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7分鐘南方能源觀察
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eo記者 周慧之
一款華為海思的麒麟芯片通常使用5年後退出市場，為此年度研發投入超百億。而一顆工業級的“電力專用芯片”需要不間斷工作10年以上，並經受住N重極端環境的考驗。
從西北可能遇到的極寒天氣，到長江中下游梅雨季的持續高溼度，再到沿海地帶的高含鹽量空氣，以及可能遭受到強電磁輻射的干擾，“電力專用芯片”需要同步適應千差萬別甚至有點惡劣的電力工業條件。可靠性要求苛刻，工藝製造與研發難度遠超普通消費級芯片。
電力專用芯片是國內電力系統的說法，屬於芯片行業通行四大類別（消費級、工業級、汽車級、軍工級）中的工業級芯片。由於在電力領域使用時，有針對電力應用的專門設計，故得此稱。
例如要考慮主控芯片的電磁兼容功能，安全芯片有針對電力業務的安全防護，專用性方面計量芯片需適用電能計量等等。通常芯片商會根據電網的技術標準，開展並提供針對性的設計和方案。
電力專用芯片正是電力公司打造藍圖宏偉的智能電網時，必備的元器件。2019年年初國家電網“泛在電力物聯網”構想的提出，對電力專用芯片的需求將呈指數級上升。從發電、輸電、變電、配電、調度到用電六大環節，上萬個智能化場景都離不開芯片的使用。具體到日常可見的智能電錶、智能充電樁，均有芯片植入其中。
然而國內芯片產業發展滯後，國產化進程遠無法跟上需求提速的步伐。且大眾所熟知的華為、紫光、中興等企業以研發消費級芯片為主，與工業級電力專用芯片對於工作時長、溫度適應區間以及其他可靠性方面的要求存在明顯差異。
國家電網公司早在九年前智能電網建設初期，就成立了集成電路設計公司。可是由少數企業單槍匹馬在工業級電力專用芯片領域試圖各個擊破，發力分散，也註定路途漫漫。複雜的半導體工業需要長期持續性的鉅額研發投入，以及更多企業協作完成。
電力物聯網的浪潮，似乎在探索一個可能的方向：通過營造一個更具吸引力的市場，打破邊界，帶動更多企業參與到適配於電力業務的芯片研發當中。然而這又取決於國網對於芯片業務的定位，並採取怎樣的市場策略。
兩度激活
國家電網是全球規模最大、覆蓋人群最多的公用事業公司，2010年1月正式全面推進智能電網建設，並以“一號文”發佈《關於加快推進堅強智能電網建設的意見》。這就醞釀了一個極為龐大的工業級集成電路市場，當時預計芯片需求量在200億片。
不過彼時國內絕大部分的電力專用芯片需要從英飛凌、恩智浦、瑞薩、愛普生等歐美日半導體巨頭採購。關鍵元器件受制於海外供應商，無論是議價能力還是產能、供貨週期的匹配顯然過於被動。另外考慮到電網數據安全，亦存在隱患。如此，國網體系內的自研芯片公司應運而生。
2010年，北京智芯微電子有限公司（以下簡稱“智芯公司”）組建，目前由國網信息通信產業集團（以下簡稱“國網信通公司”）、南瑞集團、中國電力科學院分別持股40%、40%、20%，並擁有國內第一個工業級芯片的國家級實驗室。
“智能電錶中的安全芯片，是最初國網進軍芯片領域的切入口。當時國網也表示有能力實現安全芯片的自主研發。”一位芯片專家告訴eo，“目前國網智能電錶中的安全芯片，基本由智芯公司提供。”
芯片產業鏈通常劃分為設計、製造、封裝、應用四個環節。國家電網的佈局集中在資金與人才密集型的“兩端”，即芯片設計與芯片應用。
“國網做不了生產，也沒必要做生產。”上述芯片專家解釋，這是因為芯片全流程涉及技術面廣泛，如果專注做設計，能做好就很好了。只有當產品具備足夠競爭力，能夠生存、盈利後，才會考慮擴展產品線。
而且相對而言，製造與封裝屬於重資產。該人士補充道，這兩個環節同樣是技術密集型、資金緊密型產業。“製造環節其實是國內芯片產業的薄弱環節，尤其是光刻，一臺先進工藝的光刻機就幾億美元，有錢不一定買得到，國際上只有一家荷蘭公司能生產；而在封裝環節，承擔著絕大部分可靠性的責任，尤其對於航空航天用芯片來說，非常關鍵。”
因電網轉型牽動的集成電路市場，還在獲得進一步激活。2019年1月21日，國家電網再度在“一號文”中釋放重磅信號，提出推動電網與互聯網深度融合，打造承載電力流的堅強智能電網與承載數據流的泛在電力物聯網。
這意味著，國家電網事實上將擁有兩張實體網絡。全球能源互聯網研究院高級工程師陸陽曾指出即將到來的5G時代對於國網的意義，“一張是電網，一張是信息通信網，而且隨著未來業務的不斷髮展，信息通信網絡的地位和重要性也是越來越突出。”
這也是為什麼國網信通產業集團副總經理孫德棟會強調，“信息通訊技術迅速發展到這個階段，才能真正（支撐）建設泛在電力物聯網。”國家電網可以通過信息通信網這“第二張網”，將觸角從過去的電力設備之間，繼續延展、發散到以電力為紐帶的各類設備終端。
這將直接促進泛在電力物聯網構架中，感知層和網絡層的芯片需求。典型的是感知層的傳感器芯片，以及通訊傳輸領域的高速電力線載波系列芯片。不難預見，電力物聯網時代能為芯片及其一整套解決方案的市場需求，帶來巨大想象空間。
據官方介紹，智芯公司目前已開發包括安全、主控、通信、傳感、射頻識別五大類別的76款產品。芯片銷售量從2010年起步時期的0.25億顆每年，提升到1億顆每年。除本土外，還銷往中亞、歐洲、南美、非洲等地。
有業內人士告訴eo，在電力專用芯片領域，國家層面的推動體現並不顯著，主要是電網領域的重要研發計劃，屬於科技項目的支持。“電網屬於國家能源基礎設施領域，具有開展國產化的有利條件，（電力專用芯片）可以作為一個較好的切入點，尤其是安全芯片。”
根據智芯公司預計，泛在電力物聯網建設將從電力行業的設備與設備、人與設備，逐步延伸到企業、家庭、城市的智能化，實現萬物互聯會給集成電路應用帶來指數級數量增加，預計需求達千億片。
一邊是黃金市場前景廣闊，另一邊卻是國產化進程緩慢而艱難。
國產化路漫漫
“記得2010年之前，我跟大家一起做電力芯片的需求調研，那時候電力裝置中所有設備裡面的芯片90%依賴於集成，高端主要是歐美的，低端基本是日韓系列。”趙東豔在“第二屆綜合能源系統峰會暨泛在電力物聯網論壇”上回憶。
趙東豔是北京智芯微電子科技有限公司執行董事、黨委書記。談及中國芯片產業的整體現狀，趙東豔感慨，“其實還是比較令人難過的。”中國芯片需求量佔全球消費量一半以上，但自主研發的產品僅佔到總體需求的四分之一。
據她介紹，智芯公司已經將電力系統用電側設備的核心芯片國產化率，從九年前的不足10%提升至60%以上。不過在用電環節之外，國產化率依舊停留在較低水平。2018年，配電環節的國產化率約10%，輸變電及調度環節的國產化率低於5%。
“其實芯片國產化依然很難。”趙東豔說。
趙東豔提到電力專用芯片對外依存度高易存在三大隱患。一是信息安全風險，隨著泛在電力物聯網建設的深化，芯片的應用量將迅猛增加。作為信息技術底層支撐的芯片出問題，將嚴重影響到電網的安全運行。
據瞭解，目前國網範圍內智能電錶中的安全芯片，全部來自智芯公司自主研發的產品，對於安全芯片排他性的採購，正是基於電網業務安全性的考量。
二是價格居高不下，芯片嚴重依賴進口，芯片定價權牢牢掌握在國外廠商手裡，芯片價格一直居高不下。
上述芯片專家舉例說，一款芯片產品如果國內無法供應，國外供應商可能會賣到3美元一顆，等國內有競品出現後，他們會降價30%，但依然有70%左右的利潤。也就是說，成本只有幾十美分，而且成本與銷售量成反比。
三是供貨週期長，國外芯片供不應求，加之部分國家對中國出口芯片有數量及附加條件限制等原因，芯片供貨週期無法保證。
一個例子發生在國內推進安裝智能電錶的初期，當時智能電錶的RTC模塊依賴於從日本採購，恰逢日本發生了9級的“311大地震”，並引發海嘯以及福島第一核電站核洩漏等事故。“日本地震之後，芯片用不上，我們整個國家智能電錶的安裝都無法完成。”趙東豔說。
在上述專家看來，芯片屬於交叉學科，其發展需要許多學科做支撐。從設計到生產，涉及電子信息、材料學等多個基礎科學，而且在技術、專利、人才等多個方面存在壁壘。“所以不是一朝一夕能追趕上的。”
除智芯公司之外，復旦微電子、銳能微、鼎信等多家企業在電力專用芯片領域有芯片產品推出，尤其在計量芯片、安全芯片以及智能電錶中的應用，存在多家國產芯片公司競爭的局面。比如在計量芯片領域，國內廠商競爭激烈，國外廠商的利潤達不到要求，就會選擇退出。
不過總體在主網、配網等環節而言，國產化率依舊偏低。據相關人士分析，如果功能方面的假設沒問題的話，穩定性是一個重要的考量。“其實經過幾年的市場驗證，或多或少都有問題，廠家未必會放心大膽使用。就像我們買車，可能對國產車或多或少還是有疑慮的。”
除此之外，國產芯片在成本競爭力上相對較弱，國外供應商更有底氣打價格戰。“因為前期國外廠商已經賺回了成本，在出現競爭對手時，可以將價格定的很低。”他說。
持續探路
“需要更明確的頂層設計支持。”有相關人士對此感到困惑，如何推動需要一個明確的思路與分工。過去在國網內部，存在多家企業同時研發芯片並存在業務競爭的情況，智芯公司的歸屬也有過幾段流轉。“寶貴的資源不要衝突，內部競爭有點浪費。”
2018年9月26日，國網推進智芯公司與三大股東方簽訂增資協議。或許是受到2018年上半年“中興事件”掀起全民對“國產芯”熱切追求的影響，意識到進一步集中資源加註對芯片領域投入的迫切性，國網通過增資擴股完成內部芯片業務的資源整合，重複競爭的“老大難”問題得以解決。至此，智芯公司成為國網系統內唯一的芯片研發設計主體。
國網公司總會計師羅乾宜稱，這一增資行動，標誌者智芯公司進入整合發展的新階段。南瑞集團董事長奚富國表示，此次增資是國網公司準確把握經濟發展形勢和行業發展規律的戰略決策，通過整合三方優勢資源，有利於打通芯片產業上下游各個環節，實現研發與應用協同發展。
與此同時，“需要一些勇氣來試用這些（國產化）芯片。”上述業內人士說，有些芯片內部懷疑聲音很大，不太敢用。如果要推動國產化，電網作為業主要有勇氣去試點。
泛在電力物聯網的一大思路，其實是開放和跨界協作。趙東豔說，自主可控芯片的發展模式，不能靠一家企業來完成，本質上是打造一個良好的電力芯片發展生態圈，讓這個生態圈裡的電力芯片應用單位、電力終端廠商、電力芯片設計公司、電力芯片標準組織等充分溝通、密切協作、合理分工，共同推進電力芯片國產化進程。
不過這可能需要國網明晰對智芯公司的業務定位，是全產品線參與？還是集中火力於幾種芯片研發？在採購與競爭策略上，給其他國內芯片廠商多大空間？
“只要是市場行為，都無可厚非。不過如果都同質化生產，做著完全相同規格、參數的芯片產品，容易導致資源浪費。但如果都各有所長，各個方面都有拿得出手的產品，整個芯片產業會更健康。”上述芯片專家說。
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