國家電網(wǎng)的“芯片計(jì)劃”:國產(chǎn)化路漫漫 需要一些勇氣

一款華為海思的麒麟芯片通常使用5年后退出市場，為此年度研發(fā)投入超百億。而一顆工業(yè)級的“電力專用芯片”需要不間斷工作10年以上，并經(jīng)受住N重極端環(huán)境的考驗(yàn)。

從西北可能遇到的極寒天氣，到長江中下游梅雨季的持續(xù)高濕度，再到沿海地帶的高含鹽量空氣，以及可能遭受到強(qiáng)電磁輻射的干擾，“電力專用芯片”需要同步適應(yīng)千差萬別甚至有點(diǎn)惡劣的電力工業(yè)條件。可靠性要求苛刻，工藝制造與研發(fā)難度遠(yuǎn)超普通消費(fèi)級芯片。

電力專用芯片是國內(nèi)電力系統(tǒng)的說法，屬于芯片行業(yè)通行四大類別（消費(fèi)級、工業(yè)級、汽車級、軍工級）中的工業(yè)級芯片。由于在電力領(lǐng)域使用時(shí)，有針對電力應(yīng)用的專門設(shè)計(jì)，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(yè)務(wù)的安全防護(hù)，專用性方面計(jì)量芯片需適用電能計(jì)量等等。通常芯片商會(huì)根據(jù)電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展并提供針對性的設(shè)計(jì)和方案。

電力專用芯片正是電力公司打造藍(lán)圖宏偉的智能電網(wǎng)時(shí)，必備的元器件。2019年年初國家電網(wǎng)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”構(gòu)想的提出，對電力專用芯片的需求將呈指數(shù)級上升。從發(fā)電、輸電、變電、配電、調(diào)度到用電六大環(huán)節(jié)，上萬個(gè)智能化場景都離不開芯片的使用。具體到日?？梢姷闹悄茈姳?、智能充電樁，均有芯片植入其中。

然而國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，國產(chǎn)化進(jìn)程遠(yuǎn)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(yè)以研發(fā)消費(fèi)級芯片為主，與工業(yè)級電力專用芯片對于工作時(shí)長、溫度適應(yīng)區(qū)間以及其他可靠性方面的要求存在明顯差異。

國家電網(wǎng)公司早在九年前智能電網(wǎng)建設(shè)初期，就成立了集成電路設(shè)計(jì)公司?？墒怯缮贁?shù)企業(yè)單槍匹馬在工業(yè)級電力專用芯片領(lǐng)域試圖各個(gè)擊破，發(fā)力分散，也注定路途漫漫。復(fù)雜的半導(dǎo)體工業(yè)需要長期持續(xù)性的巨額研發(fā)投入，以及更多企業(yè)協(xié)作完成。

電力物聯(lián)網(wǎng)的浪潮，似乎在探索一個(gè)可能的方向：通過營造一個(gè)更具吸引力的市場，打破邊界，帶動(dòng)更多企業(yè)參與到適配于電力業(yè)務(wù)的芯片研發(fā)當(dāng)中。然而這又取決于國網(wǎng)對于芯片業(yè)務(wù)的定位，并采取怎樣的市場策略。

兩度激活

國家電網(wǎng)是全球規(guī)模最大、覆蓋人群最多的公用事業(yè)公司，2010年1月正式全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，并以“一號文”發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的意見》。這就醞釀了一個(gè)極為龐大的工業(yè)級集成電路市場，當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)芯片需求量在200億片。

不過彼時(shí)國內(nèi)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(dǎo)體巨頭采購。關(guān)鍵元器件受制于海外供應(yīng)商，無論是議價(jià)能力還是產(chǎn)能、供貨周期的匹配顯然過于被動(dòng)。另外考慮到電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全，亦存在隱患。如此，國網(wǎng)體系內(nèi)的自研芯片公司應(yīng)運(yùn)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(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)（以下簡稱“國網(wǎng)信通公司”）、南瑞集團(tuán)、中國電力科學(xué)院分別持股40%、40%、20%，并擁有國內(nèi)第一個(gè)工業(yè)級芯片的國家級實(shí)驗(yàn)室。

“智能電表中的安全芯片，是最初國網(wǎng)進(jìn)軍芯片領(lǐng)域的切入口。當(dāng)時(shí)國網(wǎng)也表示有能力實(shí)現(xiàn)安全芯片的自主研發(fā)。”一位芯片專家告訴eo，“目前國網(wǎng)智能電表中的安全芯片，基本由智芯公司提供。”

芯片產(chǎn)業(yè)鏈通常劃分為設(shè)計(jì)、制造、封裝、應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)。國家電網(wǎng)的布局集中在資金與人才密集型的“兩端”，即芯片設(shè)計(jì)與芯片應(yīng)用。

“國網(wǎng)做不了生產(chǎn)，也沒必要做生產(chǎn)。”上述芯片專家解釋，這是因?yàn)樾酒鞒躺婕凹夹g(shù)面廣泛，如果專注做設(shè)計(jì)，能做好就很好了。只有當(dāng)產(chǎn)品具備足夠競爭力，能夠生存、盈利后，才會(huì)考慮擴(kuò)展產(chǎn)品線。

而且相對而言，制造與封裝屬于重資產(chǎn)。該人士補(bǔ)充道，這兩個(gè)環(huán)節(jié)同樣是技術(shù)密集型、資金緊密型產(chǎn)業(yè)。“制造環(huán)節(jié)其實(shí)是國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是光刻，一臺(tái)先進(jìn)工藝的光刻機(jī)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(chǎn)；而在封裝環(huán)節(jié)，承擔(dān)著絕大部分可靠性的責(zé)任，尤其對于航空航天用芯片來說，非常關(guān)鍵。”

因電網(wǎng)轉(zhuǎn)型牽動(dòng)的集成電路市場，還在獲得進(jìn)一步激活。2019年1月21日，國家電網(wǎng)再度在“一號文”中釋放重磅信號，提出推動(dòng)電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，打造承載電力流的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與承載數(shù)據(jù)流的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。

這意味著，國家電網(wǎng)事實(shí)上將擁有兩張實(shí)體網(wǎng)絡(luò)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院高級工程師陸陽曾指出即將到來的5G時(shí)代對于國網(wǎng)的意義，“一張是電網(wǎng)，一張是信息通信網(wǎng)，而且隨著未來業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，信息通信網(wǎng)絡(luò)的地位和重要性也是越來越突出。”

這也是為什么國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)副總經(jīng)理孫德棟會(huì)強(qiáng)調(diào)，“信息通訊技術(shù)迅速發(fā)展到這個(gè)階段，才能真正（支撐）建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。”國家電網(wǎng)可以通過信息通信網(wǎng)這“第二張網(wǎng)”，將觸角從過去的電力設(shè)備之間，繼續(xù)延展、發(fā)散到以電力為紐帶的各類設(shè)備終端。

這將直接促進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架中，感知層和網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域的高速電力線載波系列芯片。不難預(yù)見，電力物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(jù)官方介紹，智芯公司目前已開發(fā)包括安全、主控、通信、傳感、射頻識(shí)別五大類別的76款產(chǎn)品。芯片銷售量從2010年起步時(shí)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(yè)內(nèi)人士告訴eo，在電力專用芯片領(lǐng)域，國家層面的推動(dòng)體現(xiàn)并不顯著，主要是電網(wǎng)領(lǐng)域的重要研發(fā)計(jì)劃，屬于科技項(xiàng)目的支持。“電網(wǎng)屬于國家能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，具有開展國產(chǎn)化的有利條件，（電力專用芯片）可以作為一個(gè)較好的切入點(diǎn)，尤其是安全芯片。”

根據(jù)智芯公司預(yù)計(jì)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)將從電力行業(yè)的設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備，逐步延伸到企業(yè)、家庭、城市的智能化，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)會(huì)給集成電路應(yīng)用帶來指數(shù)級數(shù)量增加，預(yù)計(jì)需求達(dá)千億片。

一邊是黃金市場前景廣闊，另一邊卻是國產(chǎn)化進(jìn)程緩慢而艱難。

國產(chǎn)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(diào)研，那時(shí)候電力裝置中所有設(shè)備里面的芯片90%依賴于集成，高端主要是歐美的，低端基本是日韓系列。”趙東艷在“第二屆綜合能源系統(tǒng)峰會(huì)暨泛在電力物聯(lián)網(wǎng)論壇”上回憶。

趙東艷是北京智芯微電子科技有限公司執(zhí)行董事、黨委書記。談及中國芯片產(chǎn)業(yè)的整體現(xiàn)狀，趙東艷感慨，“其實(shí)還是比較令人難過的。”中國芯片需求量占全球消費(fèi)量一半以上，但自主研發(fā)的產(chǎn)品僅占到總體需求的四分之一。

據(jù)她介紹，智芯公司已經(jīng)將電力系統(tǒng)用電側(cè)設(shè)備的核心芯片國產(chǎn)化率，從九年前的不足10%提升至60%以上。不過在用電環(huán)節(jié)之外，國產(chǎn)化率依舊停留在較低水平。2018年，配電環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化率約10%，輸變電及調(diào)度環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化率低于5%。

“其實(shí)芯片國產(chǎn)化依然很難。”趙東艷說。

趙東艷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(fēng)險(xiǎn)，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的深化，芯片的應(yīng)用量將迅猛增加。作為信息技術(shù)底層支撐的芯片出問題，將嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

據(jù)了解，目前國網(wǎng)范圍內(nèi)智能電表中的安全芯片，全部來自智芯公司自主研發(fā)的產(chǎn)品，對于安全芯片排他性的采購，正是基于電網(wǎng)業(yè)務(wù)安全性的考量。

二是價(jià)格居高不下，芯片嚴(yán)重依賴進(jìn)口，芯片定價(jià)權(quán)牢牢掌握在國外廠商手里，芯片價(jià)格一直居高不下。

上述芯片專家舉例說，一款芯片產(chǎn)品如果國內(nèi)無法供應(yīng)，國外供應(yīng)商可能會(huì)賣到3美元一顆，等國內(nèi)有競品出現(xiàn)后，他們會(huì)降價(jià)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。

三是供貨周期長，國外芯片供不應(yīng)求，加之部分國家對中國出口芯片有數(shù)量及附加條件限制等原因，芯片供貨周期無法保證。

一個(gè)例子發(fā)生在國內(nèi)推進(jìn)安裝智能電表的初期，當(dāng)時(shí)智能電表的RTC模塊依賴于從日本采購，恰逢日本發(fā)生了9級的“311大地震”，并引發(fā)海嘯以及福島第一核電站核泄漏等事故。“日本地震之后，芯片用不上，我們整個(gè)國家智能電表的安裝都無法完成。”趙東艷說。

在上述專家看來，芯片屬于交叉學(xué)科，其發(fā)展需要許多學(xué)科做支撐。從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，涉及電子信息、材料學(xué)等多個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)，而且在技術(shù)、專利、人才等多個(gè)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(fù)旦微電子、銳能微、鼎信等多家企業(yè)在電力專用芯片領(lǐng)域有芯片產(chǎn)品推出，尤其在計(jì)量芯片、安全芯片以及智能電表中的應(yīng)用，存在多家國產(chǎn)芯片公司競爭的局面。比如在計(jì)量芯片領(lǐng)域，國內(nèi)廠商競爭激烈，國外廠商的利潤達(dá)不到要求，就會(huì)選擇退出。

不過總體在主網(wǎng)、配網(wǎng)等環(huán)節(jié)而言，國產(chǎn)化率依舊偏低。據(jù)相關(guān)人士分析，如果功能方面的假設(shè)沒問題的話，穩(wěn)定性是一個(gè)重要的考量。“其實(shí)經(jīng)過幾年的市場驗(yàn)證，或多或少都有問題，廠家未必會(huì)放心大膽使用。就像我們買車，可能對國產(chǎn)車或多或少還是有疑慮的。”

除此之外，國產(chǎn)芯片在成本競爭力上相對較弱，國外供應(yīng)商更有底氣打價(jià)格戰(zhàn)。“因?yàn)榍捌趪鈴S商已經(jīng)賺回了成本，在出現(xiàn)競爭對手時(shí)，可以將價(jià)格定的很低。”他說。

持續(xù)探路

“需要更明確的頂層設(shè)計(jì)支持。”有相關(guān)人士對此感到困惑，如何推動(dòng)需要一個(gè)明確的思路與分工。過去在國網(wǎng)內(nèi)部，存在多家企業(yè)同時(shí)研發(fā)芯片并存在業(yè)務(wù)競爭的情況，智芯公司的歸屬也有過幾段流轉(zhuǎn)。“寶貴的資源不要沖突，內(nèi)部競爭有點(diǎn)浪費(fèi)。”

2018年9月26日，國網(wǎng)推進(jìn)智芯公司與三大股東方簽訂增資協(xié)議?；蛟S是受到2018年上半年“中興事件”掀起全民對“國產(chǎn)芯”熱切追求的影響，意識(shí)到進(jìn)一步集中資源加注對芯片領(lǐng)域投入的迫切性，國網(wǎng)通過增資擴(kuò)股完成內(nèi)部芯片業(yè)務(wù)的資源整合，重復(fù)競爭的“老大難”問題得以解決。至此，智芯公司成為國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)唯一的芯片研發(fā)設(shè)計(jì)主體。

國網(wǎng)公司總會(huì)計(jì)師羅乾宜稱，這一增資行動(dòng)，標(biāo)志者智芯公司進(jìn)入整合發(fā)展的新階段。南瑞集團(tuán)董事長奚富國表示，此次增資是國網(wǎng)公司準(zhǔn)確把握經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢和行業(yè)發(fā)展規(guī)律的戰(zhàn)略決策，通過整合三方優(yōu)勢資源，有利于打通芯片產(chǎn)業(yè)上下游各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)與應(yīng)用協(xié)同發(fā)展。

與此同時(shí)，“需要一些勇氣來試用這些（國產(chǎn)化）芯片。”上述業(yè)內(nèi)人士說，有些芯片內(nèi)部懷疑聲音很大，不太敢用。如果要推動(dòng)國產(chǎn)化，電網(wǎng)作為業(yè)主要有勇氣去試點(diǎn)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一大思路，其實(shí)是開放和跨界協(xié)作。趙東艷說，自主可控芯片的發(fā)展模式，不能靠一家企業(yè)來完成，本質(zhì)上是打造一個(gè)良好的電力芯片發(fā)展生態(tài)圈，讓這個(gè)生態(tài)圈里的電力芯片應(yīng)用單位、電力終端廠商、電力芯片設(shè)計(jì)公司、電力芯片標(biāo)準(zhǔn)組織等充分溝通、密切協(xié)作、合理分工，共同推進(jìn)電力芯片國產(chǎn)化進(jìn)程。

不過這可能需要國網(wǎng)明晰對智芯公司的業(yè)務(wù)定位，是全產(chǎn)品線參與？還是集中火力于幾種芯片研發(fā)？在采購與競爭策略上，給其他國內(nèi)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(zhì)化生產(chǎn)，做著完全相同規(guī)格、參數(shù)的芯片產(chǎn)品，容易導(dǎo)致資源浪費(fèi)。但如果都各有所長，各個(gè)方面都有拿得出手的產(chǎn)品，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)會(huì)更健康。”上述芯片專家說。