北京智芯微电子科技有限公司总经理、党委副书记 赵东艳：树牢安全
言论观点2023-07-13
国网智芯公司徐鲲鹏表示：智芯公司在国家电网公司的领导和支持下，业务范围跨越了能源和电子行业。谈到未来发展目标，徐总表示，智芯公司未来的发展目标是一个复合性的。首先，智芯公司业务范围将不仅局限于电力行业，而是要向整个工业行业拓展，全产业链的布局。致力于“铸造工业最强芯”，为新型电力系统建设保驾护航。其次，智芯公司致力于成为世界一流的工业芯片企业。尽管目前智芯公司和世界优秀的行业领军企业仍存在一定的差距，但我们将通过建立自己的生产线和全产业链布局的方式，努力缩小与这些企业的差距，建设世界一流的工业芯片企业。
9月10日上午，北京智芯微电子科技有限公司市场总监兼载波通信事业部总经理徐鲲鹏出席2023能源电子产业(信息通信)创新发展论坛，并发表了《自主芯片为新型电力系统建设保驾护航》的主题演讲，中国科技新闻网针对徐总的演讲进行了专访。
据悉，智芯公司作为国家电网公司在芯片领域的战略性新兴产业单位，连续九年被评为“中国十大集成电路设计企业”，近三年稳居第三。
能源转型阶段，自主、可靠、安全是电力芯片面临的挑战与突破
徐总提到，在“碳达峰碳中和”背景下，我国正处于能源转型的关键阶段，从传统的火力发电转变成以风电、光伏等新能源发电为主体，集中式与分布式并存，源网荷储高效协同互动，多能互补的综合性新型电力系统。
与传统电力系统相比，新型电力系统中用户角色发生了变化，既是电力消费者也是电力生产者。这种变化对于电力系统的可观、可测、可控带来了新的挑战。为了应对这些挑战，需要应用更高性能、更安全、更可靠的自主芯片来提高对新型电力系统的感知、预测和调节能力。
芯片作为电网各类智能设备的基础器件，将能源技术与电子信息技术相融合，是实现新型电力系统数字化转型的关键技术载体。通过将芯片技术与能源技术相结合，可以实现电力系统的数字化转型，推动新型电力系统的智能化发展。
1.自主性
徐总在专访中提到了我国电网领域所面临的一些挑战。我国拥有全球最大、最复杂的电网，作为保障电网安全稳定运行的电力设备，我们的核心芯片长期受制于国外。国外厂商通过特有的芯片内核、芯片架构以及操作系统的技术专利，形成了一定程度的专利壁垒，一旦国外芯片供应出现问题或断供，将严重威胁到电网的安全稳定运行。
在2010年以前，由于我国电力设备中所用的芯片90%以上依赖国外进口，高端的芯片主要来自欧美企业，中低端的芯片主要来自日韩企业，这给我国电力行业带来了信息安全、价格高昂、供货不及时等一系列问题。在这种情况下，电力芯片的第一个关键技术自主性受到了严重的冲击。
针对自主性受阻问题，智芯公司在芯片内核架构以及操作系统层面进行了大量的自主研发。在芯片内核层面，在开源的RISC-V的基础上，自主研发出高安全、高实时、高可靠的电力全自主芯片内核及相关的产品，通过了南徳功能安全认证和赛迪研究院的源码自主认证。
在芯片架构方面，智芯公司也开发了一系列基于电力业务模型的平台架构，如多核异构的芯片架构，在操作系统层面研发出了系列化“枢纽”嵌入式操作系统，该操作系统的内核代码和组件代码通过了赛迪研究院的自主认证。
2.可靠性
徐总提到的电力芯片面临的第二个棘手的问题是可靠性。电力行业对电力芯片的可靠性要求非常高，要求在7×24小时不间断的使用15年以上，并且不能出现任何故障。电力芯片需要应对各种恶劣的工作环境，例如极寒、极热、高湿、高盐雾和强电磁干扰等，这些环境因素会对芯片的性能和稳定性产生负面影响，因此必须确保芯片的可靠性。
提高芯片的可靠性并不仅仅依赖于芯片设计，还需要从整个产业链的角度出发，智芯公司从芯片设计、流片以及封装等全产业链各环节进行技术改进。
在芯片设计环节，针对宽温区的需求，智芯公司通过热电仿真联合设计，进行局部热电平衡，避免过热区域集中。同时，增加监测电路，一旦超过温度阈值，即通过软硬件协同的措施来降低芯片功耗，以达到降温的目的。针对强电磁的环境，智芯公司研制出了瞬态脉冲检测电路，有效侦测电磁干扰信号。同时，开发了多级泄放电路和电磁噪声回消电路，可对电磁信号进行快速泄放和消除。
在流片环节，智芯公司开展特色器件结构及工艺设计。针对强电磁，通过在器件功能区外侧增加三道环形沟槽隔离环，形成全包覆屏蔽结构，有效阻挡外部的电磁干扰进入器件内部。针对过电应力，通过结构尖角垫氧化层修复技术，平滑了尖端电场分布，有效提升了抗经时过电应力能力。
在封装环节，智芯公司研制出具有多重界面反射、吸收特性的Fe/Si磁纳米材料，将外部电磁干扰的强度衰减至10%以下;针对电力用的无线通信芯片，我们开发出多频点阻抗匹配的选频谐振结构，这个结构对需要同外部通信的信号链路进行信号增强，对不需要同外部通信的信号链路进行了有效的电磁屏蔽，可大幅提升芯片的抗电磁能力。
3.安全性
徐总介绍到，随着我国新型电力系统建设的推进，电力智能终端的数量愈发庞大，分布愈发广泛，针对电力芯片的攻击方式也变得越来越复杂和多样化，如代数攻击、故障注入攻击、信号提取攻击、侧信道攻击、FIB攻击等，这些攻击方式会对电力芯片的安全性和稳定性造成极大的威胁，因此提高电力芯片的安全性变得刻不容缓。
智芯公司在安全关键技术方面所做的研究，主要是包括算法层面和硬件电路层面。在算法层面，智芯公司研究了国内外分组、序列、公钥、哈希算法共30多种的密码算法，形成了高速、低功耗、高安全的核心技术，建立了各种电力芯片物理泄露信息模型，突破了主动防护屏蔽层的相关技术，构建全通路芯片安全防护体系，广泛应用于各类电力安全芯片中，达到国密安全的最高等级，并通过国际顶级安全实验室Brightsight预检测。
智芯公司在芯片设计方面的成果
智芯公司在芯片设计方面的造诣远不仅如此，智芯公司通过十三年的努力，在国网公司的统筹指导下，联合国内主流的终端厂商，梳理了电网各环节应用到的典型设备及关键的芯片，所需产品总计达到了1000多款芯片。
智芯公司在工业芯片可靠性提升、高可靠定制化工艺、高精度模型、自主CPU内核和操作系统等领域取得了一系列重大突破，成功开发出“安全、主控、通信、传感、射频识别、模拟、人工智能、存储”8大类270余款工业芯片产品，广泛的应用于电力系统发输变配用及调度的各个环节，也推广到了能源电子、轨道交通、石油石化等工业领域，业务范围覆盖全国32个省市、自治区和海外的100多个国家。(那珊
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