有合作廠商表示，如果南方電網(wǎng)公司確定未來采用國產(chǎn)CPU內(nèi)核來研發(fā)芯片，則要終止合作。面對(duì)不同的聲音，李鵬一錘定音：“一定要用國產(chǎn)CPU內(nèi)核，一定要全部自主化”。回蕩在會(huì)議室里的答案，堅(jiān)定、果決，為大家掃去徘徊的疑云。

2017年，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)指南發(fā)布，電力專用CPU芯片及嵌入式操作系統(tǒng)寫入其中。趁東風(fēng)，團(tuán)隊(duì)蓄勢待發(fā)。

2018年3月，在申請(qǐng)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“電力系統(tǒng)終端嵌入式組件和控制單元安全防護(hù)技術(shù)”最后一輪答辯現(xiàn)場，南方電網(wǎng)公司團(tuán)隊(duì)因采用國產(chǎn)化技術(shù)更徹底、研制芯片性能指標(biāo)更優(yōu)，更符合數(shù)字化發(fā)展趨勢，在競爭中脫穎而出。

2018年底，研發(fā)計(jì)劃申報(bào)結(jié)果塵埃落定，花落南網(wǎng)，研發(fā)國產(chǎn)電力專用芯片是計(jì)劃中的重要組成部分。不過，四周質(zhì)疑聲依然不絕于耳，覺得他們“搞不出來”。“不可能放棄，別人越不信任，越要把這個(gè)項(xiàng)目做好”，團(tuán)隊(duì)核心成員達(dá)成一致，不僅要把芯片設(shè)計(jì)出來，而且還要按時(shí)把芯片樣片交付。

此時(shí)，從項(xiàng)目正式立項(xiàng)，到交付樣片，只有不到12個(gè)月。

2018年12月1日，團(tuán)隊(duì)部分人員正在美國參加綠色能源方面的交流活動(dòng)。這天，孟晚舟在加拿大溫哥華被捕。得知這一消息，他們內(nèi)心五味雜陳，悲愴之中混雜著孤勇，“核心技術(shù)靠別人靠不來，一定要把芯片搞出來”！

每天清晨8點(diǎn)、下午5點(diǎn)、凌晨2點(diǎn)，不到20人的核心團(tuán)隊(duì)成員三班倒。設(shè)計(jì)、流片、封裝、測試……所有環(huán)節(jié)，大家與時(shí)間賽跑、搶抓進(jìn)度。2019年3月，李鵬將芯片正式命名為“伏羲”，寄望“代表電網(wǎng)裝備核心器件從零到一的突破”。

2019年9月底，“伏羲”樣片正式交付，進(jìn)度和速度快得驚人，也再度帶來質(zhì)疑。10月的一天，一名項(xiàng)目責(zé)任專家“空降”芯片應(yīng)用現(xiàn)場，突擊檢查進(jìn)度，看到工作人員正在使用樣片進(jìn)行測試，樣片尚未研制成功的傳言不攻自破。11月，相關(guān)配套裝置生產(chǎn)完成；12月，開始投入初期驗(yàn)證、使用。

為盡早解決國家芯片長期依賴進(jìn)口的問題，李鵬等人決心將國家項(xiàng)目試制的芯片盡快進(jìn)行量產(chǎn)。在示范驗(yàn)證時(shí)間及場景還不是特別充分的條件下，進(jìn)行這樣的突破，意味著風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。時(shí)間短、壓力大、任務(wù)重，李立浧院士對(duì)團(tuán)隊(duì)成員說：“我們只有加快速度，才能滿足國家發(fā)展的應(yīng)用需求。不要躊躇不前，不要有所顧忌，失敗了也是經(jīng)驗(yàn)?！崩盍圃菏客瑫r(shí)向南方電網(wǎng)公司提出，要把團(tuán)隊(duì)的資金、人員配置好，讓大家“安安心心干事情”。

一名團(tuán)隊(duì)成員，父親病重，需要?jiǎng)邮中g(shù)，她堅(jiān)持沒有請(qǐng)假，其弟弟不得不從深圳趕到廣州的醫(yī)院陪床。一名成員，在西藏因高原反應(yīng)，正在打點(diǎn)滴，接到公司電話后，立即舉著吊瓶，找到一家網(wǎng)吧，開始修改方案。一名成員，愛人生寶寶這天，還在主持線上工作……

一名團(tuán)隊(duì)骨干說：“我們就是在做該做的事、我們認(rèn)為正確的事。大家除了對(duì)工作的責(zé)任，還有對(duì)夢想的追逐?！碧と腚娏I(yè)芯片研制的“無人區(qū)”，一步步構(gòu)建自主可控的生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造全鏈條國產(chǎn)化，團(tuán)隊(duì)成員秉懷責(zé)任與使命，傾注心血與汗水，終于迎來轉(zhuǎn)機(jī)。

在南方電網(wǎng)公司資金、人員支持下，“伏羲”團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)一系列攻關(guān)和突破，將芯片綜合性能提高到過去進(jìn)口芯片的1.5倍。在抵御網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴方面，團(tuán)隊(duì)也通過一系列技術(shù)方案，滿足電網(wǎng)控制業(yè)務(wù)量大、數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理的需求，將抵御網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的能力提升60倍，進(jìn)一步提升電網(wǎng)二次裝備的裝置和性能。

由科研成果到量產(chǎn)，團(tuán)隊(duì)最熟悉其中的兇險(xiǎn)，稱這一段路為“死亡之谷”?！八婪ㄓ泻芏喾N，性能、現(xiàn)場條件、價(jià)格、市場手段……成功的，不到0.1%”。

踏入市場、推介“伏羲”芯片初期，“伏羲”幾經(jīng)冷眼。團(tuán)隊(duì)成員也理解：“國產(chǎn)芯片需要機(jī)遇，很多設(shè)備廠商已經(jīng)使用進(jìn)口芯片，而且運(yùn)轉(zhuǎn)得很好，一時(shí)間很難替換為國產(chǎn)芯片”。

一次，一家公司最初同意使用“伏羲”，但用起來發(fā)現(xiàn)“有些不順手”，又考慮到更換掉過去的進(jìn)口芯片、重新搭建系統(tǒng)也要投入不小成本，想要放棄。團(tuán)隊(duì)一次次登門，提供技術(shù)支持，并逐步搭建起技術(shù)平臺(tái)。團(tuán)隊(duì)成員一句“我們支持你們把芯片用好，讓裝置性能更優(yōu)”，漸漸打消對(duì)方疑慮。

還有一家公司，將信將疑地使用芯片后，出現(xiàn)故障，查找很多次都找不到原因。團(tuán)隊(duì)得知后，立刻派去芯片研發(fā)技術(shù)人員，經(jīng)過探查，發(fā)現(xiàn)是程序使用問題。看到問題順利得到解決，對(duì)方說：“你們真的很牛！”

……

正如團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人習(xí)偉所堅(jiān)信的：“所有的事情看大勢，任何時(shí)候都不能放棄。我們相信路是對(duì)的，任何困難和波折就都能克服。我們始終堅(jiān)信，終歸是有機(jī)會(huì)的?！?/p>

2021年至今，團(tuán)隊(duì)的付出得到越來越多認(rèn)可，“伏羲”芯片逐步應(yīng)用于繼電保護(hù)、變電站自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化等領(lǐng)域。中國工程院院士倪光南、吳漢明、李立浧，以及國家科技部責(zé)任專家一致認(rèn)為：“基于國產(chǎn)CPU核的電力專用主控實(shí)現(xiàn)了全面國產(chǎn)化，可以徹底擺脫歐美國家在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的限制，在電力能源等國家命脈行業(yè)推廣應(yīng)用更符合國家發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)于國家信息安全和工業(yè)控制領(lǐng)域自主可控，都有非常重大的意義。”2021年底，“伏羲”芯片入選“2021年度央企十大國之重器”榜單。

李鵬常和團(tuán)隊(duì)成員說，“一輩子，就做一兩件事”。十年磨一劍，坎坷而不易。每當(dāng)團(tuán)隊(duì)成員遇到一個(gè)又一個(gè)難點(diǎn)與質(zhì)疑時(shí)，因?yàn)椤靶闹械男拍睢?，他們選擇扛過難關(guān)?！澳戏诫娋W(wǎng)公司是站在國家角度，承擔(dān)著巨大的風(fēng)險(xiǎn)和壓力，把這件事做成”。當(dāng)初李立浧院士的決策與判斷，鞭策著團(tuán)隊(duì)，將家國理想化作現(xiàn)實(shí)。

與此同時(shí)，南方電網(wǎng)公司從制度等層面，不斷為團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造更好的創(chuàng)新氛圍和發(fā)展環(huán)境。經(jīng)過多年累積，在中國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)入高質(zhì)量發(fā)展新階段背景下，南方電網(wǎng)2019年、2020年連續(xù)兩年印發(fā)《公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)行動(dòng)方案》，明確公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)和方向。2019年，南方電網(wǎng)公司進(jìn)一步落實(shí)黨中央重大決策部署、把握第四次工業(yè)革命歷史機(jī)遇，成立南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司（簡稱“南網(wǎng)數(shù)研院”），進(jìn)一步推動(dòng)智能電網(wǎng)、數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)。2019年10月，南網(wǎng)數(shù)研院芯片和人工智能應(yīng)用研究所成立。

2020年適逢國企改革三年行動(dòng)全面啟動(dòng)，團(tuán)隊(duì)成員明顯感覺到，制度的靈活與務(wù)實(shí)帶來生機(jī)和活力，“比如‘三能’，干部能上能下，員工能進(jìn)能出，收入能增能減。在這個(gè)過程中，吸引了很多人才，也激勵(lì)了大家干事創(chuàng)業(yè)積極性”。

2021年上半年，為進(jìn)一步激發(fā)團(tuán)隊(duì)活力，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)換齊頭并進(jìn)，芯片和人工智能應(yīng)用研究所改組為技術(shù)研發(fā)中心，包括芯片與智能終端、智能傳感、人工智能與智能軟件、綠色能源研發(fā)四支團(tuán)隊(duì)。

為深入貫徹落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，“伏羲”芯片團(tuán)隊(duì)表示，將在新能源領(lǐng)域積極作為，解決新能源發(fā)展接入問題，助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。目前，除了在電力行業(yè)內(nèi)得到認(rèn)可和應(yīng)用，“伏羲”芯片也逐漸輻射至不同行業(yè)領(lǐng)域，獲得越來越多合作機(jī)會(huì)，“我們已經(jīng)看到路越走越亮，我們相信，未來一定也會(huì)和直流設(shè)備一樣，走出國門、走向世界”。