服務器BMC、BIOS、IPMI、UEFI技術淺析

一、計算機核心基礎部件：BIOS 、BMC
1、BIOS 是什么？
BIOS（Basic Input Output System），即基礎輸入輸出系統，是刻在主板 ROM 芯片上不可篡改的啟動程序，BIOS 負責計算系統自檢程序（POST，Power On Self Test）和系統自啟動程序，因此是計算機系統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，包括硬盤驅動（如裝機過程中優先選擇 DVD 或者 USB 啟動盤），鍵盤設置，軟盤驅動，內存和相關設備。
下圖BIOS 主要程序及實現功能：

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，是服務器的基本核心功能子系統，負責服務器的硬件狀態管理、操作系統管理、健康狀態管理、功耗管理等核心功能。
BMC 是獨立于服務器系統之外的小型操作系統，是一個集成在主板上的芯片，也有產品是通過 PCIE 等形式插在主板上，對外表現形式只是一個標準的RJ45網口，擁有獨立 IP 的固件系統。服務器集群一般使用BMC指令進行大規模無人值守操作，包括服務器的遠程管理、監控、安裝、重啟等。
IPMI 是一組交互標準管理規范，由Intel、HP、Dell和NEC公司于1998年9月16日共同提出，主要用于服務器系統集群自治，監視服務器的物理健康特征，如溫度、電壓、風扇工作狀態、電源狀態等。同時，IPMI還負責記錄各種硬件的信息和日志記錄，用于提示用戶和后續問題的定位。目前，IPMI已經為超過200多家計算機供應商所支持。
IPMI 是獨立于主機系統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。或者說，BMC與其他組件如 BIOS/UEFI、CPU 等交互，都是經由 IPMI來完成。在IPMI協助下，用戶可以遠程對關閉的服務器進行啟動、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，由于傳統的 BIOS 是基于 16 位處理器開發的匯編程序，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中 BIOS 新的替代升級方案。
UEFI（Unified Extensible Firmware Interface），統一可擴展固件接口，是 EFI 的規范化版本，也是BIOS的進化版。為便于將UEFI BIOS與傳統BIOS區分，傳統BIOS又被稱為Legacy BIOS。2005年，Intel 將 EFI 交由 UEFI Forum 來推廣與發展，EFI 更名 UEFI。UEFI 負責加電自檢（POST）、聯系操作系統以及提供連接操作系統與硬件的接口。
現有主流 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操作系統。兩者主要差異在于 Legacy BIOS 無統一標準，而 UEFI BIOS 統一定義了固件和操作系統之間的接口標準。

二者優劣勢表現在：
1）、UEFI BIOS 主要以 C 語言編寫，易于實現跨架構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
3）、Legacy BIOS 移植性差，重復開發現象嚴重。整體而言，UEFI BIOS 較 Legacy BIOS的優勢明顯。

二、BIOS/BMC 產業鏈
BIOS 處于產業鏈哪個環節？
在整個計算機體系中，CPU 處于核心關鍵環節。根據指令集不同，又可分為 X86（CISC，復雜指令集）和 非 X86 架構（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 產業鏈中，CPU 處于產業上游，且上游 CPU 廠商系統核心代碼授權與 BIOS/BMC 經營密切相關，固件廠商只有在獲得 CPU 相關核心參數后，才有資質開發基于版本的 BIOS/BMC 程序。
當前，全球 X86 計算設備中，PC、服務器等采用的芯片主要是 Intel 的 X86 架構芯片，因此，Intel 授權代碼是 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議，用于獨立開發商業化用途的 X86 架構 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。
固件業務下游主要是計算設備廠商。下游整機廠商出貨量多少直接決定固件 BIOS/BMC 廠商需求量，當前國內市場主流整機廠商包括浪潮、華為、聯想、新華三、中科曙光、中國長城等。

下圖BIOS/BMC 產業鏈一覽

資料來源：公開信息，興業證券經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 BIOS 固件產品和技術，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當前規模最大，Insyde為后起之秀。
大陸 X86 架構獨立廠商，僅卓易信息旗下全資子公司百敖具備 BIOS、BMC 固件產品研發能力，但整體市場規模、技術實力與上述廠商仍有差距。

1）、AMI 簡介
AMI（American Megatrends Inc.），BIOS 領導者。AMI 公司 1985年成立于美國亞特蘭大，創始人為 Pat Sarma 和 Subramonian Shankar。AMI 起初主要生產完整主板，服務定位于高端客戶，第一名客戶為 PCs Ltd，即現在的 Dell，是世界上最先推出適用于 Intel 386 處理器主板的公司。
由于主板制造產業逐漸往中國臺灣轉移，AMI 則將業務聚焦于 OEM、ODM（主要為 BIOS 固件）技術。目前 AMI 在全球擁有近1500名員工，其中 85% 為工程開發相關人員。
AMI 主要產品線有 UEFI BIOS 固件與控制器（EC）、MegaRAC 遠程固件管理解決方案、AMI 背板控制器產品系列、診斷實用程序和工程服務。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 BIOS 演化而來，同樣符合 UEFI 規范。在針對 UEFI 的支持服務方面，AMIDiag 目前是市場上唯一可用的硬件診斷解決方案。

資料來源：興業證券經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 率先開創了凈室設計（也稱防火墻技術），通過逆向工程來克隆出了自有BIOS。Phoenix依托自主知識產權進入了發展的黃金期。
1988年，Phoenix 成功 IPO 上市（PTEC），并于 20世紀90年代收購 Quadtel 和 Award 兩家實力 BIOS 廠商，逐漸成為當時 BIOS 產業的龍頭，產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 領域之時就著眼于 UEFI，業務高度集中于 BIOS/BMC 技術，覆蓋Intel、AMD、微軟等 大廠。受益于中國臺灣 PC 市場發展和 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 架構授權的 BIOS/BMC 廠商，也是中國大陸地區唯一掌握X86架構、為數不多掌握ARM、MIPS架構的 BIOS/BMC 固件開發技術的廠商。
基于此種技術能力，公司可根據需求開發滿足國內外各種 PC、服務器芯片需求。商業模式為：為 CPU 廠商完成技術開發，包括解決個別固件問題或進行完整功能開發，再實現對計算機設備的批量銷售。

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