电力芯片大规模国产化替代，让能源饭碗端得更牢

编者按

科技兴则民族兴，科技强则国家强。

习近平总书记指出，要从国家急迫需要和长远需求出发，在高端芯片等方面关键核心技术上全力攻坚。要加快推动关键技术、核心产品迭代升级和新技术智慧赋能，提高国家能源安全和保障能力。

国家电网有限公司深入贯彻落实习近平总书记重要论述和重要指示批示精神，践行“四个革命、一个合作”能源安全新战略，以科技创新引领电网高质量发展、保障高水平安全，强化数字化智能化技术与电网业务深度融合，提升关键零部件国产化替代水平，书写高水平科技自立自强的电力篇章。

铸造工业最强芯，为电网发展注入智慧“芯”力量。电网头条特别策划“超级电网里的中国芯”系列报道，带您一起探寻我国电力芯片的自主创新之路。今天推出第3篇——电力芯片大规模国产化替代，让能源饭碗端得更牢！

能源保障和安全事关国计民生，是须臾不可忽视的“国之大者”。多年来，国家电网公司持续强化能源技术革命，加强技术研发，抢占电力科技最前沿、制高点，积极锻造能源电力国家战略科技力量，坚决端牢能源饭碗。

电力芯片，作为新型电力系统中实现电网数字化、智能化转型的关键元件，如今，不仅实现了自主可控、大规模国产化替代，还达到了国际领先水平，为我国新型电力系统建设注入了智慧“芯”力量。

▲国网智芯公司副总工程师兼数字化部主任王连忠向电网头条记者介绍电力芯片在新型电力系统中发挥的重要作用。

芯片大规模应用可靠性保障技术全球领先

-50℃～125℃下“值守”，一干就超15年

小小的芯片，虽然只是电力设备和系统的基本单元，但对新型电网的安全稳定运行至关重要。

在过去，我国电力系统关键设备，如继电保护核心芯片大多依赖进口。为了摆脱“卡脖子”的境遇，国家电网公司所属北京智芯微电子科技有限公司自2010年成立起，就始终把核心技术攻关放在科研首位，攻克了芯片架构设计、可靠性机理与建模、器件工艺等一系列关键技术难题，实现了国产电力芯片诸多领域“从0到1”的突破。

如果说消费级芯片追求的是制程，28纳米、14纳米、7纳米、5纳米……在“摩尔定律”的路上一路狂奔，那么，工业级芯片追求的则是极致可靠和安全稳定。

电力系统是世界上最复杂的工业控制系统和网络之一。电力设备大多安装在户外，电力芯片需要耐得住吐鲁番的酷暑、漠河的极寒，经得住梅雨季的潮湿、沿海的盐雾，扛得住变化无常的沙暴、强烈的电磁干扰……

电力芯片如何在恶劣工况下高可靠、长寿命地运行，是一项国际难题。

对电力“中国芯”来说，在复杂、恶劣的环境条件下，实现7×24小时全天无间断、稳定运行15年甚至20多年，是一道闯关必答题。

一颗工业芯片有上百亿个晶体管，每一个都不容出错。这种极致苛刻的要求如何满足？芯片可靠性如何提升？

为此，国网智芯公司芯片研发团队历时多年，踏遍祖国大江南北，深入应用现场采集数据，从最低气温零下50摄氏度的东北，到日均最高气温40摄氏度以上的新疆，从高湿高盐雾的浙江，到平均海拔4000多米的西藏，他们搜集整理出涵盖极寒、极热、高湿等10余种30多类环境因素下电力系统各类设备运行的关键数据，为后续电力芯片高可靠性设计奠定了基础。

从毫米级封装、微米级电路到纳米级器件，团队开创性地建立了涵盖多物理场、工艺节点、器件结构、材料和工艺偏差的全要素高精度可靠性模型，解决了在设计阶段难以精准预测工业芯片寿命的技术难题。

经过多年努力，他们开发出满足电力复杂环境要求的特色器件结构与材料，将国产电力芯片产品的工作温度范围从零下25摄氏度至85摄氏度拓展到零下50摄氏度至125摄氏度，动态抗电磁能力提升20倍。

2018年

宽温区、抗强电磁干扰、耐高压、长寿命的国产电力芯片研制成功，达到国际领先水平。

从无到有，国网智芯公司坚持不懈攀登技术高峰，建立了国内工业应用场景的芯片可靠性体系化标准，建成了国内领先的芯片设计分析实验室、芯片可靠性技术研究实验室、国内首家致力于工业芯片质量技术研究检验检测的实验室，实现了芯片大规模应用可靠性保障技术全球领先。

8大类290余款芯片40亿应用量

大规模国产化替代，电力“中国芯”销冠谁与争锋

在可靠性技术的加持下，越来越多“中国第一”“国际领先”的电力“中国芯”横空出世。

我国首款电力高性能主控芯片、首款电力智能视觉一体化芯片、首款通过车规标准认证的纳安级主控芯片、首款具有完全自主知识产权且性能指标国际领先的高精度ADC芯片……

一系列国产化工业芯片和“中国芯”优秀技术创新产品，合力助推电力装备产业系统数字化智能化转型升级，让我国电力领域核心芯片实现了从“进口通用”向“自主专用”的转变。

目前，国网智芯公司已成功研制出具有自主知识产权的安全、主控、通信、传感、射频识别、存储、人工智能、模拟8大类290余款芯片产品，在全国电力行业实现大规模应用。

国网智芯公司也打造了“猎鹰”人工智能系列芯片、“海燕”主控系列芯片等具有行业影响力的明星子品牌，建成了国内最大的芯片嵌入式软件生产发行基地，具备了芯片设计、流片工艺封装材料、生产制造、检测检验等全流程服务能力，业务范围覆盖我国34个省级行政区，累计应用量超过40亿颗，成功将电力芯片国产化率由2010年不足5%提升至80%以上。

截至目前，该公司累计申请国内外专利2800余件，授权专利1700余件，发明专利申请量和授权量实现连续多年高质量发展。

加快电网高质量发展，推动新型电力系统建设，国网智芯公司构建了以全面感知、边缘计算、广泛互联、人工智能、安全防护为核心的五大技术支撑能力。

新型电力系统建设催生出亿级的芯片需求。如今，无以计数的高安全、高可靠、高集成、低功耗的高端工业级“中国芯”在芯片无尘车间里诞生，被应用到了电力发、输、变、配、用、储及调度各个环节，成为了新型电力系统中的核心器件。

如果将不同种类的芯片以人体作喻，主控芯片就好比人的大脑，能高效完成数据的分析、处理和控制；传感芯片就好比人的感知器官，能感知外界的环境和变化；通信芯片就好比人的神经系统和血管，善于信息传输与交互；安全芯片就好比给人戴上安全帽，有效保障了安全；射频识别芯片就好比人的身份证号码，可以代表那个唯一的你……

各种芯片协作配合、发挥所长，让全方位感知、数字化管理、智能化决策、互动化交易等一系列智能高效操作，成为了新型电网运行的基本日常。

▲王连忠向电网头条记者介绍国网智芯公司近年来在芯片自主研发方面取得的成绩。

十八般武艺样样精通

让电网“稳”的基础更扎实、“绿”的动能更强劲

从芯片可靠性到应用广泛性，再到功能专业性，电力“中国芯”一路开挂升级，为新型电力系统不同环节注入智慧能量，展现出非凡实力。

近年来，新型电力系统建设加快推进，对电力设备提出了面对实时业务响应快、能够管理复杂业务计算等一系列特殊要求。国网智芯公司研发团队再次迎难而上，实现了芯片的高集成、强实时、大算力，保障电力装备具备实时在线监测、故障快速响应、系统自动恢复等功能，在高端芯片领域规模化应用，实现芯片的自主可控。

在服务新能源发展方面

在电力“中国芯”的加持下，无数的“千里眼”“智慧脑”在海量的电网设备上大展身手，成功驯服风和光，支撑高比例新能源接入，让每一场风都不白刮，让每一缕阳光都有价值。于是，“海上风起绿电来”“张北的风点亮北京的灯”……截至2024年年底，全国风电装机约5.1亿千瓦，全国光伏装机约8.4亿千瓦，利用率保持在95%以上。

在服务坚强智能电网方面

在电力“中国芯”的加持下，输电线路全景监测平台成功上线，一双双植入AI芯片的“大眼睛”，成为了输电线路上的忠实“保镖”，实现监测信息的实时分析与响应，做到消除隐患“快、准、狠”，有力保障了特高压“高速路”的安全稳定运行。

目前，国家电网已建成“22交16直”38项特高压工程，“西电东送”“北电南供”规模不断扩大。通过电网“大动脉”，仅仅几毫秒，新疆的风顺利跨越几千公里点亮了华东的灯，青海的绿电也长驱直入送至中原。

在支撑源网荷储互动与多能互补方面

电力“中国芯”是推动源、网、荷、储协调联动的重要角色，让“源储一体”“网荷互动”，为清洁低碳、安全高效的能源体系筑牢自主可控的屏障。

有了内置电力“中国芯”的充电桩，新能源汽车车主不仅能为爱车便捷“补能”，还能实现“有序无感补能”。只要用户设置好充电目标和出发时间，充电桩就可以“聪明”地为车主安排最为合适的充电时间与充电功率，解决电动汽车充电与电网负荷的协调问题。

“面向源网荷储协同的新型电力智能化管控系统研制及规模化应用”项目，研制了面向工业应用的人工智能芯片、协同管控系统等产品，荣获“中国智能科学技术最高奖”的“吴文俊人工智能科学技术奖”2023年度科技进步奖二等奖。

近年来，国网智芯公司围绕新型电力系统可观、可测、可调、可控的技术需求，在芯片智能全面感知、轻量化、低成本等方面下足了功夫。

王连忠自豪地展示了团队最新研发的SoC五合一芯片。“这颗芯片集成了主控、蓝牙、计量、通信、时钟5颗芯片，大大降低了终端设备的体积和成本。以光伏监测为例，可以将边端侧监测成本降至以前的四分之一至五分之一。”

▲王连忠介绍SoC五合一芯片。

越来越多自主可控的源网荷储协同互动核心器件被成功研发，让新型电力系统有了更硬实的“骨骼肌肉”、更敏感的“神经网络”，让电网“稳”的基础更扎实，“绿”的动能更强劲。

此外，随着新型电力系统建设加速推进，保障信息安全至关重要。如今，电力“中国芯”中的安全芯片也广泛应用于电力工业领域各类终端设备中，为新型电力系统构筑起牢固的信息安全防线。国网智芯公司“密码芯片系统的攻防关键技术研究及应用”项目荣获国家科学技术进步奖二等奖，“一种分组加密算法防攻击的掩码方法和装置”专利为芯片安全防护提供了可靠的解决路径。

小小的芯片，蕴藏大大的能量。指甲盖大小的身躯里不仅承载着高精尖的核心技术，更承载着支撑电网数字化、智能化转型的使命。

如今，国网智芯公司自主研发的芯片产品，不仅在电力领域大放异彩，还在石油、石化、汽车、电子等领域广泛应用，部分芯片出口至100多个国家和地区，开创了“以芯片应用带动产业发展，由电力辐射各工控领域”的创新模式，实现了我国电力专用芯片从“受制于人”到“走向世界”的重大转变。

芯片，被誉为现代工业的“粮食”、信息时代的核心基石。通过周密的顶层设计和几代人的艰苦努力，现在电力“中国芯”的核心技术掌握在中国人自己的手里，电力领域工业芯片国产化进程不断加快，科技创新之路也越走越宽、越走越远。

越来越多的“中国芯”

如熠熠生辉的明珠

镶嵌在各行各业的关键环节

成为推动

我国工业高质量发展的

关键“芯”力量

为加快推进高水平科技自立自强

谱写中国式现代化新篇章

贡献更多的“中国智慧”