作為根本性支柱行業(yè)，電力對(duì)整個(gè)國(guó)家安全、發(fā)展都至關(guān)重要。如果關(guān)鍵技術(shù)掌握在外國(guó)手里，就卡住了我國(guó)能源工控領(lǐng)域的“脖子”。主控芯片作為電網(wǎng)二次裝備核心器件，涉及千萬(wàn)量級(jí)的電網(wǎng)關(guān)鍵裝置，是電力工業(yè)控制的大腦。

根據(jù)今年2月份消息，南方電網(wǎng)公司歷經(jīng)5年研制、多場(chǎng)景驗(yàn)證，國(guó)內(nèi)首個(gè)基于國(guó)產(chǎn)指令架構(gòu)、國(guó)產(chǎn)內(nèi)核的電力專用主控芯片“伏羲”實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)電力工控領(lǐng)域核心芯片從“進(jìn)口通用”向“自主專用”轉(zhuǎn)變，電力二次設(shè)備核心元器件做到了自主可控。在5月20日召開的廣東省科技創(chuàng)新大會(huì)上，“電力芯片保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及核心器件國(guó)產(chǎn)化”項(xiàng)目也獲得了2020年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

此前主控芯片長(zhǎng)期為國(guó)外生產(chǎn)廠商壟斷，嚴(yán)重制約我國(guó)電網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展。針對(duì)此“卡脖子”問題，南方電網(wǎng)公司依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，基于國(guó)產(chǎn)自主CPU內(nèi)核和境內(nèi)代工封測(cè)技術(shù)，集中公司科研力量重點(diǎn)攻關(guān)，起先后在電網(wǎng)控制保護(hù)、自動(dòng)化、新能源等多個(gè)電網(wǎng)關(guān)鍵場(chǎng)景對(duì)“伏羲”進(jìn)行驗(yàn)證及應(yīng)用，表現(xiàn)良好。

南方電網(wǎng)展出的伏羲芯片 圖片來源：南方電網(wǎng)

近日，南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院技術(shù)研發(fā)中心芯片與智能終端團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人姚浩博士接受了觀察者網(wǎng)專訪，首度對(duì)外談起了伏羲芯片的“前世、今生、未來”。

以下內(nèi)容為本次采訪實(shí)錄，僅做不改變?cè)獾恼{(diào)整。

（采訪/周昊 陳興華，編輯/周遠(yuǎn)方）

觀察者網(wǎng)：當(dāng)初為什么要做伏羲芯片？

姚浩：大家一開始可能會(huì)有疑惑，電網(wǎng)公司為什么也要來做芯片？其實(shí)很好理解，因?yàn)樵谛酒袌?chǎng)的發(fā)展初期，芯片大多由專門的芯片廠商設(shè)計(jì)，因此大多數(shù)芯片都是面向通用領(lǐng)域、通用需求；而在未來，尤其是能源工控等細(xì)分市場(chǎng)將更加關(guān)注芯片在功能、性能、功耗等方面的特定需求，即用更專業(yè)化的芯片來處理專業(yè)化的數(shù)據(jù)，異構(gòu)計(jì)算將逐漸成為主流計(jì)算模式，計(jì)算跟領(lǐng)域強(qiáng)相關(guān)，專用領(lǐng)域芯片將孵化于專業(yè)領(lǐng)域公司。因此，基于對(duì)能源工控領(lǐng)域的深刻理解以及對(duì)電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢(shì)的把握，我們團(tuán)隊(duì)在李立浧院士以及團(tuán)隊(duì)首席專家李鵬的帶領(lǐng)下，于2015年啟動(dòng)國(guó)產(chǎn)電力專用芯片“伏羲”的研究開發(fā)工作。

同時(shí)，我們做自主芯片有兩個(gè)層面的考慮：一是芯片的國(guó)產(chǎn)化，另一個(gè)是芯片的場(chǎng)景化支撐。大多數(shù)電力裝備長(zhǎng)期依賴進(jìn)口芯片，比如電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備繼電保護(hù)核心芯片大多以進(jìn)口芯片為主，部分關(guān)鍵芯片在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率近90%，如若被禁運(yùn)，那國(guó)內(nèi)繼電保護(hù)領(lǐng)域起碼要倒退20年，會(huì)造成重大影響。

海外廠商在通用芯片方面確實(shí)比我們領(lǐng)先很多，但好在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較大，未來，專用領(lǐng)域?qū)Ｓ眯酒€是有較大的機(jī)會(huì)，有望實(shí)現(xiàn)彎道超車。比如5G芯片就是通信領(lǐng)域的專用芯片，包括人工智能芯片等，國(guó)內(nèi)跟海外相比并沒有落后，所以我們就是想做電力領(lǐng)域的一個(gè)專用芯片。

觀察者網(wǎng)：請(qǐng)問伏羲芯片的國(guó)產(chǎn)指令集架構(gòu)、內(nèi)核和IP具體分別是什么？以及采用它們的原因？

姚浩：伏羲芯片是國(guó)內(nèi)首顆國(guó)產(chǎn)電力專用芯片，采用C-sky國(guó)產(chǎn)指令集，玄鐵系列國(guó)產(chǎn)內(nèi)核作為計(jì)算核心，保障了芯片核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主可控；同時(shí)，伏羲芯片首創(chuàng)滿足電力工控應(yīng)用需求的電氣參量計(jì)算、電力網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)并行處理等專用硬件算法IP，有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)電力裝備基礎(chǔ)算力提升需求的支撐。

與大多數(shù)采用國(guó)外指令架構(gòu)體系工業(yè)控制芯片區(qū)別的是，伏羲芯片率先采用完全國(guó)產(chǎn)的指令集生態(tài)，這源于技術(shù)路線選擇的考量：如果照著進(jìn)口芯片依葫蘆畫瓢再做出一款基于ARM等國(guó)外指令架構(gòu)體系的芯片，其實(shí)沒有徹底解決自主化問題，假如技術(shù)禁運(yùn)擴(kuò)大化，打擊面是很大的。所以我們那時(shí)考慮就是國(guó)產(chǎn)指令集、國(guó)產(chǎn)內(nèi)核不能永遠(yuǎn)不發(fā)展，沒有人用它就永遠(yuǎn)發(fā)展不起來。

當(dāng)前，外國(guó)廠商所建立的芯片生態(tài)壁壘很高，培育新的生態(tài)需要百萬(wàn)級(jí)、千萬(wàn)級(jí)開發(fā)者的支持，在手機(jī)等消費(fèi)類領(lǐng)域去發(fā)展國(guó)產(chǎn)指令集、內(nèi)核是很難的。但是在能源工控等相對(duì)封閉的專業(yè)領(lǐng)域，芯片生態(tài)所面對(duì)的開發(fā)者數(shù)量將下降幾個(gè)數(shù)量級(jí)，應(yīng)用場(chǎng)景也是可預(yù)見的，只要投入充足的資源去支持上述開發(fā)者、應(yīng)用場(chǎng)景，逐步培育起國(guó)產(chǎn)芯片應(yīng)用生態(tài)是有機(jī)會(huì)的，而這也是現(xiàn)今電網(wǎng)企業(yè)、終端制造企業(yè)的擔(dān)當(dāng)與義務(wù)。

另外從國(guó)家層面來看，也更希望這種國(guó)產(chǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)產(chǎn)內(nèi)核、國(guó)產(chǎn)生態(tài)能夠培育起來，不然就算不上自主可控。因此對(duì)于國(guó)內(nèi)整個(gè)芯片行業(yè)來說，我們不能只滿足于目前能自主設(shè)計(jì)芯片，還需要在核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)自主可控芯片制造等領(lǐng)域跟全行業(yè)一起努力。即便我們現(xiàn)在五年內(nèi)、甚至十年內(nèi)都沒辦法超越人家，但起碼也要一步步縮小差距。

觀察者網(wǎng)：生產(chǎn)情況怎么樣，與國(guó)際上同類產(chǎn)品相比伏羲芯片的優(yōu)勢(shì)有哪些？有沒有盈利的需求？

姚浩：伏羲芯片在多家境內(nèi)晶圓廠代工生產(chǎn)，良品率達(dá)到90%，已具備批量推廣條件，后續(xù)將根據(jù)電網(wǎng)數(shù)字化進(jìn)程逐步擴(kuò)大伏羲芯片產(chǎn)能。

與同類競(jìng)品比較，伏羲芯片的主要優(yōu)勢(shì)首先就是可控，伏羲芯片從核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)到芯片設(shè)計(jì)、流片、封裝、測(cè)試全鏈條境內(nèi)自主可控，最大限度保障了電網(wǎng)關(guān)鍵核心元器件供應(yīng)鏈安全、穩(wěn)定；其次是專用，伏羲芯片立足電力工控領(lǐng)域?qū)崟r(shí)、安全、智能等計(jì)算需求，從芯片架構(gòu)、資源、算法等方面開展場(chǎng)景化定制設(shè)計(jì)，從元件級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、電力電子化等發(fā)展需求的支撐。

最新一版量產(chǎn)的伏羲芯片，我們與競(jìng)品通過通用測(cè)試工具以及場(chǎng)景專項(xiàng)測(cè)試進(jìn)行比較，芯片在整型、浮點(diǎn)運(yùn)算等通用計(jì)算能力以及融合業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)計(jì)算等方面，具有1.3至1.9倍的性能優(yōu)勢(shì)，而功耗與競(jìng)品基本實(shí)現(xiàn)持平。

至于盈利方面，我們首先還是聚焦于如何保障電網(wǎng)的安全可控，后續(xù)除了主控、安全等芯片外，我們還會(huì)往更多與業(yè)務(wù)緊耦合的芯片領(lǐng)域去拓展，在做好保障的同時(shí)，也會(huì)考慮盈利的事情，畢竟，只有盈利才能保障芯片研發(fā)的持續(xù)投入。

觀察者網(wǎng)：你們是如何定義“真正實(shí)現(xiàn)了自主可控”？此前國(guó)內(nèi)每年進(jìn)口的電力芯片有多少？

姚浩：電力行業(yè)每年涉及千萬(wàn)級(jí)新增設(shè)備用量，涉及芯片達(dá)到數(shù)百億人民幣規(guī)模，相比全國(guó)每年數(shù)千億美金進(jìn)口額來看其實(shí)并不多；雖然在低端領(lǐng)域有很多已經(jīng)是國(guó)產(chǎn)芯片了，但其中95%以上都是基于海外的指令架構(gòu)。

“真正實(shí)現(xiàn)了自主可控”是因?yàn)榉诵酒瑥暮诵闹R(shí)產(chǎn)權(quán)到芯片設(shè)計(jì)、流片、封裝、測(cè)試全鏈條境內(nèi)自主可控，最大限度保障了電網(wǎng)關(guān)鍵核心元器件供應(yīng)鏈安全、穩(wěn)定；目前大量采用進(jìn)口指令架構(gòu)芯片對(duì)于能源、軌道交通等關(guān)鍵工控領(lǐng)域的運(yùn)行安全、供應(yīng)鏈安全均有較大隱患。

國(guó)內(nèi)做指令集、內(nèi)核的廠商屈指可數(shù)，而伏羲芯片采用的C-sky國(guó)產(chǎn)指令集、玄鐵系列國(guó)產(chǎn)內(nèi)核在國(guó)內(nèi)都做的比較好，其中C-sky的用量已經(jīng)達(dá)到了10億級(jí)別，在國(guó)內(nèi)來說相對(duì)比較成熟，而且在工控、打印機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用較多。另外就是C-sky是一個(gè)非開源國(guó)產(chǎn)指令架構(gòu)，在電力工控終端領(lǐng)域不選擇開源的指令架構(gòu)也有出于安全層面的顧慮。

觀察者網(wǎng)：你們覺得，南方電網(wǎng)能夠在電力芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破的關(guān)鍵因素是什么？

姚浩：電力專用芯片這個(gè)概念其實(shí)是我們?cè)O(shè)計(jì)伏羲后才開始提出的，并不是所有應(yīng)用到電力系統(tǒng)、電網(wǎng)產(chǎn)品的都叫電力專用芯片，我們指的電力專用芯片是能跟業(yè)務(wù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)、具有專業(yè)屬性的芯片，比如主控、安全、邊緣計(jì)算芯片等。

傳統(tǒng)上講芯片產(chǎn)業(yè)鏈包括設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試四大環(huán)節(jié)，但我們認(rèn)為芯片應(yīng)用也是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。以前多采用通用芯片方案去滿足特定場(chǎng)景應(yīng)用需求，而隨著專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，場(chǎng)景對(duì)于芯片的專用化需求日益增長(zhǎng)，這種芯片在研發(fā)之初，用戶、應(yīng)用場(chǎng)景、發(fā)展形態(tài)等都是已經(jīng)確定好的。

通用芯片雖然也可滿足電力領(lǐng)域當(dāng)前的需求，但是通用芯片設(shè)計(jì)廠商，對(duì)于各行業(yè)領(lǐng)域的理解是有限的，他們?cè)O(shè)計(jì)的芯片具備適應(yīng)多領(lǐng)域的條件，但在專業(yè)領(lǐng)域一般難以達(dá)到最佳效果。這也是我們判定未來會(huì)有越來越多的行業(yè)用戶參與到專用芯片研發(fā)的原因。

在確定了這個(gè)方向后，隨著數(shù)字電網(wǎng)的深化發(fā)展建設(shè)，新舊業(yè)務(wù)的發(fā)展升級(jí)都需要從底層計(jì)算框架提供支撐，芯片技術(shù)將作為電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展建設(shè)的關(guān)鍵支撐技術(shù)；南方電網(wǎng)作為數(shù)字電網(wǎng)的設(shè)計(jì)者、倡導(dǎo)者，有基礎(chǔ)，也有能力去主導(dǎo)芯片技術(shù)與電網(wǎng)應(yīng)用的深度融合，南方電網(wǎng)在電力專用芯片領(lǐng)域走出了一條完全國(guó)產(chǎn)自主可控的技術(shù)領(lǐng)域，奠定了科技自主自強(qiáng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

觀察者網(wǎng)：近幾年，國(guó)際上發(fā)生了一些電網(wǎng)被黑客攻擊癱瘓的事件。作為電力控制工業(yè)的大腦，請(qǐng)問伏羲芯片怎么保障國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的安全？

姚浩：電網(wǎng)被攻擊癱瘓事件原因有很多種，國(guó)家級(jí)網(wǎng)絡(luò)攻擊居多。其實(shí)在大眾看不到的地方，電網(wǎng)、通信等領(lǐng)域每天每時(shí)每刻都在遭受各種各樣的網(wǎng)絡(luò)攻擊，只是國(guó)家投入較大的防御力量，防范了大量的攻擊。大家可以看到國(guó)外不少因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)攻擊而造成停電的新聞；一個(gè)城市的停電對(duì)于國(guó)家、社會(huì)的影響是很大的。

實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代后，從電網(wǎng)安全的角度來看，有兩方面的優(yōu)點(diǎn)，第一是有效避免了進(jìn)口器件、進(jìn)口IP所可能隱藏的“攻擊后門”，因?yàn)橥耆灾骰男酒旧韺?duì)我們而言是透明化的，也就不存在后門、黑盒等問題；第二就是伏羲芯片采用了非開源的國(guó)產(chǎn)指令架構(gòu)，對(duì)于攻擊的黑客而言，它會(huì)是一個(gè)黑盒，所以在安全的防范上會(huì)更有效。

網(wǎng)絡(luò)安全是能源工控領(lǐng)域的永恒主題，伏羲芯片將為電網(wǎng)安全奠定堅(jiān)實(shí)的原生安全基礎(chǔ)，未來的電網(wǎng)安全防護(hù)有賴從“芯片-裝備-系統(tǒng)”的多級(jí)聯(lián)動(dòng)防護(hù)，不斷堵上安全漏洞。

觀察者網(wǎng)：就從業(yè)者角度來看，你們認(rèn)為電力芯片的國(guó)產(chǎn)化替代之路要走多久？?jī)纱箅娋W(wǎng)公司在其中是怎么協(xié)作的？

姚浩：從我個(gè)人的角度來看，預(yù)計(jì)在未來五至十年，有望在關(guān)鍵的核心組件上完成國(guó)產(chǎn)化替代，很多領(lǐng)域已經(jīng)在進(jìn)行部分國(guó)產(chǎn)器件的驗(yàn)證和批量化使用。

伏羲芯片的使命也在于此。我們不在最高端工藝上去做突破，而是基于對(duì)這個(gè)行業(yè)的理解，從行業(yè)的生態(tài)、應(yīng)用去突破，從而降低對(duì)高端工藝的依賴。目前電網(wǎng)在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需要的芯片也越來越多，所以一切工作就應(yīng)該從頂層設(shè)計(jì)開始。以前需要考慮用什么裝置，后來需要考慮用什么元器件，而現(xiàn)在我們需要考慮讓芯片達(dá)到什么樣的技術(shù)指標(biāo)，有什么樣的功能，是否安全可控等。

國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)都在電力芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)行研發(fā)，但只靠我們兩家肯定不行，還需要很多行業(yè)領(lǐng)域的生態(tài)用戶來一起努力，電網(wǎng)公司充分發(fā)揮好“產(chǎn)業(yè)鏈鏈主”角色，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈、領(lǐng)域、生態(tài)圈的發(fā)展。

觀察者網(wǎng)：伏羲芯片現(xiàn)在的應(yīng)用成果怎么樣？

姚浩：目前已應(yīng)用于繼電保護(hù)、變電站自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化、計(jì)量自動(dòng)化、邊緣計(jì)算、新能源等領(lǐng)域，后續(xù)將形成全系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控領(lǐng)域全場(chǎng)景支撐。

下一步，伏羲芯片將逐步向各行各業(yè)開放，目前已有不少高校、研究機(jī)構(gòu)、終端廠商提出合作，并發(fā)出共建國(guó)產(chǎn)芯片生態(tài)的倡議。立足電網(wǎng)，逐步向其他能源工礦、軌道交通領(lǐng)域發(fā)展是我們的愿景，也期望借助我國(guó)龐大的工控市場(chǎng)，不斷培育完善國(guó)產(chǎn)芯片生態(tài)。我們也將通過技術(shù)手段不斷降低芯片成本，我們有信心，綜合芯片的性能及成本，伏羲芯片將具有較好的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

我們也會(huì)爭(zhēng)取在今年做一個(gè)產(chǎn)品發(fā)布，也希望以后每年都能夠發(fā)布新的電力芯片產(chǎn)品。

觀察者網(wǎng)：南方電網(wǎng)為伏羲芯片的研發(fā)投入了哪些資源？研發(fā)團(tuán)隊(duì)的規(guī)模如何？

姚浩：南方電網(wǎng)啟動(dòng)國(guó)產(chǎn)電力專用芯片“伏羲”的研究及開發(fā)工作以來，先后投入近200人次、上億元資金，走出一條具有電力工控特色的芯片發(fā)展路線。

從研發(fā)團(tuán)隊(duì)來看，第一是具有產(chǎn)品開發(fā)能力，能夠確定電網(wǎng)以后需要哪些產(chǎn)品，用到電網(wǎng)的哪個(gè)環(huán)節(jié)；第二個(gè)是要有技術(shù)場(chǎng)景化的能力，即如何將單一技術(shù)在不同場(chǎng)景中呈現(xiàn)出不同技術(shù)形態(tài)，以充分發(fā)揮其技術(shù)價(jià)值，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)與場(chǎng)景需求的高度融合，芯片模組是一個(gè)好的承載模式；第三是芯片的定制化能力，根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求開展芯片硬件、軟件定制化開發(fā)能力，比如電力網(wǎng)絡(luò)通信、電氣參量計(jì)算、安全動(dòng)態(tài)度量等專業(yè)屬性模塊，從“有沒有”的問題進(jìn)一步擴(kuò)展到“好不好用”的問題。

另外，南方電網(wǎng)已將“電力系統(tǒng)自主專用芯片” 納入公司 “十四五”10大重點(diǎn)研發(fā)方向和8大產(chǎn)業(yè)鏈方向之一，后續(xù)將逐步提升自主芯片在電網(wǎng)場(chǎng)景的覆蓋率，不斷提升芯片技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵支撐作用。

觀察者網(wǎng)：在開發(fā)芯片的過程中，你們感覺電力芯片產(chǎn)業(yè)鏈的短板在哪？

姚浩：短板不僅僅是在電力領(lǐng)域，而是在整個(gè)國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體行業(yè)，我們只是國(guó)產(chǎn)芯片里面的一個(gè)縮影；比如在芯片核心IP方面，跟西方有很大的差距；芯片設(shè)計(jì)近幾年發(fā)展很快，尤其是數(shù)字邏輯芯片差距有所縮小，但是模擬器件這一塊差距仍很大，且芯片整體應(yīng)用規(guī)模相去甚遠(yuǎn)；再往后的芯片制造等領(lǐng)域，卡脖子最為嚴(yán)重。

另外在人才領(lǐng)域，與國(guó)外相比目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的芯片人才缺口依舊非常大，南方電網(wǎng)未來也會(huì)采取跟高校聯(lián)合加強(qiáng)人才培養(yǎng)。

觀察者網(wǎng)：有媒體報(bào)道稱深圳芯英科技也研發(fā)了伏羲芯片，請(qǐng)問南網(wǎng)是否與芯英科技存在合作關(guān)聯(lián)？

姚浩：南方電網(wǎng)自2015年啟動(dòng)“伏羲”研究計(jì)劃，與芯英科技沒有合作。

后記：“伏羲”的成功研發(fā)及量產(chǎn)，對(duì)于國(guó)家電力能源和信息安全、工控領(lǐng)域科技自主可控具有重大意義。南方電網(wǎng)表示，公司接下來將按照“成功一個(gè)試點(diǎn)一個(gè)，試點(diǎn)一個(gè)推廣一片”的工作思路，逐步提高電網(wǎng)多領(lǐng)域場(chǎng)景新增設(shè)備的自主芯片覆蓋率，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)工業(yè)控制芯片規(guī)?；瘧?yīng)用，防范化解電網(wǎng)安全運(yùn)行重大風(fēng)險(xiǎn)。

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