人民日报：国内首款电力专用芯片“伏羲” 保障了自主核心知识产权
2022-01-25 青野云麓
2022-01-25 来源：人民日报
随着电网数字化进程的推进，芯片对于电网的影响不断加深，构成电网的基础业务单元从设备级逐步下探至元件级，芯片被赋予越来越多的技术发展重任。
电网数字化建设的基础单元——电力专用芯片
为应对电网数字化、网络化发展下的精准测控控制需求，中国南方电网有限责任公司依托国家重点研发计划，基于国产自主CPU内核和封测技术，集中公司科研力量重点攻关，历经5年研制、多场景验证，研发了国内首款基于国产指令架构、国产内核的电力专用主控芯片“伏羲”。
“伏羲”芯片采用C-sky国产指令集，玄铁系列国产内核作为计算核心，保障了芯片核心知识产权自主可控；首创了满足电力工控应用需求的电气参量计算、电力网络通信、数据并行处理、网络安全防护等专用硬件算法IP，有效实现电网数字化转型对电力装备基础算力提升、网络安全防护需求的支撑。在通用计算能力以及融合业务的实时计算等方面，“伏羲”性能优势突出、功耗小。
自主研发推进芯片国产化
2013年，“伏羲”团队研发出高集成、小型化、动作快、高可靠的控制保护装置“芯片化保护”。比起传统装置，这种新装置体积缩小至2%，功耗降低85%，动作速率提升20%，整体防护等级达IP67，运行环境温度拓宽至-40—85°C。
在此基础上，团队启动第二阶段攻关，进行国产电力专用芯片的研究设计工作，旨在开启电力工控装备核心元器件的新篇章。
“伏羲”芯片不仅是一颗国产芯片，亦是电力工控装备数字化芯片；不仅承载着电网关键设备核心器件国产化的使命，更承担着支撑电网数字化建设、发展的重任，助力电网关键设备核心器件向自主专用发展。
支撑数字电网建设
“伏羲”芯片自2019年底在变电站继电保护应用以来，已先后在变电、配电、新能源、边缘计算等领域的近30类装置成功应用，获得行业专家学者、各主流厂商的认可。未来，南方电网将秉承“成功一个试点一个，试点一个推广一片”的工作思路，逐步提高电网多领域场景新增设备的自主芯片覆盖率，实现国产工业控制芯片规模化应用，防范化解电网安全运行重大风险。
“数据雪崩”它能坦然应对，国产“伏羲”芯片有多强？
2022-01-25 来源：腾讯网
广泛应用在手机、电视、汽车、航天等领域的芯片，对5G、人工智能、物联网、无人驾驶等新技术的发展至关重要。不过，有一类芯片尽管较少走进公众视野，却同样与人们的生活密切相关，那就是工业控制类芯片。
电力控制保护装置主控芯片是保障供电安全和建设智能电网的核心器件，然而长期以来，我国众多控制、保护、测量装备的核心芯片缺乏国产自主能力，受制于人。为突破这一困局，南方电网数字电网研究院有限公司总经理李鹏及其团队经过8年努力，完整设计开发了我国第一款电力专用主控芯片——“伏羲”系列芯片。
5月20日，在全省科技创新大会上，“电力芯片保护关键技术攻关及核心器件国产化”项目获得2020年度广东省科技进步奖一等奖。
芯片级实时调度实现“龟兔协同”
当前，手机市场新品迭出，常以运算快、系统流畅为卖点。不过，与工业控制领域比，手机等智能终端处理的任务仍较为“平缓”。“相较之下，工业控制类芯片要具备复杂工况下的实时处理能力，在电力系统尤为重要。”李鹏说。
电网发生故障或扰动时的“数据雪崩”便是一类棘手场景。
“电网是实时控制的系统，其发电、输电、用电是在瞬间完成的，无法存储或临时转移。由于其数据量巨大，当电网发生故障或者扰动时，就可能面临‘数据雪崩’。”李鹏说，控制保护装置主控芯片的职责，就是在这种突发状况下保障电网的安全。
此前，我国工业控制芯片长期依赖国外技术和产品，这不仅无法满足我国电力技术发展的迫切需求，而且对我国能源行业的供应链安全造成了重大威胁，甚至存在重大的网络安全和电网稳定隐患。
在这样的背景下，2013年，南方电网组织专门团队，着手布局能够适用于电网控制保护装置核心芯片的设计研发。
芯片的设计研发是非常耗时费力的工程。8年多来，团队攻克了一个又一个困难。
“一个挑战来自芯片架构的设计。”李鹏介绍，为了同时满足工业控制系统快速性和灵活性的要求，“伏羲”芯片采用了异构系统架构，即在一块芯片上既要完成微秒级的实时信号处理，也要完成毫秒级的管理信号处理，“就好比一只兔子和一只乌龟，要在同一个跑道上同时跑步，还得保持互相之间的协同有序，能够互相照应。”李鹏说，团队通过实时调度等技术攻关，解决了芯片系统的稳定问题。
另一个挑战则是面临“雪崩式”的数据涌入时，必须保证芯片能快速反应和处理。
“通常这个环节都采用外挂电路实现，这一次我们采用‘独门绝技’，把外挂电路通过纳米级的芯片内部电路加以实现，并且固化成IP核，便于广泛推广。这项技术的创新性很强，我们花了比较大的气力，取得了较好成效。”李鹏说。
部分性能远超国际类似产品
从东部沿海到西部高原、从热带雨林到极寒地区，作为我国自主可控的第一款电力专用主控芯片，“伏羲”系列芯片在设计研发时经历了许多严苛环境的考验，可靠性得以验证。
历经艰辛，自主创新带来的果实是甘甜的。李鹏介绍，“伏羲”芯片的功能、性能达到国际先进水平，特别是在工业控制并行处理能力上，“伏羲”芯片远超国际类似产品。
“在成果应用和转化方面，我们采用‘伏羲’芯片开发了一系列高性能的芯片化电力保护装置，成效非常显著，芯片化装置的体积比传统装置缩小了40倍，功耗降低了6倍，动作速度提升了20%。”李鹏不无骄傲地说。
谈到此次获奖，李鹏说，企业最理解市场需求，创新动力更足。“尤其是南方电网作为中央企业，除了经济效益，更要关注社会责任，在产业链、创新链中发挥引领作用。”
不过，李鹏同时表示，创新仅靠企业“单打独斗”是不够的，需要“政产学研用”全链条参与。他介绍，在该项目推进过程中，科技部及广东省、广州市、黄埔区各级政府给予了大量支持，以李立浧院士为首的一批院士专家提供了技术上的指导，用户单位则不断反馈改建意见，整个链条都动了起来。
“特别是近年来，广东省大力发展战略性支柱产业和新兴产业，把发展高端半导体元器件列入新一代电子信息战略支柱产业，把半导体与集成电路、高端装备制造列入战略性新兴产业，提出要基本解决‘缺芯少核’问题，这给我们持续推进芯片设计研发强大的信心。”李鹏说。
在他看来，项目成果也将反哺广东高质量发展。“作为电力工控领域的首款专用芯片，这一成果将有助于补齐短板，做强广东产业链，带动形成芯片设计和制造产业集群。”
李鹏还透露，“伏羲”系列芯片目前已具备了基本成熟的产业规模化应用的条件，团队未来将加强芯片在交通、能源、智慧社会等方面进行更多的研发和应用，同时致力于产业推广，在一些独特方向上孵化新的产业空间。