國網(wǎng)智芯公司徐鯤鵬表示:智芯公司在國家電網(wǎng)公司的領導和支持下,業(yè)務范圍跨越了能源和電子行業(yè)。談到未來發(fā)展目標,徐總表示,智芯公司未來的發(fā)展目標是一個復合性的。首先,智芯公司業(yè)務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)建設保駕護航。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)建設保駕護航》的主題演講,中國科技新聞網(wǎng)針對徐總的演講進行了專訪。
據(jù)悉,智芯公司作為國家電網(wǎng)公司在芯片領域的戰(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計企業(yè)”,近三年穩(wěn)居第三。
能源轉型階段,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“碳達峰碳中和”背景下,我國正處于能源轉型的關鍵階段,從傳統(tǒng)的火力發(fā)電轉變成以風電、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)。為了應對這些挑戰(zhàn),需要應用更高性能、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、預測和調節(jié)能力。
芯片作為電網(wǎng)各類智能設備的基礎器件,將能源技術與電子信息技術相融合,是實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)數(shù)字化轉型的關鍵技術載體。通過將芯片技術與能源技術相結合,可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉型,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)領域所面臨的一些挑戰(zhàn)。我國擁有全球最大、最復雜的電網(wǎng),作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的電力設備,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核、芯片架構以及操作系統(tǒng)的技術專利,形成了一定程度的專利壁壘,一旦國外芯片供應出現(xiàn)問題或斷供,將嚴重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
在2010年以前,由于我國電力設備中所用的芯片90%以上依賴國外進口,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鍵技術自主性受到了嚴重的沖擊。
針對自主性受阻問題,智芯公司在芯片內核架構以及操作系統(tǒng)層面進行了大量的自主研發(fā)。在芯片內核層面,在開源的RISC-V的基礎上,自主研發(fā)出高安全、高實時、高可靠的電力全自主芯片內核及相關的產(chǎn)品,通過了南徳功能安全認證和賽迪研究院的源碼自主認證。
在芯片架構方面,智芯公司也開發(fā)了一系列基于電力業(yè)務模型的平臺架構,如多核異構的芯片架構,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)的內核代碼和組件代碼通過了賽迪研究院的自主認證。
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),智芯公司從芯片設計、流片以及封裝等全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)進行技術改進。
在芯片設計環(huán)節(jié),針對寬溫區(qū)的需求,智芯公司通過熱電仿真聯(lián)合設計,進行局部熱電平衡,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構及工藝設計。針對強電磁,通過在器件功能區(qū)外側增加三道環(huán)形溝槽隔離環(huán),形成全包覆屏蔽結構,有效阻擋外部的電磁干擾進入器件內部。針對過電應力,通過結構尖角墊氧化層修復技術,平滑了尖端電場分布,有效提升了抗經(jīng)時過電應力能力。
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構,這個結構對需要同外部通信的信號鏈路進行信號增強,對不需要同外部通信的信號鏈路進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)建設的推進,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雜和多樣化,如代數(shù)攻擊、故障注入攻擊、信號提取攻擊、側信道攻擊、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。
智芯公司在安全關鍵技術方面所做的研究,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,建立了各種電力芯片物理泄露信息模型,突破了主動防護屏蔽層的相關技術,構建全通路芯片安全防護體系,廣泛應用于各類電力安全芯片中,達到國密安全的最高等級,并通過國際頂級安全實驗室Brightsight預檢測。
智芯公司在芯片設計方面的成果
智芯公司在芯片設計方面的造詣遠不僅如此,智芯公司通過十三年的努力,在國網(wǎng)公司的統(tǒng)籌指導下,聯(lián)合國內主流的終端廠商,梳理了電網(wǎng)各環(huán)節(jié)應用到的典型設備及關鍵的芯片,所需產(chǎn)品總計達到了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內核和操作系統(tǒng)等領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,廣泛的應用于電力系統(tǒng)發(fā)輸變配用及調度的各個環(huán)節(jié),也推廣到了能源電子、軌道交通、石油石化等工業(yè)領域,業(yè)務范圍覆蓋全國32個省市、自治區(qū)和海外的100多個國家。(那珊
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