《电力工业智能电表及监控终端关键芯片设计及规模化应用》

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长期以来,中国芯片产业被国外厂商控制,芯片产品大量依赖进口,难以对构建国家产业核心竞争力、保障信息安全等形成有力支撑。芯片更是电力工业不可或缺的基础技术及装备核心,关乎亿万民众用电安全。由于缺乏自主技术,中国电力芯片90%以上长期依赖进口,威胁了中国电力系统安全,制约了电力工业发展。芯片国产化需求极度迫切。智能电表、监控终端广泛应用于电力系统,数以亿计,应用环境复杂,对其所用芯片的安全性、可靠性及规模应用一致性的要求非常严苛。在国家重大科技专项、北京市科技计划等支持下,项目提出了针对工业级芯片的可靠性设计方法,研制了安全、主控和通信三类核心芯片,开发了满足大规模应用需求的安全管理系统,取得集理论、技术和产品于一体的突破性创新:1)突破了热机械、电负荷、环境温度因素对芯片可靠性的影响在设计阶段难以导入的难题,提出了精细化芯片热电仿真辅助设计和寿命预测方法,开发了辅助设计专用软件;2)突破了安全芯片抗高阶侧信道及多点故障攻击的难题,提出多值掩码算法和双核异步交叉验证方法,创建了空间自适应动态安全文件系统,研制出系列工业级安全芯片和片上操作系统;3)解决了主控芯片电力应用下高效集成、低能耗、精确计时的技术难题,研制出工业级主控SoC芯片及片上应用系统;4)解决了光通信芯片在电力终端应用中功耗高的技术难题,开发了可实现微秒级传输时延和传输抖动的光通信芯片和基于实时链路检测的片上系统;5)攻克了配用电信息系统中超大规模终端进行实时高效身份认证及密钥协商的技术难题,开发了“多层密钥、逐级加密、分散保护”的密钥管理系统,构建了全程可控的立体安全防御体系。项目成果实现产业化,三类芯片已大规模应用于中国电力行业(31个省/市/自治区),并推广到环保、金融、交通、公共服务(水、气)等领域,成功进入比利时、巴西等国际市场。2010年至今,累计销售超5亿颗,实现收入57.37亿元、税收3.96亿元、创汇1000万美元,促使同类进口芯片价格下降50%,为产业链上下游创造产值722.90亿元。依托该项目成果建成了世界上规模最大、终端最多(2.65亿台)、覆盖范围最广、受众最多(11亿人)的配用电信息系统。系统安全可靠运行超4年,有力保障了中国电网安全。项目成果打破了国外技术垄断,使电力工业智能电表、监控终端关键芯片国产化率由2010年前不足10%提升至50%以上。项目带动了中国集成电路自主创新,对推动产业进步、保障国家信息安全具有特别重大的意义。项目经中国电子学会、中国电机工程学会鉴定和国家密码管理局安全性审査,达到国际先进水平。项目获授权专利63项(发明41项),软件著作权27项,集成电路布图5项,制定标准规范33项(行标8项),出版著作7部,发表论文48篇(SCI/EI收录14篇),获北京市科学技术进步一等奖。

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