为打破此技能困境，李鹏和团队历经8年，研发出我国首款基于国产指令集、内核、自主硬件IP的全面国产电力专用主控芯片——“伏羲”芯片。

近日，从南网数研院理解到，得益于芯片技能的支撑，团队研发成果芯片化保护装置也已在多个行业中实现规模化运用，并出口至10余个国家，创造经济效益11.5亿元。
此成果标志着我国电网核心装备迈向完备自主可控，推动了继电保护技能的超过式发展。
“电力芯片保护关键技能攻关及核心器件国产化”项目也得到2020年度广东省科技进步奖一等奖。

性能优于入口芯片

与手机、电脑里的芯片有所不同，工业掌握领域的芯片每每具有特定的场景运用需求。

“电网是实时掌握的系统，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，在发生了“数据雪崩”的状态下，有没有能力快速处理，这就涉及到工业掌握系统中主控芯片的数据处理能力。

然而，长期以来，我国能够适用于工业实时掌握特点的专用芯片依赖国外技能和产品，受制于人。
这不仅无法跟得上我国电力技能快速发展的步伐，也对我国工业系统的供应链安全造成重大威胁，乃至存在重大的网络安全和电网稳定隐患。

“我们须要进行定制化的开拓，让主控芯片具备强大的数据处理能力以搪塞‘数据雪崩’，保障电网安全。
”2013年，南方电网公司组织专门团队，动手布局能够适用于工业掌握系统的专用核心芯片的设计研发。
该研发重担落到了李鹏团队身上。

实现芯片国产化和芯片场景化支撑，是研发团队开展芯片研发的紧张目的。
“我们探索了在芯片级别实现传统电力装备完全功能的技能路线，采取完备国产化技能，包括芯片指令集、芯片内核、芯片的专用高性能硬件电路以及芯片的安全防护设计，设计开拓了自主可控的第一款电力专用主控芯片——‘伏羲’。
”历经8年，李鹏和团队实现了目标。

目前，“伏羲”系列芯片已运用于继电保护、配网自动化、计量自动化以及边缘打算领域。
与同类入口竞品芯片比较，“伏羲”芯片在打算性能方面快约1.5倍。

实时调度让“龟兔协同有序”

芯片的设计研发并非易事，科研团队碰着的寻衅远超想象。

芯片架构如何设计，才能同时知足工业掌握系统对其快速性和灵巧性的哀求？“就好比一只兔子和一只乌龟，要在同一个跑道上同时跑步，还得保持相互之间的协同有序，能够相互照料。
”李鹏用了一个形象比喻解释。
历经无数次的创新、试验，终极“伏羲”芯片形成了知足高性能、实时、安全、可靠的多核异构系统架构，在一块芯片上既可实现微秒级的实时业务处理，也可完成毫秒级的管理旗子暗记处理。

另一大寻衅来自于工业掌握的快速性本身。
当电网发生故障等极度情形时，芯片将面临雪崩式的数据涌入，这时候必须担保芯片能快速反应和处理。

“常日这个环节都采取外挂电路实现，这一次我们把外挂电路通过纳米级的芯片内部电路加以实现，并且固化成硬件IP，便于广泛推广。
这项技能的创新性很强，我们花了比较大的力气。
”李鹏说。

还有一个寻衅来自安全性。
设计芯片过程中，科研团队凭借芯片电路级别的网络安全防护设计，集成了国家密码算法，这是表示“伏羲”芯片完备自主可控的一个关键指针。

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磨练，可靠性得以验证。

“创新是一个比较困难的过程。
这么多年来，我们不断试错，不断创造问题，不断磨合，探求更好的办理方案，并逐步迭代形成了自主的科研成果。
”李鹏说。

据先容，“伏羲”芯片的性能达到国际前辈水平，特殊是在工业掌握并行处理能力上，“伏羲”芯片的能力明显优于国际类似产品。
“在成果运用和转化方面，我们采取‘伏羲’芯片，开拓了一系列高性能的芯片化电力保护装置，成效非常显著，芯片化妆置的体积缩小至传统装置的1/40，功耗降落至六分之一，动作速率提升了20%，提升了继电保护装置的性能和智能化水平。
”李鹏先容。

已具备家当规模化运用条件

数字电网是电网发展的一定趋势，也是未来以新能源为主体的新型电网最佳形态。
而推进数字电网发展，离不开在自主电力芯片、人工智能等关键技能取得的打破。

“在未来全体电网的数字化大格局里，芯片犹如数字化的神经末梢。
由于在数字化的终端里，它须要依赖这种小型化、高度集成的芯片，供应数字化的信息感知、处理和实行能力。
”李鹏指出，“伏羲”芯片的研发成功，是电网数字化的技能展现，代表了未来电网技能数字化方向的发展重点。

数字电网之下，网络安全更为主要。
“‘伏羲’芯片将为电网安全奠定坚实的原平生安根本，未来的电网安全防护有望依赖‘芯片—装备—系统’的多级联动防护，不断堵上安全漏洞。
” 李鹏表示，从电网安全的角度来看，“伏羲”芯片采取了非开源的国产指令架构，既可有效避免入口器件、入口IP所可能隐蔽的“攻击后门”，又能有效戒备黑客。

在“伏羲”芯片根本上，科研团队还研发出系列化芯片保护装置，目前已具备基本成熟的家当规模化运用条件。
“我们节制的核心技能，具有很好的推广运用空间，已经形成了多方协同创新的局势，也有利于激活和发展高下游更广泛的创新链条。
此外，芯片化妆置将带来巨大的节能、节地、节材效益，这是相应双碳发展目标，推动我国绿色发展的主要举措。
”他说。

回忆起这8年来的研发进程，李鹏感触良多。
他表示，项目推进过程中，得到了科技部及广东省广州市给予的支持，以中国工程院院士李立浧为首的一批院士专家供应了技能上的辅导，用户单位则不断反馈改建见地，全体链条都动了起来。

“近年来，广东大力发展计策性支柱家当和新兴家当，把发展高端半导体元器件列入新一代电子信息计策支柱家当，把半导体与集成电路、高端装备制造列入计策新兴家当，提出要基本办理‘缺芯少核’问题，这给我们持续推进芯片设计研发注入了强大的信心。
”他透露，我们的目标因此国产自主芯片为打破口，进一步延伸科技攻关的领域，在智能传感、高端装备等方向上形成更加丰富的成果和产出。
同时致力于家当推广，在一些“独门绝技”方向上孵化新的家当空间。
（ 叶 青）

来源： 科技日报