服務(wù)器BMC、BIOS、IPMI、UEFI技術(shù)淺析

一、計算機核心基礎(chǔ)部件：BIOS 、BMC
1、BIOS 是什么？
BIOS（Basic Input Output System），即基礎(chǔ)輸入輸出系統(tǒng)，是刻在主板 ROM 芯片上不可篡改的啟動程序，BIOS 負責(zé)計算系統(tǒng)自檢程序（POST，Power On Self Test）和系統(tǒng)自啟動程序，因此是計算機系統(tǒng)啟動后的第一道程式。由于不可篡改性，故程序存儲在 ROM 芯片中，并且在斷電后，依然可以維持原有設(shè)置。
BIOS 主要功能是控制計算機啟動后的基本程式，包括硬盤驅(qū)動（如裝機過程中優(yōu)先選擇 DVD 或者 USB 啟動盤），鍵盤設(shè)置，軟盤驅(qū)動，內(nèi)存和相關(guān)設(shè)備。
下圖BIOS 主要程序及實現(xiàn)功能：

資料來源：IT之家

2、BMC和IPMI 是什么？
BMC（Baseboard Management Controller）與IPMI（Intelligent Platform Management Interface），即基板管理控制器與智能型平臺管理接口，是服務(wù)器的基本核心功能子系統(tǒng)，負責(zé)服務(wù)器的硬件狀態(tài)管理、操作系統(tǒng)管理、健康狀態(tài)管理、功耗管理等核心功能。
BMC 是獨立于服務(wù)器系統(tǒng)之外的小型操作系統(tǒng)，是一個集成在主板上的芯片，也有產(chǎn)品是通過 PCIE 等形式插在主板上，對外表現(xiàn)形式只是一個標(biāo)準(zhǔn)的RJ45網(wǎng)口，擁有獨立 IP 的固件系統(tǒng)。服務(wù)器集群一般使用BMC指令進行大規(guī)模無人值守操作，包括服務(wù)器的遠程管理、監(jiān)控、安裝、重啟等。
IPMI 是一組交互標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)范，由Intel、HP、Dell和NEC公司于1998年9月16日共同提出，主要用于服務(wù)器系統(tǒng)集群自治，監(jiān)視服務(wù)器的物理健康特征，如溫度、電壓、風(fēng)扇工作狀態(tài)、電源狀態(tài)等。同時，IPMI還負責(zé)記錄各種硬件的信息和日志記錄，用于提示用戶和后續(xù)問題的定位。目前，IPMI已經(jīng)為超過200多家計算機供應(yīng)商所支持。
IPMI 是獨立于主機系統(tǒng)CPU、BIOS/UEFI和OS之外，可獨立運行的板上部件，其核心部件即為BMC?；蛘哒f，BMC與其他組件如 BIOS/UEFI、CPU 等交互，都是經(jīng)由 IPMI來完成。在IPMI協(xié)助下，用戶可以遠程對關(guān)閉的服務(wù)器進行啟動、重裝、掛載 ISO鏡像等。
IPMI 邏輯圖

資料來源：Wiki。

 
3、EFI 與 UEFI 是什么？
EFI（Extensible Firmware Interface），是可擴展固件接口，由于傳統(tǒng)的 BIOS 是基于 16 位處理器開發(fā)的匯編程序，在面對 32/64 處理器時，效率低下的短板即暴露出來，因此，Intel 推出的一種計算系統(tǒng)中 BIOS 新的替代升級方案。
UEFI（Unified Extensible Firmware Interface），統(tǒng)一可擴展固件接口，是 EFI 的規(guī)范化版本，也是BIOS的進化版。為便于將UEFI BIOS與傳統(tǒng)BIOS區(qū)分，傳統(tǒng)BIOS又被稱為Legacy BIOS。2005年，Intel 將 EFI 交由 UEFI Forum 來推廣與發(fā)展，EFI 更名 UEFI。UEFI 負責(zé)加電自檢（POST）、聯(lián)系操作系統(tǒng)以及提供連接操作系統(tǒng)與硬件的接口。
現(xiàn)有主流 BIOS 固件公司已基本采用 UEFI。
 

從主要功能上來說，UEFI BIOS 和 Legacy BIOS 都是為了初始化硬件平臺并引導(dǎo)操作系統(tǒng)。兩者主要差異在于 Legacy BIOS 無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而 UEFI BIOS 統(tǒng)一定義了固件和操作系統(tǒng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。

二者優(yōu)劣勢表現(xiàn)在：
1）、UEFI BIOS 主要以 C 語言編寫，易于實現(xiàn)跨架構(gòu)跨平臺支持并共享代碼模塊，Legacy BIOS 通過則是匯編語言編寫。
2）、UEFI BIOS 完整支持新固件安全功能，從最大程度上降低固件被攻擊的風(fēng)
3）、Legacy BIOS 移植性差，重復(fù)開發(fā)現(xiàn)象嚴重。整體而言，UEFI BIOS 較 Legacy BIOS的優(yōu)勢明顯。

二、BIOS/BMC 產(chǎn)業(yè)鏈
BIOS 處于產(chǎn)業(yè)鏈哪個環(huán)節(jié)？
在整個計算機體系中，CPU 處于核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)指令集不同，又可分為 X86（CISC，復(fù)雜指令集）和 非 X86 架構(gòu)（RISC，精簡指令集），前者主要廠商包括 Intel/AMD/海光/兆芯；后者包括鯤鵬（ARM）、飛騰（ARM）、龍芯（MIPS）和申威（Alpha）。
在 BIOS/BMC 產(chǎn)業(yè)鏈中，CPU 處于產(chǎn)業(yè)上游，且上游 CPU 廠商系統(tǒng)核心代碼授權(quán)與 BIOS/BMC 經(jīng)營密切相關(guān)，固件廠商只有在獲得 CPU 相關(guān)核心參數(shù)后，才有資質(zhì)開發(fā)基于版本的 BIOS/BMC 程序。
當(dāng)前，全球 X86 計算設(shè)備中，PC、服務(wù)器等采用的芯片主要是 Intel 的 X86 架構(gòu)芯片，因此，Intel 授權(quán)代碼是 BIOS/BMC 工作開展的前提，全球目前只有四家公司與英特爾簽訂合作協(xié)議，用于獨立開發(fā)商業(yè)化用途的 X86 架構(gòu) BIOS，分別是美國的 AMI、Phoenix、中國臺灣 Insyde，以及卓易信息全資子公司南京百敖。
固件業(yè)務(wù)下游主要是計算設(shè)備廠商。下游整機廠商出貨量多少直接決定固件 BIOS/BMC 廠商需求量，當(dāng)前國內(nèi)市場主流整機廠商包括浪潮、華為、聯(lián)想、新華三、中科曙光、中國長城等。

下圖BIOS/BMC 產(chǎn)業(yè)鏈一覽

資料來源：公開信息，興業(yè)證券經(jīng)濟與金融研究院整理

三、BIOS 主要公司一覽
目前，全球主流 X86 架構(gòu) BIOS 固件產(chǎn)品和技術(shù)，長期壟斷在美國的 AMI、 Phoenix，中國臺灣 Insyde 三家公司手中，其中Phoenix起步最早，AMI當(dāng)前規(guī)模最大，Insyde為后起之秀。
大陸 X86 架構(gòu)獨立廠商，僅卓易信息旗下全資子公司百敖具備 BIOS、BMC 固件產(chǎn)品研發(fā)能力，但整體市場規(guī)模、技術(shù)實力與上述廠商仍有差距。

1）、AMI 簡介
AMI（American Megatrends Inc.），BIOS 領(lǐng)導(dǎo)者。AMI 公司 1985年成立于美國亞特蘭大，創(chuàng)始人為 Pat Sarma 和 Subramonian Shankar。AMI 起初主要生產(chǎn)完整主板，服務(wù)定位于高端客戶，第一名客戶為 PCs Ltd，即現(xiàn)在的 Dell，是世界上最先推出適用于 Intel 386 處理器主板的公司。
由于主板制造產(chǎn)業(yè)逐漸往中國臺灣轉(zhuǎn)移，AMI 則將業(yè)務(wù)聚焦于 OEM、ODM（主要為 BIOS 固件）技術(shù)。目前 AMI 在全球擁有近1500名員工，其中 85% 為工程開發(fā)相關(guān)人員。
AMI 主要產(chǎn)品線有 UEFI BIOS 固件與控制器（EC）、MegaRAC 遠程固件管理解決方案、AMI 背板控制器產(chǎn)品系列、診斷實用程序和工程服務(wù)。其中，Aptio V 是 AMI 的最新一代 UEFI BIOS 固件，可滿足所有平臺（X86與非X86）的需求。Aptio 4則從傳統(tǒng) BIOS 演化而來，同樣符合 UEFI 規(guī)范。在針對 UEFI 的支持服務(wù)方面，AMIDiag 目前是市場上唯一可用的硬件診斷解決方案。

資料來源：興業(yè)證券經(jīng)濟與金融研究院整理

2）、Phoenix 簡介
Phoenix（Phoenix technologies Ltd.），BIOS 先行者。1979 年 9 月，Phoenix 在美國馬薩諸塞州波士頓成立，總部位于加利福尼亞州帕薩迪納。Phoenix 率先開創(chuàng)了凈室設(shè)計（也稱防火墻技術(shù)），通過逆向工程來克隆出了自有BIOS。Phoenix依托自主知識產(chǎn)權(quán)進入了發(fā)展的黃金期。
1988年，Phoenix 成功 IPO 上市（PTEC），并于 20世紀(jì)90年代收購 Quadtel 和 Award 兩家實力 BIOS 廠商，逐漸成為當(dāng)時 BIOS 產(chǎn)業(yè)的龍頭，產(chǎn)品涵蓋了低端到高端的各類市場。

3）、Insyde 簡介
Insyde（系微），是BIOS 后起之秀。1998年，Insyde 通過收購美國系騰科技（SystemSoft）成立，并于2003年于中國臺灣上市（6231.TWO）。不同于 AMI 和 Phoenix，Insyde 在切入 BIOS 領(lǐng)域之時就著眼于 UEFI，業(yè)務(wù)高度集中于 BIOS/BMC 技術(shù)，覆蓋Intel、AMD、微軟等 大廠。受益于中國臺灣 PC 市場發(fā)展和 Intel 對 UEFI BIOS 的強制推廣，Insyde 快速躍居至 BIOS 市場的第二把交椅。

4）、Easytec（卓易信息）簡介
卓易信息，BIOS X86 中國大陸地區(qū)獨此一家。公司成立于 2008 年，全資子公司百敖是全球第四家獲得 Intel X86 架構(gòu)授權(quán)的 BIOS/BMC 廠商，也是中國大陸地區(qū)唯一掌握X86架構(gòu)、為數(shù)不多掌握ARM、MIPS架構(gòu)的 BIOS/BMC 固件開發(fā)技術(shù)的廠商。
基于此種技術(shù)能力，公司可根據(jù)需求開發(fā)滿足國內(nèi)外各種 PC、服務(wù)器芯片需求。商業(yè)模式為：為 CPU 廠商完成技術(shù)開發(fā)，包括解決個別固件問題或進行完整功能開發(fā)，再實現(xiàn)對計算機設(shè)備的批量銷售。

參考鏈接：
https://jishuin.proginn.com/p/763bfbd33e73