編者按

科技興則民族興，科技強則國家強。

習近平總書記指出，要從國家急迫需要和長遠需求出發(fā)，在高端芯片等方面關鍵核心技術上全力攻堅。要加快推動關鍵技術、核心產(chǎn)品迭代升級和新技術智慧賦能，提高國家能源安全和保障能力。

國家電網(wǎng)有限公司深入貫徹落實習近平總書記重要論述和重要指示批示精神，踐行“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，以科技創(chuàng)新引領電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展、保障高水平安全，強化數(shù)字化智能化技術與電網(wǎng)業(yè)務深度融合，提升關鍵零部件國產(chǎn)化替代水平，書寫高水平科技自立自強的電力篇章。

鑄造工業(yè)最強芯，為電網(wǎng)發(fā)展注入智慧“芯”力量。電網(wǎng)頭條特別策劃“超級電網(wǎng)里的中國芯”系列報道，帶您一起探尋我國電力芯片的自主創(chuàng)新之路。今天推出第3篇——電力芯片大規(guī)模國產(chǎn)化替代，讓能源飯碗端得更牢！

能源保障和安全事關國計民生，是須臾不可忽視的“國之大者”。多年來，國家電網(wǎng)公司持續(xù)強化能源技術革命，加強技術研發(fā)，搶占電力科技最前沿、制高點，積極鍛造能源電力國家戰(zhàn)略科技力量，堅決端牢能源飯碗。

電力芯片，作為新型電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)字化、智能化轉型的關鍵元件，如今，不僅實現(xiàn)了自主可控、大規(guī)模國產(chǎn)化替代，還達到了國際領先水平，為我國新型電力系統(tǒng)建設注入了智慧“芯”力量。

▲國網(wǎng)智芯公司副總工程師兼數(shù)字化部主任王連忠向電網(wǎng)頭條記者介紹電力芯片在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用。

芯片大規(guī)模應用可靠性保障技術全球領先

-50℃～125℃下“值守”，一干就超15年

小小的芯片，雖然只是電力設備和系統(tǒng)的基本單元，但對新型電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行至關重要。

在過去，我國電力系統(tǒng)關鍵設備，如繼電保護核心芯片大多依賴進口。為了擺脫“卡脖子”的境遇，國家電網(wǎng)公司所屬北京智芯微電子科技有限公司自2010年成立起，就始終把核心技術攻關放在科研首位，攻克了芯片架構設計、可靠性機理與建模、器件工藝等一系列關鍵技術難題，實現(xiàn)了國產(chǎn)電力芯片諸多領域“從0到1”的突破。

如果說消費級芯片追求的是制程，28納米、14納米、7納米、5納米……在“摩爾定律”的路上一路狂奔，那么，工業(yè)級芯片追求的則是極致可靠和安全穩(wěn)定。

電力系統(tǒng)是世界上最復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡之一。電力設備大多安裝在戶外，電力芯片需要耐得住吐魯番的酷暑、漠河的極寒，經(jīng)得住梅雨季的潮濕、沿海的鹽霧，扛得住變化無常的沙暴、強烈的電磁干擾……

電力芯片如何在惡劣工況下高可靠、長壽命地運行，是一項國際難題。

對電力“中國芯”來說，在復雜、惡劣的環(huán)境條件下，實現(xiàn)7×24小時全天無間斷、穩(wěn)定運行15年甚至20多年，是一道闖關必答題。

一顆工業(yè)芯片有上百億個晶體管，每一個都不容出錯。這種極致苛刻的要求如何滿足？芯片可靠性如何提升？

為此，國網(wǎng)智芯公司芯片研發(fā)團隊歷時多年，踏遍祖國大江南北，深入應用現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，從最低氣溫零下50攝氏度的東北，到日均最高氣溫40攝氏度以上的新疆，從高濕高鹽霧的浙江，到平均海拔4000多米的西藏，他們搜集整理出涵蓋極寒、極熱、高濕等10余種30多類環(huán)境因素下電力系統(tǒng)各類設備運行的關鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)電力芯片高可靠性設計奠定了基礎。

從毫米級封裝、微米級電路到納米級器件，團隊開創(chuàng)性地建立了涵蓋多物理場、工藝節(jié)點、器件結構、材料和工藝偏差的全要素高精度可靠性模型，解決了在設計階段難以精準預測工業(yè)芯片壽命的技術難題。

經(jīng)過多年努力，他們開發(fā)出滿足電力復雜環(huán)境要求的特色器件結構與材料，將國產(chǎn)電力芯片產(chǎn)品的工作溫度范圍從零下25攝氏度至85攝氏度拓展到零下50攝氏度至125攝氏度，動態(tài)抗電磁能力提升20倍。

2018年

寬溫區(qū)、抗強電磁干擾、耐高壓、長壽命的國產(chǎn)電力芯片研制成功，達到國際領先水平。

從無到有，國網(wǎng)智芯公司堅持不懈攀登技術高峰，建立了國內(nèi)工業(yè)應用場景的芯片可靠性體系化標準，建成了國內(nèi)領先的芯片設計分析實驗室、芯片可靠性技術研究實驗室、國內(nèi)首家致力于工業(yè)芯片質(zhì)量技術研究檢驗檢測的實驗室，實現(xiàn)了芯片大規(guī)模應用可靠性保障技術全球領先。

8大類290余款芯片40億應用量

大規(guī)模國產(chǎn)化替代，電力“中國芯”銷冠誰與爭鋒

在可靠性技術的加持下，越來越多“中國第一”“國際領先”的電力“中國芯”橫空出世。

我國首款電力高性能主控芯片、首款電力智能視覺一體化芯片、首款通過車規(guī)標準認證的納安級主控芯片、首款具有完全自主知識產(chǎn)權且性能指標國際領先的高精度ADC芯片……

一系列國產(chǎn)化工業(yè)芯片和“中國芯”優(yōu)秀技術創(chuàng)新產(chǎn)品，合力助推電力裝備產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)數(shù)字化智能化轉型升級，讓我國電力領域核心芯片實現(xiàn)了從“進口通用”向“自主專用”的轉變。

目前，國網(wǎng)智芯公司已成功研制出具有自主知識產(chǎn)權的安全、主控、通信、傳感、射頻識別、存儲、人工智能、模擬8大類290余款芯片產(chǎn)品，在全國電力行業(yè)實現(xiàn)大規(guī)模應用。

國網(wǎng)智芯公司也打造了“獵鷹”人工智能系列芯片、“海燕”主控系列芯片等具有行業(yè)影響力的明星子品牌，建成了國內(nèi)最大的芯片嵌入式軟件生產(chǎn)發(fā)行基地，具備了芯片設計、流片工藝封裝材料、生產(chǎn)制造、檢測檢驗等全流程服務能力，業(yè)務范圍覆蓋我國34個省級行政區(qū)，累計應用量超過40億顆，成功將電力芯片國產(chǎn)化率由2010年不足5%提升至80%以上。

截至目前，該公司累計申請國內(nèi)外專利2800余件，授權專利1700余件，發(fā)明專利申請量和授權量實現(xiàn)連續(xù)多年高質(zhì)量發(fā)展。

加快電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展，推動新型電力系統(tǒng)建設，國網(wǎng)智芯公司構建了以全面感知、邊緣計算、廣泛互聯(lián)、人工智能、安全防護為核心的五大技術支撐能力。

新型電力系統(tǒng)建設催生出億級的芯片需求。如今，無以計數(shù)的高安全、高可靠、高集成、低功耗的高端工業(yè)級“中國芯”在芯片無塵車間里誕生，被應用到了電力發(fā)、輸、變、配、用、儲及調(diào)度各個環(huán)節(jié)，成為了新型電力系統(tǒng)中的核心器件。

如果將不同種類的芯片以人體作喻，主控芯片就好比人的大腦，能高效完成數(shù)據(jù)的分析、處理和控制；傳感芯片就好比人的感知器官，能感知外界的環(huán)境和變化；通信芯片就好比人的神經(jīng)系統(tǒng)和血管，善于信息傳輸與交互；安全芯片就好比給人戴上安全帽，有效保障了安全；射頻識別芯片就好比人的身份證號碼，可以代表那個唯一的你……

各種芯片協(xié)作配合、發(fā)揮所長，讓全方位感知、數(shù)字化管理、智能化決策、互動化交易等一系列智能高效操作，成為了新型電網(wǎng)運行的基本日常。

▲王連忠向電網(wǎng)頭條記者介紹國網(wǎng)智芯公司近年來在芯片自主研發(fā)方面取得的成績。

十八般武藝樣樣精通

讓電網(wǎng)“穩(wěn)”的基礎更扎實、“綠”的動能更強勁

從芯片可靠性到應用廣泛性，再到功能專業(yè)性，電力“中國芯”一路開掛升級，為新型電力系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)注入智慧能量，展現(xiàn)出非凡實力。

近年來，新型電力系統(tǒng)建設加快推進，對電力設備提出了面對實時業(yè)務響應快、能夠管理復雜業(yè)務計算等一系列特殊要求。國網(wǎng)智芯公司研發(fā)團隊再次迎難而上，實現(xiàn)了芯片的高集成、強實時、大算力，保障電力裝備具備實時在線監(jiān)測、故障快速響應、系統(tǒng)自動恢復等功能，在高端芯片領域規(guī)模化應用，實現(xiàn)芯片的自主可控。

在服務新能源發(fā)展方面

在電力“中國芯”的加持下，無數(shù)的“千里眼”“智慧腦”在海量的電網(wǎng)設備上大展身手，成功馴服風和光，支撐高比例新能源接入，讓每一場風都不白刮，讓每一縷陽光都有價值。于是，“海上風起綠電來”“張北的風點亮北京的燈”……截至2024年年底，全國風電裝機約5.1億千瓦，全國光伏裝機約8.4億千瓦，利用率保持在95%以上。

在服務堅強智能電網(wǎng)方面

在電力“中國芯”的加持下，輸電線路全景監(jiān)測平臺成功上線，一雙雙植入AI芯片的“大眼睛”，成為了輸電線路上的忠實“保鏢”，實現(xiàn)監(jiān)測信息的實時分析與響應，做到消除隱患“快、準、狠”，有力保障了特高壓“高速路”的安全穩(wěn)定運行。

目前，國家電網(wǎng)已建成“22交16直”38項特高壓工程，“西電東送”“北電南供”規(guī)模不斷擴大。通過電網(wǎng)“大動脈”，僅僅幾毫秒，新疆的風順利跨越幾千公里點亮了華東的燈，青海的綠電也長驅(qū)直入送至中原。

在支撐源網(wǎng)荷儲互動與多能互補方面

電力“中國芯”是推動源、網(wǎng)、荷、儲協(xié)調(diào)聯(lián)動的重要角色，讓“源儲一體”“網(wǎng)荷互動”，為清潔低碳、安全高效的能源體系筑牢自主可控的屏障。

有了內(nèi)置電力“中國芯”的充電樁，新能源汽車車主不僅能為愛車便捷“補能”，還能實現(xiàn)“有序無感補能”。只要用戶設置好充電目標和出發(fā)時間，充電樁就可以“聰明”地為車主安排最為合適的充電時間與充電功率，解決電動汽車充電與電網(wǎng)負荷的協(xié)調(diào)問題。

“面向源網(wǎng)荷儲協(xié)同的新型電力智能化管控系統(tǒng)研制及規(guī)模化應用”項目，研制了面向工業(yè)應用的人工智能芯片、協(xié)同管控系統(tǒng)等產(chǎn)品，榮獲“中國智能科學技術最高獎”的“吳文俊人工智能科學技術獎”2023年度科技進步獎二等獎。

近年來，國網(wǎng)智芯公司圍繞新型電力系統(tǒng)可觀、可測、可調(diào)、可控的技術需求，在芯片智能全面感知、輕量化、低成本等方面下足了功夫。

王連忠自豪地展示了團隊最新研發(fā)的SoC五合一芯片。“這顆芯片集成了主控、藍牙、計量、通信、時鐘5顆芯片，大大降低了終端設備的體積和成本。以光伏監(jiān)測為例，可以將邊端側監(jiān)測成本降至以前的四分之一至五分之一。”

▲王連忠介紹SoC五合一芯片。

越來越多自主可控的源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動核心器件被成功研發(fā)，讓新型電力系統(tǒng)有了更硬實的“骨骼肌肉”、更敏感的“神經(jīng)網(wǎng)絡”，讓電網(wǎng)“穩(wěn)”的基礎更扎實，“綠”的動能更強勁。

此外，隨著新型電力系統(tǒng)建設加速推進，保障信息安全至關重要。如今，電力“中國芯”中的安全芯片也廣泛應用于電力工業(yè)領域各類終端設備中，為新型電力系統(tǒng)構筑起牢固的信息安全防線。國網(wǎng)智芯公司“密碼芯片系統(tǒng)的攻防關鍵技術研究及應用”項目榮獲國家科學技術進步獎二等獎，“一種分組加密算法防攻擊的掩碼方法和裝置”專利為芯片安全防護提供了可靠的解決路徑。

小小的芯片，蘊藏大大的能量。指甲蓋大小的身軀里不僅承載著高精尖的核心技術，更承載著支撐電網(wǎng)數(shù)字化、智能化轉型的使命。

如今，國網(wǎng)智芯公司自主研發(fā)的芯片產(chǎn)品，不僅在電力領域大放異彩，還在石油、石化、汽車、電子等領域廣泛應用，部分芯片出口至100多個國家和地區(qū)，開創(chuàng)了“以芯片應用帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，由電力輻射各工控領域”的創(chuàng)新模式，實現(xiàn)了我國電力專用芯片從“受制于人”到“走向世界”的重大轉變。

芯片，被譽為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”、信息時代的核心基石。通過周密的頂層設計和幾代人的艱苦努力，現(xiàn)在電力“中國芯”的核心技術掌握在中國人自己的手里，電力領域工業(yè)芯片國產(chǎn)化進程不斷加快，科技創(chuàng)新之路也越走越寬、越走越遠。

越來越多的“中國芯”

如熠熠生輝的明珠

鑲嵌在各行各業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)

成為推動

我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的

關鍵“芯”力量

為加快推進高水平科技自立自強

譜寫中國式現(xiàn)代化新篇章

貢獻更多的“中國智慧”