國網(wǎng)智芯公司徐鯤鵬表示：智芯公司在國家電網(wǎng)公司的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，業(yè)務(wù)范圍跨越了能源和電子行業(yè)。談到未來發(fā)展目標(biāo)，徐總表示，智芯公司未來的發(fā)展目標(biāo)是一個復(fù)合性的。首先，智芯公司業(yè)務(wù)范圍將不僅局限于電力行業(yè)，而是要向整個工業(yè)行業(yè)拓展，全產(chǎn)業(yè)鏈的布局。致力于“鑄造工業(yè)最強芯”，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)保駕護(hù)航。其次，智芯公司致力于成為世界一流的工業(yè)芯片企業(yè)。盡管目前智芯公司和世界優(yōu)秀的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)仍存在一定的差距，但我們將通過建立自己的生產(chǎn)線和全產(chǎn)業(yè)鏈布局的方式，努力縮小與這些企業(yè)的差距，建設(shè)世界一流的工業(yè)芯片企業(yè)。
9月10日上午，北京智芯微電子科技有限公司市場總監(jiān)兼載波通信事業(yè)部總經(jīng)理徐鯤鵬出席2023能源電子產(chǎn)業(yè)(信息通信)創(chuàng)新發(fā)展論壇，并發(fā)表了《自主芯片為新型電力系統(tǒng)建設(shè)保駕護(hù)航》的主題演講，中國科技新聞網(wǎng)針對徐總的演講進(jìn)行了專訪。
據(jù)悉，智芯公司作為國家電網(wǎng)公司在芯片領(lǐng)域的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)單位，連續(xù)九年被評為“中國十大集成電路設(shè)計企業(yè)”，近三年穩(wěn)居第三。
能源轉(zhuǎn)型階段，自主、可靠、安全是電力芯片面臨的挑戰(zhàn)與突破
徐總提到，在“碳達(dá)峰碳中和”背景下，我國正處于能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，從傳統(tǒng)的火力發(fā)電轉(zhuǎn)變成以風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電為主體，集中式與分布式并存，源網(wǎng)荷儲高效協(xié)同互動，多能互補的綜合性新型電力系統(tǒng)。
與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)中用戶角色發(fā)生了變化，既是電力消費者也是電力生產(chǎn)者。這種變化對于電力系統(tǒng)的可觀、可測、可控帶來了新的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，需要應(yīng)用更高性能、更安全、更可靠的自主芯片來提高對新型電力系統(tǒng)的感知、預(yù)測和調(diào)節(jié)能力。
芯片作為電網(wǎng)各類智能設(shè)備的基礎(chǔ)器件，將能源技術(shù)與電子信息技術(shù)相融合，是實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)載體。通過將芯片技術(shù)與能源技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動新型電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展。
1.自主性
徐總在專訪中提到了我國電網(wǎng)領(lǐng)域所面臨的一些挑戰(zhàn)。我國擁有全球最大、最復(fù)雜的電網(wǎng)，作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的電力設(shè)備，我們的核心芯片長期受制于國外。國外廠商通過特有的芯片內(nèi)核、芯片架構(gòu)以及操作系統(tǒng)的技術(shù)專利，形成了一定程度的專利壁壘，一旦國外芯片供應(yīng)出現(xiàn)問題或斷供，將嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
在2010年以前，由于我國電力設(shè)備中所用的芯片90%以上依賴國外進(jìn)口，高端的芯片主要來自歐美企業(yè)，中低端的芯片主要來自日韓企業(yè)，這給我國電力行業(yè)帶來了信息安全、價格高昂、供貨不及時等一系列問題。在這種情況下，電力芯片的第一個關(guān)鍵技術(shù)自主性受到了嚴(yán)重的沖擊。
針對自主性受阻問題，智芯公司在芯片內(nèi)核架構(gòu)以及操作系統(tǒng)層面進(jìn)行了大量的自主研發(fā)。在芯片內(nèi)核層面，在開源的RISC-V的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)出高安全、高實時、高可靠的電力全自主芯片內(nèi)核及相關(guān)的產(chǎn)品，通過了南徳功能安全認(rèn)證和賽迪研究院的源碼自主認(rèn)證。
在芯片架構(gòu)方面，智芯公司也開發(fā)了一系列基于電力業(yè)務(wù)模型的平臺架構(gòu)，如多核異構(gòu)的芯片架構(gòu)，在操作系統(tǒng)層面研發(fā)出了系列化“樞紐”嵌入式操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)的內(nèi)核代碼和組件代碼通過了賽迪研究院的自主認(rèn)證。
2.可靠性
徐總提到的電力芯片面臨的第二個棘手的問題是可靠性。電力行業(yè)對電力芯片的可靠性要求非常高，要求在7×24小時不間斷的使用15年以上，并且不能出現(xiàn)任何故障。電力芯片需要應(yīng)對各種惡劣的工作環(huán)境，例如極寒、極熱、高濕、高鹽霧和強電磁干擾等，這些環(huán)境因素會對芯片的性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，因此必須確保芯片的可靠性。
提高芯片的可靠性并不僅僅依賴于芯片設(shè)計，還需要從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度出發(fā)，智芯公司從芯片設(shè)計、流片以及封裝等全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。
在芯片設(shè)計環(huán)節(jié)，針對寬溫區(qū)的需求，智芯公司通過熱電仿真聯(lián)合設(shè)計，進(jìn)行局部熱電平衡，避免過熱區(qū)域集中。同時，增加監(jiān)測電路，一旦超過溫度閾值，即通過軟硬件協(xié)同的措施來降低芯片功耗，以達(dá)到降溫的目的。針對強電磁的環(huán)境，智芯公司研制出了瞬態(tài)脈沖檢測電路，有效偵測電磁干擾信號。同時，開發(fā)了多級泄放電路和電磁噪聲回消電路，可對電磁信號進(jìn)行快速泄放和消除。
在流片環(huán)節(jié)，智芯公司開展特色器件結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計。針對強電磁，通過在器件功能區(qū)外側(cè)增加三道環(huán)形溝槽隔離環(huán)，形成全包覆屏蔽結(jié)構(gòu)，有效阻擋外部的電磁干擾進(jìn)入器件內(nèi)部。針對過電應(yīng)力，通過結(jié)構(gòu)尖角墊氧化層修復(fù)技術(shù)，平滑了尖端電場分布，有效提升了抗經(jīng)時過電應(yīng)力能力。
在封裝環(huán)節(jié)，智芯公司研制出具有多重界面反射、吸收特性的Fe/Si磁納米材料，將外部電磁干擾的強度衰減至10%以下;針對電力用的無線通信芯片，我們開發(fā)出多頻點阻抗匹配的選頻諧振結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)對需要同外部通信的信號鏈路進(jìn)行信號增強，對不需要同外部通信的信號鏈路進(jìn)行了有效的電磁屏蔽，可大幅提升芯片的抗電磁能力。
3.安全性
徐總介紹到，隨著我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，電力智能終端的數(shù)量愈發(fā)龐大，分布愈發(fā)廣泛，針對電力芯片的攻擊方式也變得越來越復(fù)雜和多樣化，如代數(shù)攻擊、故障注入攻擊、信號提取攻擊、側(cè)信道攻擊、FIB攻擊等，這些攻擊方式會對電力芯片的安全性和穩(wěn)定性造成極大的威脅，因此提高電力芯片的安全性變得刻不容緩。
智芯公司在安全關(guān)鍵技術(shù)方面所做的研究，主要是包括算法層面和硬件電路層面。在算法層面，智芯公司研究了國內(nèi)外分組、序列、公鑰、哈希算法共30多種的密碼算法，形成了高速、低功耗、高安全的核心技術(shù)，建立了各種電力芯片物理泄露信息模型，突破了主動防護(hù)屏蔽層的相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建全通路芯片安全防護(hù)體系，廣泛應(yīng)用于各類電力安全芯片中，達(dá)到國密安全的最高等級，并通過國際頂級安全實驗室Brightsight預(yù)檢測。
智芯公司在芯片設(shè)計方面的成果
智芯公司在芯片設(shè)計方面的造詣遠(yuǎn)不僅如此，智芯公司通過十三年的努力，在國網(wǎng)公司的統(tǒng)籌指導(dǎo)下，聯(lián)合國內(nèi)主流的終端廠商，梳理了電網(wǎng)各環(huán)節(jié)應(yīng)用到的典型設(shè)備及關(guān)鍵的芯片，所需產(chǎn)品總計達(dá)到了1000多款芯片。
智芯公司在工業(yè)芯片可靠性提升、高可靠定制化工藝、高精度模型、自主CPU內(nèi)核和操作系統(tǒng)等領(lǐng)域取得了一系列重大突破，成功開發(fā)出“安全、主控、通信、傳感、射頻識別、模擬、人工智能、存儲”8大類270余款工業(yè)芯片產(chǎn)品，廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)輸變配用及調(diào)度的各個環(huán)節(jié)，也推廣到了能源電子、軌道交通、石油石化等工業(yè)領(lǐng)域，業(yè)務(wù)范圍覆蓋全國32個省市、自治區(qū)和海外的100多個國家。(那珊
作者：那珊
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