国产工业芯片发展现状及继电保护国产化方案说明

1 摘要

在全球科技竞争愈发激烈的当下，芯片作为现代工业的 “心脏”，其战略意义不言而喻。工业芯片广泛应用于电力、机械、通信、汽车等诸多关键领域，是支撑国家工业体系稳定运行和创新发展的基石。对于我国而言，实现工业芯片的国产化，不仅是摆脱外部技术制约、保障产业安全的迫切需求，更是推动工业智能化升级、提升国家综合竞争力的核心驱动力。继电保护装置作为电力系统安全运行的关键防线，对芯片的性能、可靠性和安全性有着极高要求。随着国产工业芯片技术的逐步成熟，国产化继电保护方案应运而生，为我国电力事业的自主可控发展带来了新的契机。

2 国产工业芯片发展现状

自从 2018 年美国对尖端芯片制造技术进行限制，芯片行业似乎就不一样了，国内的芯片厂商好像嗅到了意思危机感，直到 2020 年，美国再次对华为出手，限制高端芯片的出售以及芯片技术的限制。整个芯片行业似乎开始重新洗牌，国内的半导体商家都开始为真正的国产化做着准备，同时伴随着 RISC-V 技术的兴起，短短的几年时间，国内的 MCU 厂家都有了不同的定位以及不同额发展方向，MPU 商家也在做着台积电到中芯国际的转换，整个产业链也跟着迅速的发展，虽然在尖端技术上还有不少的限制和壁垒，但是中低端的芯片已经能够自给自足

近年来，国家对集成电路产业给予了前所未有的重视，出台了一系列强有力的扶持政策。从《国家集成电路产业发展推进纲要》到《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，涵盖了税收优惠、资金支持、人才培养等多个维度。国家集成电路产业投资基金（大基金）一期、二期相继设立，总规模超万亿元，为芯片设计、制造、封装测试等全产业链环节注入了强大的资金活力。地方政府也纷纷响应，以上海、北京、深圳、合肥等为代表的地区，通过建设产业园区、提供土地和税收优惠等方式，积极营造良好的产业生态，吸引了大量芯片企业和人才集聚。整个产业链也在不断地迅速发展。

制造工艺是芯片产业的核心环节之一，也是我国长期以来面临的技术瓶颈。不过，近年来我国在这方面取得了突破性进展。中芯国际作为国内芯片制造的龙头企业，已实现 14 纳米工艺的量产，并在 7 纳米工艺研发上取得重要成果。华虹半导体在特色工艺领域优势明显，其在功率器件、嵌入式非易失性存储器等方面的制造技术处于国内领先水平，为国产芯片在工业、汽车等领域的应用提供了有力支撑。尽管与国际顶尖水平（如台积电的 3 纳米工艺）仍有差距，但我国芯片制造工艺的进步速度令人瞩目，不断缩小着与国际先进水平的差距。

芯片制造设备和材料是产业发展的重要基础。在设备方面，中微公司的刻蚀机已达到国际先进水平，在全球市场占据一定份额，为我国芯片制造企业提供了关键设备支持。北方华创在半导体设备领域全面布局，其生产的等离子刻蚀设备、物理气相沉积设备等已在国内众多芯片制造企业中得到应用。在材料方面，国产企业也在不断突破。如沪硅产业在大硅片制造技术上取得重大突破，实现了 12英寸硅片的量产，打破了国外企业在该领域的长期垄断。安集科技的化学机械抛光液、晶瑞电材的光刻胶等产品，在性能上逐步接近国际同类产品，国产化替代进程不断加速。

3 国产工业芯片分布

国产工业芯片在不断的进步，但是再均衡发展上还是又一些区别，常规的工业芯片按照类型来分的话，主要包含 MPU、MCU、DDR 存储芯片、EMMC、NAND 存储芯片。FPGA 芯片、DSP 芯片、PMIC、DCDC/LDO 、接口芯片、保护芯片等等。就目前而言，做 MPU 的厂家基本上屈指可数，目前做的比较高端的只有三家，瑞芯微、珠海全志、芯驰，其中瑞芯微和全志主要分别代表这个国内的高端芯片和中低端芯片的代言。而芯驰几乎全团队都是恩智浦的工程师组成，产品对标车规芯片，也是我国首个拿到车规认证的企业，目前这三家是MPU的代表，当然还有很多国内的 MPU 厂家，比如说龙芯、君正等厂家也排在国内的前列。针对 MPU 的配套外设芯片，包括PMIC、DDR、EMMC、接口芯片，目前相对来说主要是兆易创新、长鑫存储、百维特、江波龙、康盈半导体等等。目前的几个厂家都做上市了，可以作为后期稳定供货的基础。作为工业的基础。MCU 扮演了重要的角色，国内的MCU 包含兆易创新、国民技术、极海半导体、小华半导体、先辑半导体、灵动微、雅特力等厂家，都是我国 MCU 迅速发展的产物，其中以兆易创新为代表，兼容国外 MCU，在中国的占比也是相当的重。还有就是 FPGA 芯片，FPGA 在高速数据处理，运算、通信、高速采集都扮演了特别重要的角色，目前的代表厂家有紫光国微、广州高云、上海安陆、复旦微电子等，综上所述我国的工业芯片种类齐全，结构合理，高端芯片还需继续发展，中低端芯片已经能够满足我过大部分的芯片需求。

4 国产话继电保护芯片方案的构成

国产继电保护发难包含软件和硬件，从 18 年开始，目前继电保护厂家已经经历了两次发展，第一阶段是以龙芯、全志 T3 为代表的第一批继电保护产品。但是前期芯片的稳定性以及验证时也是出现了一些问题，后期经过芯片更新以及技术的需求，就进入了第二阶段。

第二阶段的继电保护方案是根据现有的芯片作为基础，主要分为两个个体方案，一个是以芯驰 D9 为核心，搭配紫光的FPGA，另外一个方案是以RK3568为基础，搭配紫光的 FPGA 的方案，目前两种方案还算是比较流行的。

软件部分是国产化继电保护方案的关键，主要包括操作系统、继电保护算法、通信协议栈等。操作系统采用国产的嵌入式实时操作系统，如翼辉信息技术有限公司发布的翼辉 SylixOS，其内核代码自主率达到 100% ，并通过了 IEC 61850（SIL3）/EN 50128 （SIL4） 国际安全认证，为继电保护装置提供了稳定可靠的运行环境。继电保护算法是实现继电保护功能的核心，我国科研人员经过多年研究，开发出了一系列具有自主知识产权的先进算法，如基于故障分量的电流差动保护算法、自适应距离保护算法等，这些算法能够快速、准确地检测电力系统中的故障，并及时发出跳闸指令，切除故障线路。通信协议栈则采用符合国际标准和国内电力行业规范的通信协议。

5 结论

国产工业芯片在政策支持、技术创新、市场规模等方面取得了显著的发展成果，国产化继电保护方案也凭借其安全性、可靠性、技术适配性和成本优势，在电力系统中得到了广泛应用。然而，我们也应清醒地认识到，国产工业芯片产业仍面临着高端技术差距、人才短缺和产业链协同不足等挑战。未来，需要政府、企业和科研机构共同努力，持续加大研发投入，突破关键技术瓶颈，加强人才培养，完善产业链协同机制，推动国产工业芯片产业实现更高质量的发展。随着国产工业芯片技术的不断进步，国产化继电保护方案将在保障我国电力系统安全稳定运行方面发挥更加重要的作用，为我国经济社会的持续发展提供坚实的电力保障。

作者简介：申小林，1990 年 4 月 13，男，四川江油，全日制本科，电气中级工程师，MCU 的软件以及硬件设计开发。