什么是BMC、IPMI、UEFI和BIOS?
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· 2020-12-12
BIOS(Basic Input Output System),即基础输入输出系统,是刻在主板 ROM 芯片上不可篡改的启动程序,BIOS 负责计算系统自检程序(POST,Power On Self Test)和系统自启动程序,因此是计算机系统启动后的第一道程式。由于不可篡改性,故程序存储在 ROM 芯片中,并且在断电后,依然可以维持原有设置。
BIOS 主要功能是控制计算机启动后的基本程式,包括硬盘驱动(如装机过程中优先选择 DVD 或者 USB 启动盘),键盘设置,软盘驱动,内存和相关设备。
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BMC(Baseboard Management Controller)与IPMI(Intelligent Platform Management Interface),即基板管理控制器与智能型平台管理接口,是服务器的基本核心功能子系统,负责服务器的硬件状态管理、操作系统管理、健康状态管理、功耗管理等核心功能。
BMC 是独立于服务器系统之外的小型操作系统,是一个集成在主板上的芯片,也有产品是通过 PCIE 等形式插在主板上,对外表现形式只是一个标准的RJ45网口,拥有独立 IP 的固件系统。服务器集群一般使用BMC指令进行大规模无人值守操作,包括服务器的远程管理、监控、安装、重启等。
IPMI 是一组交互标准管理规范,由Intel、HP、Dell和NEC公司于1998年9月16日共同提出,主要用于服务器系统集群自治,监视服务器的物理健康特征,如温度、电压、风扇工作状态、电源状态等。同时,IPMI还负责记录各种硬件的信息和日志记录,用于提示用户和后续问题的定位。目前,IPMI已经为超过200多家计算机供应商所支持。
IPMI 是独立于主机系统CPU、BIOS/UEFI和OS之外,可独立运行的板上部件,其核心部件即为BMC。或者说,BMC与其他组件如 BIOS/UEFI、CPU 等交互,都是经由 IPMI来完成。在IPMI协助下,用户可以远程对关闭的服务器进行启动、重装、挂载 ISO镜像等。
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EFI(Extensible Firmware Interface),是可扩展固件接口,由于传统的 BIOS 是基于 16 位处理器开发的汇编程序,在面对 32/64 处理器时,效率低下的短板即暴露出来,因此, Intel 推出的一种计算系统中 BIOS 新的替代升级方案。
UEFI(Unified Extensible Firmware Interface),统一可扩展固件接口,是 EFI 的规范化版本,也是BIOS的进化版。为便于将UEFI BIOS与传统BIOS区分,传统BIOS又被称为Legacy BIOS。2005年,Intel 将 EFI 交由 UEFI Forum 来推广与发展,EFI 更名 UEFI。UEFI 负责加电自检(POST)、联系操作系统以及提供连接操作系统与硬件的接口。
现有主流 BIOS 固件公司已基本采用 UEFI。
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从主要功能上来说,UEFI BIOS 和 Legacy BIOS 都是为了初始化硬件平台并引导操作系统。两者主要差异在于 Legacy BIOS 无统一标准,而 UEFI BIOS 统一定义了固件和操作系统之间的接口标准。二者优劣势表现在:
在整个计算机体系中,CPU 处于核心关键环节。根据指令集不同,又可分为 X86(CISC,复杂指令集)和 非 X86 架构(RISC,精简指令集),前者主要厂商包括 Intel/AMD/海光/兆芯;后者包括鲲鹏(ARM)、飞腾(ARM)、龙芯(MIPS)和申威(Alpha)。
在 BIOS/BMC 产业链中,CPU 处于产业上游,且上游 CPU 厂商系统核心代码授权与 BIOS/BMC 经营密切相关,固件厂商只有在获得 CPU 相关核心参数后,才有资质开发基于其版本的 BIOS/BMC 程序。
当前,全球 X86 计算设备中,PC、服务器等采用的芯片主要是 Intel 的 X86 架构芯片,因此,Intel 授权代码是 BIOS/BMC 工作开展的前提,全球目前只有四家公司与英特尔签订合作协议,用于独立开发商业化用途的 X86 架构 BIOS,它们分别是美国的 AMI、Phoenix、中国台湾 Insyde,以及卓易信息全资子公司南京百敖。
固件业务下游主要是计算设备厂商。下游整机厂商出货量多少直接决定固件 BIOS/BMC 厂商需求量,当前国内市场主流整机厂商包括浪潮、华为、联想、新华三、中科曙光、中国长城等。
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近年来,以PC、服务器和 IoT 设备为代表的设备出货量不断增长,为 BIOS 和 BMC 固件市场规模扩张奠定了良好的基础。根据 Gartner 的数据,2019年,全球 X86 架构的服务器、PC 出货量分别为 1249.7 万、2.61 亿台。
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按照每台X86架构服务器 BIOS/BMC 固件 300元单价测算,服务器固件市场规模可达到 37 亿元;按照每台 X86 架构 PC 的 BIOS 固件 15 元单价测算,PC固件市场规模可达到 39 亿元。BIOS和BMC固件合计的市场规模在76亿元人民币左右。
此外,随着 IOT 设备快速增长,预计 2020 年全球 IOT 设备数量将达到 204 亿台,IOT 设备由于种类多、技术开发难度不同,其 BIOS 价格不同,但整体低于 PC 固件价格,考虑其百亿出货量,预计全球固件整体市场规模超过百亿元。
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目前,全球主流 X86 架构 BIOS 固件产品和技术,长期垄断在美国的 AMI、 Phoenix,中国台湾 Insyde 三家公司手中,其中Phoenix起步最早,AMI当前规模最大,而Insyde为后起之秀。
大陆 X86 架构独立厂商,仅卓易信息旗下全资子公司百敖具备 BIOS、BMC 固件产品研发能力,但整体市场规模、技术实力与上述厂商仍有差距。
AMI(American Megatrends Inc.),BIOS 领导者。AMI 公司 1985年成立于美国亚特兰大,创始人为 Pat Sarma 和 Subramonian Shankar。AMI 起初主要生产完整主板,服务定位于高端客户,其第一名客户为 PCs Ltd,即现在的 Dell,是世界上最先推出适用于 Intel 386 处理器主板的公司。
由于主板制造产业逐渐往中国台湾转移,AMI 则将业务聚焦于 OEM、ODM(主要为 BIOS 固件)技术。目前 AMI 在全球拥有近1500名员工,其中 85% 为工程开发相关人员。
AMI 主要产品线有 UEFI BIOS 固件与控制器(EC)、MegaRAC 远程固件管理解决方案、AMI 背板控制器产品系列、诊断实用程序和工程服务。其中,Aptio V 是 AMI 的最新一代 UEFI BIOS 固件,可满足所有平台(X86与非X86)的需求。Aptio 4则从传统 BIOS 演化而来,同样符合 UEFI 规范。在针对 UEFI 的支持服务方面,AMIDiag 目前是市场上唯一可用的硬件诊断解决方案。
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Phoenix(Phoenix technologies Ltd.),BIOS 先行者。1979 年 9 月,Phoenix 在美国马萨诸塞州波士顿成立,总部位于加利福尼亚州帕萨迪纳。Phoenix 率先开创了净室设计(也称防火墙技术),通过逆向工程来克隆出了自有BIOS。Phoenix依托自主知识产权进入了发展的黄金期。
1988年,Phoenix 成功 IPO 上市(PTEC),并于 20世纪90年代收购 Quadtel 和 Award 两家实力 BIOS 厂商,逐渐成为当时 BIOS 产业的龙头,产品涵盖了低端到高端的各类市场。
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21世纪初,受 PC 市场衰退的影响,BIOS 固件单价下滑,公司采取了一次性授权 BIOS 的方式,以提高公司短期收入。此外,不成熟的并购和市场探索也导致了 Phoenix 经营状况恶化,公司于2006年出现巨亏。2010 年 8 月,美国投资公司 Marlin Equity Partners 以 1.39 亿美元收购了 Phoenix 流通股,Phoenix 宣布退市,同时也逐渐剥离了非 BIOS 业务群。截至 2009 年,公司约有300名员工。
中国市场方面,2000 年,Phoenix 在南京成立了中国分公司菲尼克斯软件(中国),2009 年,由于经营问题,退出中国市场。
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Insyde(系微),是BIOS 后起之秀。1998年,Insyde 通过收购美国系腾科技(SystemSoft)成立,并于2003年于中国台湾上市(6231.TWO)。不同于 AMI 和 Phoenix,Insyde 在切入 BIOS 领域之时就着眼于 UEFI,其业务高度集中于 BIOS/BMC 技术,覆盖Intel、AMD、微软等 大厂。受益于中国台湾 PC 市场发展和 Intel 对 UEFI BIOS 的强制推广,Insyde 快速跃居至 BIOS 市场的第二把交椅。
2018年,Insyde旗舰产品 Insyde H2O BIOS 实现营收 7.81亿新台币,占总营收比为 92%;BMC 产品 Supervyse 实现营收 0.58亿新台币,占比 7%;其他业务实现营收 0.10亿新台币,占比 1%。截止至2018年12月31日,Insyde共有员工439人,其中384人为研发技术人员,占比87.5%。
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卓易信息,BIOS X86 中国大陆地区独此一家。公司成立于 2008 年,其全资子公司百敖是全球第四家获得 Intel X86 架构授权的 BIOS/BMC 厂商,也是中国大陆地区唯一掌握X86架构、为数不多掌握ARM、MIPS架构的 BIOS/BMC 固件开发技术的厂商。
基于此种技术能力,公司可根据需求开发满足国内外各种 PC、服务器芯片需求。其商业模式为:为 CPU 厂商完成技术开发,包括解决个别固件问题或进行完整功能开发,再实现对计算机设备的批量销售。
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BIOS/BMC 固件行业是计算机产业链中一个非常重要的细分行业方向,经过40余年发展,当前全球已经呈现出寡头竞争格局,主流 X86 架构BIOS授权厂商主要有4家,即AMI、Phoenix、Insyde和卓易信息。
卓易信息目前是中国大陆地区唯一一家获Intel 官方授权的厂商,具备稀缺的赛道卡位优势。与此同时,信创产业(含鲲鹏生态)在2020年也将迎来全面发展阶段,卓易信息在非X86架构方面,诸如 基于MIPS/ARM/Alpha 芯片架构,也具备卓越的研发能力,有望充分享受行业红利,并迎来高速发展。
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