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    • 01、新型电力系统下,能源互联网芯片国产替代任重道远
    • 02、三大芯片产品线,助力打通能源信息流
    • 03、新品再发布,赋能能源数字化底层支撑
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2022年,能源互联网芯片企业打响突围战

11/24 08:24 作者:芯师爷
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芯所向,致未来。由芯师爷主办的第四届硬核中国芯领袖峰会暨2022汽车芯片技术创新与应用论坛于11月15日圆满结束。杭州万高科技股份有限公司(以下简称“杭州万高”)芯片研发中心副总经理夏军虎带来了《高可靠MCU用“芯”服务能源互联》的主题演讲

杭州万高成立于2006年,现为国家电网有限公司所属产业单位,是一家致力于为能源互联网提供专用芯片的集成电路设计企业。经过十多年的发展,杭州万高逐步形成三大芯片产品线,市场覆盖全球近100个国家和地区。

01、新型电力系统下,能源互联网芯片国产替代任重道远

 

随着3060双碳目标的提出和相关政策的推行,智能电网等新型电力系统信息化的双碳改革加速启动,以光伏、风能等为主体的新能源加入,助推了电网整体性能的提升。新型电力系统建设必然要求数字技术与能源技术深度融合和广泛应用,其数字化实现的基础,就在于芯片。 

具体来看,新能源的加入,对电网整体性能的影响主要在四个方面:一是交流和直流极大的网络系统,二是微电网系统,三是直流自营的电力系统,四是动态监测负载的互联网电力系统。分别对应的是源、网、荷、储。电力系统是一个需要维持瞬时平衡的系统,在传统电力系统中,主要通过发电机组的转动惯量、调频能力根据负荷的变化进行发电量调节,以实现电力平衡,即所谓的“源随荷动”。

 

相比之下,新型电力系统将形成大电网主导、多种电网形态相融并存的格局。未来以家庭、社区等不同区域形成多层级微电网,解决规模化新能源与新型负荷大量接入、即插即用的问题。将传统电力系统“发-输-变-配-用”的单向过程,形成“源-网-荷-储”的一体化循环过程,提高新能源发电消纳占比。

杭州万高芯片研发中心副总经理夏军虎 现场演讲

图源:芯师爷

而源-网-荷-储的一体化运行,则需深度融合低碳能源技术、先进信息通信技术与控制技术,这就是为什么新型电力系统数字化实现的基础在于芯片的原因。

传统的电力系统主要分为用电侧、配电侧、输电侧、变电侧以及调度侧五个方面。相关数据显示,目前,核心芯片国产化率最高的是用电侧,超85%;其次是配电侧,超50%,而输电侧、变电侧和调度侧,国产化率不足5%。随着新型电力系统的加速建设,光伏等新能源多样化负荷加入,直流和算力方面的芯片需求指数级增加,国产化替代任重道远。

02、三大芯片产品线,助力打通能源信息流

杭州万高成立于2006年,是一家为能源互联网提供专用芯片的集成电路设计企业,自成立以来,公司以“市场驱动、创新引领、团结协作、结果导向”为经营理念。据介绍,杭州万高的研发团队由中组部特聘专家谭年熊博士牵头,共计150余人,团队目前已与清华大学、浙江大学建立了稳定可靠的合作关系。

“公司发展的转折点在2019年,北京智芯微电子科技有限公司(以下简称“智芯微”)成为杭州万高的控股股东,公司进入发展的快车道。现已形成三大产品体系,分别是蜂鸟系列的计量芯片、海燕系列的主控芯片和飞鸽系列的通信芯片,目前每年销量超1亿颗,覆盖全球近100个国家和地区。”夏军虎说。“计量芯片以前主要是交流,新能源发展带来了直流的芯片需求。主控芯片在各个环节都会有需求,而通信芯片是打通所有链条的关键。”

电能计量芯片

杭州万高在电能计量领域已持续深耕16载,因此电能计量芯片也是其最核心的产品。军虎表示:“目前在网运行的计量芯片部分已稳定运行超过16年,经过十多年的发展,我们已经形成了系列化的计量产品,有单相、三相,还有部分AFE和SoC产品。新型电力系统发展起来后,我们也在不断钻研包括直流计量在内的核心技术。从实验数据、流片数据来看,目前我们的低功耗ADC技术指标已达到国际领先水平。”

图源:截自夏军虎演讲PPT

电力线载波通信芯片

电力线载波通信是电力系统特有的通信方式,其最大的特点是无需重新布线,可以利用现有电力线实现数据传输,因此在电力系统被广泛使用。随着电力线载波通信的进一步发展,电力线载波通信与微功率无线通信相结合的双模通信将有望解决载波信号衰减、信号孤岛等问题,成为下一个发展方向,

现阶段,杭州万高正为链接能源网络最后一公里发力。“我们是大中华地区第一家拿到海外G3、HPLC的企业,经过多年的发展,我们已经集齐所有载波通信的产品系列,既有符合G3标准的,也有符合国内HPLC标准的,同时还有满足双模标准的。”夏军虎介绍到。

图源:截自夏军虎演讲PPT

主控芯片

主控芯片是杭州万高被智芯微收购后,新发展起来的一条产品线。“我们最早有51内核,后来有M0内核,现在有M4内核、泰山内核,以及四核A7内核,所有芯片都已在电力相关的应用需求下得到批量应用。”

图源:截自夏军虎演讲PPT

国内电力芯片要求的产品寿命是超过16年,工作温度为-40度到105度,电力终端的设备必须能够忍受各种极端艰难环境。夏军虎透露:“我们有部分产品出口到中东国家,相比于国内而言,它们的环境对产品要求更高。因此国家电网在具有典型意义环境的区域设立了实验室,我们的产品在满足实验的标准要求下,同时能够满足典型环境的需求,如:要在高盐雾、高严寒、高海拔、高干热、高湿的环境下让芯片稳定运行。”

这些实验也助推杭州万高的产品由符合性向高适用性、高可靠性转型升级。此外,经过十多年的发展,杭州万高在MCU/MPU处理器架构设计、低功耗高精度模拟电路设计、计量和通信算法、低功耗SoC系统设计和高可靠性设计等方面已累积超200项知识产权。同时持续深耕电池电量监测AFE的研发,支撑以新能源为主体的新型电力系统规模化终端和海量数据的计量与感知。

03、新品再发布,赋能能源数字化底层支撑

 

峰会上,夏军虎还介绍了杭州万高新推出的两款主控芯片产品:V32F2系列芯片、V32G410系列芯片

V32F2系列MCU

图源:杭州万高

据介绍,V32F2系列芯片采用了自主设计的泰山400内核。“我们自主设计的泰山400内核,加入了一些可靠性的设计需求,同时,我们还在原有的架构上进行创新,使产品在具备灵活性的基础上和ARM原有的生态保持一致。”夏军虎说到。

V32F2系列芯片即有单核结构,也有双核结构。在双核结构中,其中一个核支持安全机制,另外一个核支持开发。其特点是大容量,接口丰富。V32F2系列芯片拥有多项安全机制,包括支持TrustZone安全架构,内嵌真随机数发生器,支持国内外对称算法(AES、SM4)、非对称安全算法(ECC、RSA、SM2)和杂凑算法(SHA1、SHA256、SM3)等加密算法。

第二款芯片是V32G410系列芯片,其基于Arm Cortex-M4F内核设计,支持轻量级操作系统,最高支持4Mb FLASH和1.5Mb SRAM,支持UART、I2C、SPI、CAN等多种通讯接口,是一款多用途的高性能主控芯片。

“这张图是我们根据新型电力系统描绘出来的一个应用的整体框图,我们这里面的所有芯片,即可用在传统的电能网上,也能用到新型电力网上,包括光伏组件、直流HPLC等。”据夏军虎介绍,目前,杭州万高的主控、计量、通信三大系列芯片已经实现电力全产业的应用,助力源网荷储互动的新型电力系统建设,并逐步向工业控制领域延伸

图源:截自夏军虎演讲PPT

“我们会在追求芯片高可靠性的基础上满足电力系统的应用需求,同时不断地向工控领域延伸。”自成立以来,杭州万高始终践行“以高可靠性芯片服务能源互联网,赋能工业控制,助力双碳目标”的宗旨,相信接下来,在为能源互联网创芯赋能这一点上,杭州万高会带来更多惊喜。

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