根据今年2月份，南方电网公司历经5年研制、多场景验证，海内首个基于国产指令架构、国产内核的电力专用主控芯片“伏羲”实现量产，标志着我国电力工控领域核心芯片从“入口通用”向“自主专用”转变，电力二次设备核心元器件做到了自主可控。在5月20日召开的广东省科技创新大会上，“电力芯片保护关键技能攻关及核心器件国产化”项目也得到了2020年度广东省科技进步奖一等奖。
此前主控芯片长期为国外生产厂商垄断，严重制约我国电网核心技能的发展。针对此“卡脖子”问题，南方电网公司依托国家重点研发操持，基于国产自主CPU内核和境内代工封测技能，集中公司科研力量重点攻关，起初后在电网掌握保护、自动化、新能源等多个电网关键场景对“伏羲”进行验证及运用，表现良好。
南方电网展出的伏羲芯片 图片来源：南方电网
近日，南方电网数字电网研究院技能研发中央芯片与智能终端团队技能卖力人姚浩博士接管了不雅观察者网专访，首度对外谈起了伏羲芯片的“前世、今生、未来”。
以下内容为本次采访实录，仅做不改变原意的调度。
（采访/周昊 陈兴华，编辑/周远方）
不雅观察者网：当初为什么要做伏羲芯片？
姚浩：大家一开始可能会有迷惑，电网公司为什么也要来做芯片？实在很好理解，由于在芯片市场的发展初期，芯片大多由专门的芯片厂商设计，因此大多数芯片都是面向通用领域、通用需求；而在未来，尤其是能源工控等细分市场将更加关注芯片在功能、性能、功耗等方面的特定需求，即用更专业化的芯片来处理专业化的数据，异构打算将逐渐成为主流打算模式，打算跟领域强干系，专用领域芯片将孵化于专业领域公司。因此，基于对能源工控领域的深刻理解以及对电网未来发展趋势的把握，我们团队在李立浧院士以及团队首席专家李鹏的带领下，于2015年启动国产电力专用芯片“伏羲”的研究开拓事情。
同时，我们做自主芯片有两个层面的考虑：一是芯片的国产化，另一个是芯片的场景化支撑。大多数电力装备长期依赖入口芯片，比如电网关键设备继电保护核心芯片大多以入口芯片为主，部分关键芯片在海内市场霸占率近90%，如若被禁运，那海内继电保护领域最少要倒退20年，会造成重大影响。
外洋厂商在通用芯片方面确实比我们领先很多，但好在海内市场较大，未来，专用领域专用芯片还是有较大的机会，有望实现弯道超车。比如5G芯片便是通信领域的专用芯片，包括人工智能芯片等，海内跟外洋比较并没有掉队，以是我们便是想做电力领域的一个专用芯片。
不雅观察者网：叨教伏羲芯片的国产指令集架构、内核和IP详细分别是什么？以及采取它们的缘故原由？
姚浩：伏羲芯片是海内首颗国产电力专用芯片，采取C-sky国产指令集，玄铁系列国产内核作为打算核心，保障了芯片核心知识产权自主可控；同时，伏羲芯片创始知足电力工控运用需求的电气参量打算、电力网络通信、数据并行处理等专用硬件算法IP，有效实现电网数字化转型对电力装备根本算力提升需求的支撑。
与大多数采取国外指令架构体系工业掌握芯片差异的是，伏羲芯片率先采取完备国产的指令集生态，这源于技能路线选择的考量：如果照着入口芯片依葫芦画瓢再做出一款基于ARM等国外指令架构体系的芯片，实在没有彻底办理自主化问题，如果技能禁运扩大化，打击面是很大的。以是我们那时考虑便是国产指令集、国产内核不能永久不发展，没有人用它就永久发展不起来。
当前，外国厂商所建立的芯片生态壁垒很高，造就新的生态须要百万级、千万级开拓者的支持，在手机等消费类领域去发展国产指令集、内核是很难的。但是在能源工控等相对封闭的专业领域，芯片生态所面对的开拓者数量将低落几个数量级，运用处景也是可预见的，只要投入充足的资源去支持上述开拓者、运用处景，逐步造就起国产芯片运用生态是有机会的，而这也是现今电网企业、终端制造企业的担当与责任。
其余从国家层面来看，也更希望这种国产知识产权、国产内核、国产生态能够造就起来，不然就算不上自主可控。因此对付海内全体芯片行业来说，我们不能只知足于目前能自主设计芯片，还须要在核心知识产权、海内自主可控芯片制造等领域跟全行业一起努力。即便我们现在五年内、乃至十年内都没办法超越人家，但最少也要一步步缩小差距。
不雅观察者网：生产情形怎么样，与国际上同类产品比较伏羲芯片的上风有哪些？有没有盈利的需求？
姚浩：伏羲芯片在多家境内晶圆厂代工生产，良品率达到90%，已具备批量推广条件，后续将根据电网数字化进程逐步扩大伏羲芯片产能。
与同类竞品比较，伏羲芯片的紧张上风首先便是可控，伏羲芯片从核心知识产权到芯片设计、流片、封装、测试全链条境内自主可控，最大限度保障了电网关键核心元器件供应链安全、稳定；其次是专用，伏羲芯片立足电力工控领域实时、安全、智能等打算需求，从芯片架构、资源、算法等方面开展场景化定制设计，从元件级实现对电网数字化、网络化、电力电子化等发展需求的支撑。
最新一版量产的伏羲芯片，我们与竞品通过通用测试工具以及场景专项测试进行比较，芯片在整型、浮点运算等通用打算能力以及领悟业务的实时打算等方面，具有1.3至1.9倍的性能上风，而功耗与竞品基本实现持平。
至于盈利方面，我们首先还是聚焦于如何保障电网的安全可控，后续除了主控、安全等芯片外，我们还会往更多与业务紧耦合的芯片领域去拓展，在做好保障的同时，也会考虑盈利的事情，毕竟，只有盈利才能保障芯片研发的持续投入。
不雅观察者网：你们是如何定义“真正实现了自主可控”？此前海内每年入口的电力芯片有多少？
姚浩：电力行业每年涉及千万级新增设备用量，涉及芯片达到数百亿公民币规模，比较全国每年数千亿美金入口额来看实在并不多；虽然在低端领域有很多已经是国产芯片了，但个中95%以上都是基于外洋的指令架构。
“真正实现了自主可控”是由于伏羲芯片从核心知识产权到芯片设计、流片、封装、测试全链条境内自主可控，最大限度保障了电网关键核心元器件供应链安全、稳定；目前大量采取入口指令架构芯片对付能源、轨道交通等关键工控领域的运行安全、供应链安全均有较大隐患。
海内做指令集、内核的厂商屈指可数，而伏羲芯片采取的C-sky国产指令集、玄铁系列国产内核在海内都做的比较好，个中C-sky的用量已经达到了10亿级别，在海内来说相比拟较成熟，而且在工控、打印机等领域运用较多。其余便是C-sky是一个非开源国产指令架构，在电力工控终端领域不选择开源的指令架构也有出于安全层面的顾虑。
不雅观察者网：你们以为，南方电网能够在电力芯片领域实现打破的关键成分是什么？
姚浩：电力专用芯片这个观点实在是我们设计伏羲后才开始提出的，并不是所有运用到电力系统、电网产品的都叫电力专用芯片，我们指的电力专用芯片是能跟业务强关联、具有专业属性的芯片，比如主控、安全、边缘打算芯片等。
传统上讲芯片家当链包括设计、制造、封装、测试四大环节，但我们认为芯片运用也是一个很主要的环节。以前多采取通用芯片方案去知足特定场景运用需求，而随着专业领域技能发展，场景对付芯片的专用化需求日益增长，这种芯片在研发之初，用户、运用处景、发展形态等都是已经确定好的。
通用芯片虽然也可知足电力领域当前的需求，但是通用芯片设计厂商，对付各行业领域的理解是有限的，他们设计的芯片具备适应多领域的条件，但在专业领域一样平常难以达到最佳效果。这也是我们剖断未来会有越来越多的行业用户参与到专用芯片研发的缘故原由。
在确定了这个方向后，随着数字电网的深化发展培植，新旧业务的发展升级都须要从底层打算框架供应支撑，芯片技能将作为电网技能发展培植的关键支撑技能；南方电网作为数字电网的设计者、倡导者，有根本，也有能力去主导芯片技能与电网运用的深度领悟，南方电网在电力专用芯片领域走出了一条完备国产自主可控的技能领域，奠定了科技自主自强的关键根本。
不雅观察者网：近几年，国际上发生了一些电网被黑客攻击瘫痪的事宜。作为电力掌握工业的大脑，叨教伏羲芯片怎么保障海内电网的安全？
姚浩：电网被攻击瘫痪事宜缘故原由有很多种，国家级网络攻击居多。其实在大众看不到的地方，电网、通信等领域每天每时每刻都在遭受各种各样的网络攻击，只是国家投入较大的防御力量，戒备了大量的攻击。大家可以看到国外不少由于网络攻击而造成停电的新闻；一个城市的停电对付国家、社会的影响是很大的。
实现国产化替代后，从电网安全的角度来看，有两方面的优点，第一是有效避免了入口器件、入口IP所可能隐蔽的“攻击后门”，由于完备自主化的芯片本身对我们而言是透明化的，也就不存在后门、黑盒等问题；第二便是伏羲芯片采取了非开源的国产指令架构，对付攻击的黑客而言，它会是一个黑盒，以是在安全的戒备上会更有效。
网络安全是能源工控领域的永恒主题，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赖从“芯片-装备-系统”的多级联动防护，不断堵上安全漏洞。
不雅观察者网：就从业者角度来看，你们认为电力芯片的国产化替代之路要走多久？两大电网公司在个中是怎么协作的？
姚浩：从我个人的角度来看，估量在未来五至十年，有望在关键的核心组件上完成国产化替代，很多领域已经在进行部分国产器件的验证和批量化利用。
伏羲芯片的义务也在于此。我们不在最高端工艺上去做打破，而是基于对这个行业的理解，从行业的生态、运用去打破，从而降落对高端工艺的依赖。目前电网在进行数字化转型，须要的芯片也越来越多，以是统统事情就该当从顶层设计开始。以前须要考虑用什么装置，后来须要考虑用什么元器件，而现在我们须要考虑让芯片达到什么样的技能指标，有什么样的功能，是否安全可控等。
国家电网和南方电网都在电力芯片家当进行研发，但只靠我们两家肯定弗成，还须要很多行业领域的生态用户来一起努力，电网公司充分发挥好“家当链链主”角色，进而带动全体家当链、领域、生态圈的发展。
不雅观察者网：伏羲芯片现在的运用成果怎么样？
姚浩：目前已运用于继电保护、变电站自动化、配网自动化、计量自动化、边缘打算、新能源等领域，后续将形玉成系列产品，实现对工控领域全场景支撑。
下一步，伏羲芯片将逐步向各行各业开放，目前已有不少高校、研究机构、终端厂商提出互助，并发出共建国产芯片生态的倡议。立足电网，逐步向其他能源工矿、轨道交通领域发展是我们的愿景，也期望借助我国弘大的工控市场，不断造就完善国产芯片生态。我们也将通过技能手段不断降落芯片本钱，我们有信心，综合芯片的性能及本钱，伏羲芯片将具有较好的市场上风。
我们也会争取在今年做一个产品发布，也希望往后每年都能够发布新的电力芯片产品。
不雅观察者网：南方电网为伏羲芯片的研发投入了哪些资源？研发团队的规模如何？
姚浩：南方电网启动国产电力专用芯片“伏羲”的研究及开拓事情以来，先后投入近200人次、上亿元资金，走出一条具有电力工控特色的芯片发展路线。
从研发团队来看，第一是具有产品开拓能力，能够确定电网往后须要哪些产品，用到电网的哪个环节；第二个是要有技能场景化的能力，即如何将单一技能在不同场景中呈现出不同技能形态，以充分发挥其技能代价，以实现技能与场景需求的高度领悟，芯片模组是一个好的承载模式；第三是芯片的定制化能力，根据业务场景需求开展芯片硬件、软件定制化开拓能力，比如电力网络通信、电气参量打算、安全动态度量等专业属性模块，从“有没有”的问题进一步扩展到“好不好用”的问题。
其余，南方电网已将“电力系统自主专用芯片” 纳入公司 “十四五”10大重点研发方向和8大家当链方向之一，后续将逐步提升自主芯片在电网场景的覆盖率，不断提升芯片技能在电网培植中的关键支撑浸染。
不雅观察者网：在开拓芯片的过程中，你们觉得电力芯片家当链的短板在哪？
姚浩：短板不仅仅是在电力领域，而是在全体海内的半导体行业，我们只是国产芯片里面的一个缩影；比如在芯片核心IP方面，跟西方有很大的差距；芯片设计近几年景长很快，尤其是数字逻辑芯片差距有所缩小，但是仿照器件这一块差距仍很大，且芯片整体运用规模相去甚远；再今后的芯片制造等领域，卡脖子最为严重。
其余在人才领域，与国外比较目前海内市场上的芯片人才缺口依旧非常大，南方电网未来也会采纳跟高校联合加强人才培养。
不雅观察者网：有媒体宣布称深圳芯英科技也研发了伏羲芯片，叨教南网是否与芯英科技存在互助关联？
姚浩：南方电网自2015年启动“伏羲”研究操持，与芯英科技没有互助。
后记：“伏羲”的成功研发及量产，对付国家电力能源和信息安全、工控领域科技自主可控具有重大意义。南方电网表示，公司接下来将按照“成功一个试点一个，试点一个推广一片”的事情思路，逐步提高电网多领域场景新增设备的自主芯片覆盖率，实现国产工业掌握芯片规模化运用，戒备化解电网安全运行重大风险。
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