集成电路

对于我国而言，集成芯片技术对于集成电路产业具有更加重要意义。由于我国在集成电路产业的一些先进装备、材料、EDA以及成套工艺等方面被限制，导致我国短期内难以持续发展尺寸微缩的技术路线。集成芯片技术提供了一条利用自主集成电路工艺研制跨越1-2个工艺节点性能的高端芯片技术路线。同时，我国集成电路产业具有庞大市场规模优势，基于现有工艺制程发展集成芯片技术可以满足中短期的基本需求，并可借助大规模的市场需求刺激集成芯片技术的快速进步，走出我国集成电路产业发展特色，并带动尺寸微缩路径和新原理器件路径的共同发展。本技术白皮书邀请了集成芯片与芯粒领域的优势研究力量，详实分析了集成芯片的技术途径和国内外发展现状，总结了我国在集成芯片领域的基础优势和面临的挑战，希望能够为技术规划、技术攻关、产业政策等提供参考。在撰写过程中，有很多未尽之处和编委们的知识所限，也请批评指正。

本项目属于集成电路领域。随着智能电网建设的推进，电力通信芯片的市场需求与日俱增，长期以来电力通信芯片依赖国外进口，存在安全隐患大、供货不稳定等问题。随着智能电网新型业务的兴起，分布式电源等各类终端大量接入，对通信实时性、可靠性、通信速率等提出严苛的要求，而国内产品主要面向消费类电子，存在成本高、功耗高、可靠性差等问题，无法满足复杂电力环境下的应用需求。因此，亟需研发具有自主知识产权的工业级电力通信核心芯片，以实现规模化推广应用。本项目开展了高性能模拟前端、电力线载波通信、微功率无线通信和多模融合通信等关键技术研究，突破了噪声自适应消除、抗信道干扰、低功耗与高性能难以平衡等难题，开发了高速电力线载波通信芯片、G3-电力线载波通信芯片、微功率无线通信芯片、双模融合通信芯片4款芯片以及12款模块产品，取得了集理论、技术和产品于一体的创新突破：1）突破环境温度、干扰噪声、工艺偏差因素导致放大器性能降低的难题，提出自适应噪声消除和多温度系数参考源电路设计方法，设计模拟放大器，可控增益带宽提高了10%，保障通信芯片在复杂电力工况下可靠运行；2）攻克了电力线强干扰、强衰减环境下高速通信的难题，提出了互相关帧同步技术，提出了实时自适应干扰消除技术，保证了高速电力线载波通信芯片在复杂信道环境中稳定可靠运行；3）突破了通信芯片在低功耗、小尺寸与高性能需求之间难以平衡的难题，提出了一种基于注入锁定技术和有源电感振荡器的高频信号追踪的方法，设计了低噪声射频模块，研制出高性能、低成本的微功率无线通信芯片；4）突破了双模融合通信的信道差异化适配难题，提出了电力线载波与无线融合通信架构，构建了双通道子载波误码率预测模型，设计了双链路自适应切换保护与子载波优选适配方法，研制出高可靠、高适配性的双模融合通信芯片。 项目成果已在我国电力行业实现大规模应用，覆盖27个省/市/自治区，拓展至环境监测、智能家居等领域。项目的实施，实现自主知识产权电力通信芯片的规模化推广应用，有效提升电力通信水平，打破国外垄断，带动我国集成电路自主创新，对推动产业进步意义重大。

2015年，国家能源局发布了《配电网建设改造行动计划(2015- -2020年) 》( 国能电力[2015]290 号)，计划明确提出了到2020年配电自动化覆盖率不低于90%的目标。. 电压时间型馈线自动化建设模式具有简单、可靠、不依赖通信、建设成本低等优点，在国内架空线路配电自动化改造和建设中得到广泛应用。但在前期实践过程中，出现过如下问题:馈线自动化开关设备质量参差不齐:电压时间型馈线自动化功能不一致甚至不全、产品结构不合理等。缺乏统一、可操作性强的馈线自动化成套设备检测方法及评价、调试施工标准，各局无法有效实施。缺少相关的测试、调试和维护工具:随着大规模集成电路及嵌入式技术的飞速发展，馈线终端的功能越来越复杂，实际运行中因参数配置或功能压板投退不正确，导致电压时间型馈线自动化设备不能正确隔离故障的情况占比达30%。 为确保馈线自动化的建设和改造工作取得实效，项目组提出了完整的电压时间型馈线自动化逻辑标准以及相应的检测、调试方法，并开发了电压时间型馈线自动化测试装置，可完整地对柱上开关自动化设备电压时间型馈线自动化功能实现“- -键式”闭环检测，为此类设备的送样检测、专项/到货抽检、安装调试等常规工作提供技术手段。 目前，项目成果以经在2018年及2019年的配电自动化设备送样检测、设备到货抽检、安装调试工作中广泛应用。

本项目研究的内容主要针对公司近期开展的与互联网相关的新业务中存在的知识产权问题，涵盖物联网综合服务产业、车联网智能服务平台、电动汽车、国网商城、第三方支付平台、智能电网等多个业务类型。从知识产权角度出发研究和分析上述业务已经出现及未来可能出现的法律风险并制定相应的纠纷解决和知识产权成果保护策略。每一项新业务都涉及不只一种知识产权法律问题，因此本项目以知识产权类型为区分针对具体问题进行专章、专节和专题的集中讨论。具体而言，新业务所涉著作权、商标权、专利权和集成电路设计布图的知识产权保护以及知识产权的刑法保护等法律问题。著作权方面，就链接、自媒体、开源软件、UI 界面、网络图片及视频、字体字库著作权等互联网时代独具特色的著作权法律问题结合国网公司的新业务进行了专题讨论。除此之外，随着新业务的不断推进，不正当竞争所涉及的法律问题将难以避免，对此本项目根据现有的法律法规和案例对国网公司互联网时代新业务可能出现的不正当竞争法律问题进行了梳理并制定应对方案，一方面有助于公司在开展业务过程中洁身自律，另一方面也能及时防范竞争对手侵犯国网公司的合法权益。此外，结合商标权、专利权和集成电路设计布图以及知识产权的刑法保护等法律问题，本研究报告也根据实务中关注的问题进行了重点研究和阐述，力求全面的反映实践需要和重点的解决突出问题。

日前，上海市政府印发《新时期促进上海市集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，鼓励集成电路企业和软件企业做大产业规模，对于首次突破相关年度主营业务收入条件的集成电路装备材料、EDA、设计企业和软件企业，由市、区两级政府给予企业核心团队分级奖励。其中，基础软件、工业软件、信息安全软件企业突破的年度主营业务收入可作进一步放宽。

中新广州知识城作为中国与新加坡国家级双边合作项目，以“知识创造新高地、湾区创新策源地、国际人才自由港、开放合作示范区”的战略定位，打造粤港澳大湾区高质量发展重要引擎，形成“一核两心多园”的空间布局，引进以百济神州为首的40多家顶尖医药项、以粤芯芯片为龙头的全链条集成电路产业集群，以小鹏汽车智造创新中心为代表的新能源汽车产业集群等。仅2022年一年，在建投资项目达186个，总投资超过3000亿元。为保证供电的可靠性，助力知识城经济高质量发展，承担电力先行责任，知识城中压配网规划借鉴新加坡经验，引入20kV电压等级，一次网架采用“花瓣”接线合环运行，保护系统采用线路光差保护、开关站母差保护为主保护，并配以三段式过流保护为后备保护，自动实现快速隔离故障、转供电等，供电可靠性达99.999%。

近年来，因信息安全导致的电力事故频发，对电力工业提出严峻挑战。密码芯片具有安全等级高、运行效率快、规模化应用成本低等优点，是保障电力工业信息安全的主流选择。目前，侧信道防护技术尚未成熟，嵌入式 CPU 内核的前沿设计技术和知识产权受制于人的现状没有根本改善，现有密码芯片在数据通信速率、加解密速度和安全等级等方面，与高速应用需求（如服务器、密码机、视频监控）之间还有较大差距。因此，研发自主可控的系列密码芯片产品，提升电力系统信息安全防护水平，对于保障电力工业乃至整个工控领域信息安全意义重大。 本项目深入研究了国产安全算法、侧信道泄漏定位与防护添加、嵌入式安全 CPU、芯片架构设计、电力工业领域密码芯片应用等关键技术，研制了基于国产算法和自主嵌入式 CPU 的系列密码芯片，取得了一系列突破创新：1）创建真随机数熵模型，设计出高速稳定的数字真随机数发生器，面向分组密码提出一种基于真随机数的高阶掩码防护设计方法，保证了高速算法的理论和实际安全性；2）发明了一种针对密码芯片组合逻辑的搜索算法，开发了芯片侧信道泄漏定位与自动化防护添加系统，填补了 glitch（毛刺）检测与防护研究领域的技术空白；3）提出一种安全 CPU 微架构设计方案，开发了具有自主知识产权的嵌入式安全 CPU 内核，可有效抵抗故障注入攻击；4）提出了一种基于三级总线的 SoC 芯片架构和一种高基算法核设计方法，密码算法性能达到 Gbps 量级；5）提出了一套涵盖终端本体安全、主站端安全、密钥管理体系建设等方面的密码芯片应用方案，实现了密码芯片在电力行业的亿级规模化应用。 项目成果已通过权威机构检测认证，各项性能指标合格。申请发明专利 13 项（授权 9 项），授权实用新型专利 2 项，集成电路布图 1 项，发表论文 7 篇（SCI2 篇、EI 及中文核心 5 篇）。项目成果已在全国 20 余个省市推广应用，并在智慧城市、环保、安防等领域实现试点应用，安全稳定运行超过三年。近三年累计销售各类安全芯片超 2 亿颗，新增销售额 22.54 亿元，利润 4.44亿元。项目成果经中国电机工程学会鉴定，整体技术水平国际先进，部分技术达到国际领先水平。项目相关技术及产品具有普适性，不仅可以用于电力领域，还可面向燃气、供水、银行、交通、邮政、电子商务、移动通信等众多业务领域提供技术及产品支撑。项目曾获国家电网有限公司科技进步一等奖、国网信息通信产业集团有限公司科技进步一等奖、第十三届“中国芯”评选优秀潜质产品奖。

项目成果已在北京、江苏等地开展示范应用，应用量达700万颗，整体稳定运行超过两年。近三年新增销售收入8910万元，新增利润1692万元。项目的成功实施满足水电气热领域多种业务对于通信传输的要求，填补了该领域的芯片产品空白，引领该领域技术和产品发展方向，对保障相关领域的安全可靠运行具有重要意义。项目应用前景广泛，预计年出货量最高可达千万颗。 项目成果通过了国家密码管理局、中国电子技术标准化研究院赛西实验室等权威机构的检测，各项性能指标合格。项目获授权发明专利7项，实用新型专利1项，软著2项，集成电路布图1项发表论文7篇。

经过此项目两年研究分析，结合以上数据，可以得出以下技术结论供参考：（1）分析从原料、设备、工艺、后期加工处理等多方面的监控，挖掘出石墨部件、氢气（循环氢和超纯氢）、中间产品、硅芯、辅助气体及破碎加工等各方面对杂质引入的因素。（2）形成完善的质量体系和质量标准。（3）对比国内外检测结果，黄河水电公司电子级原生多晶硅满足拉制12英寸单晶硅棒的要求，用于加工的硅片质量与三菱料加工的硅片质量对比结果并无明显差别。（4）黄河水电电子级多晶硅重点控制的检测指标如碳、氧、施主杂质、受主杂质、金属含量、电阻率、少子寿命等均达到或远超出国家标准要求，能满足12英寸硅片加工需要。此项目具有很强的前暗性。由于国内生产多晶硅企业过多研究自己的生产技术，与国外先进的电子级多晶硅企业的产品数据、指标对比分析太少，缺乏很好的实验设计，项目组只对前期做到电子级硅料的对比，缺之拉制单晶和下游试用的数据对比分析，通过此项目研究成果可以对12英寸集成电路单晶晶圆的研发提供依据。

核电站数字化仪控系统大量使用集成电路，热流密度大，电子设备散热问题突出。成为制约电子产品可靠性提升的重要瓶颈。广利核公司承担了数字化仪控系统国产化工作，对散热关键技术开展全面深入的研究和实践。该成果应用于自主研制的多个平台及项目，于2015年通过了核能行业协会正式鉴定。 核电站数字化仪控系统热设计、热仿真及验证技术研究完成，使我们掌握了核电站数字化仪控系统热设计、热仿真及验证的关键技术，打破了国际垄断，为实现核电站数字化仪控系统国产化做出了贡献，这是研究该技术最重要的社会意义。