服務(wù)器BMC、BIOS、IPMI、UEFI技術(shù)解析

以BIOS為核心的固件產(chǎn)業(yè)，是信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，可被譽(yù)為信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的“山海關(guān)”。在計(jì)算機(jī)體系中，BIOS 有著比操作系統(tǒng)更為底層和基礎(chǔ)性的作用，是機(jī)器點(diǎn)亮后第一個(gè)被激活的系統(tǒng)程序，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)、訪問(wèn)與調(diào)試底層硬件資源，分配給操作系統(tǒng)，以保障整個(gè)機(jī)器順利安全運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，全球X86授權(quán)BIOS廠商共計(jì)4家，分別是AMI、Phoenix、Insyde 和百敖，而百敖（卓易信息旗下）又是境內(nèi)唯一一家 BIOS 廠商。本文將聚焦BIOS產(chǎn)業(yè)生態(tài)，圍繞10個(gè)核心問(wèn)題，從技術(shù)和產(chǎn)品定義、產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模、中觀競(jìng)爭(zhēng)格局、投資機(jī)會(huì)等多維度進(jìn)行深入剖析。
一、計(jì)算機(jī)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(dòng)程序，BIOS 負(fù)責(zé)計(jì)算系統(tǒng)自檢程序（POST，Power On Self Test）和系統(tǒng)自啟動(dòng)程序，因此是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)后的第一道程式。由于不可篡改性，故程序存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)啟動(dòng)后的基本程式，包括硬盤驅(qū)動(dòng)（如裝機(jī)過(guò)程中優(yōu)先選擇 DVD 或者 USB 啟動(dòng)盤），鍵盤設(shè)置，軟盤驅(qū)動(dòng)，內(nèi)存和相關(guān)設(shè)備。
表1、BIOS 主要程序及實(shí)現(xiàn)功能

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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(tái)管理接口，是服務(wù)器的基本核心功能子系統(tǒng)，負(fù)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(dú)立于服務(wù)器系統(tǒng)之外的小型操作系統(tǒng)，是一個(gè)集成在主板上的芯片，也有產(chǎn)品是通過(guò) PCIE 等形式插在主板上，對(duì)外表現(xiàn)形式只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RJ45網(wǎng)口，擁有獨(dú)立 IP 的固件系統(tǒng)。服務(wù)器集群一般使用BMC指令進(jìn)行大規(guī)模無(wú)人值守操作，包括服務(wù)器的遠(yuǎn)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(shí)，IPMI還負(fù)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(wèn)題的定位。目前，IPMI已經(jīng)為超過(guò)200多家計(jì)算機(jī)供應(yīng)商所支持。
IPMI 是獨(dú)立于主機(jī)系統(tǒng)CPU、BIOS/UEFI和OS之外，可獨(dú)立運(yùn)行的板上部件，其核心部件即為BMC?；蛘哒f(shuō)，BMC與其他組件如 BIOS/UEFI、CPU 等交互，都是經(jīng)由 IPMI來(lái)完成。在IPMI協(xié)助下，用戶可以遠(yuǎn)程對(duì)關(guān)閉的服務(wù)器進(jìn)行啟動(dòng)、重裝、掛載 ISO鏡像等。
圖1、IPMI 邏輯圖

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3、EFI 與 UEFI 是什么？
EFI（Extensible Firmware Interface），是可擴(kuò)展固件接口，由于傳統(tǒng)的 BIOS 是基于 16 位處理器開(kāi)發(fā)的匯編程序，在面對(duì) 32/64 處理器時(shí)，效率低下的短板即暴露出來(lái)，因此，Intel 推出的一種計(jì)算系統(tǒng)中 BIOS 新的替代升級(jí)方案。
UEFI（Unified Extensible Firmware Interface），統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口，是 EFI 的規(guī)范化版本，也是BIOS的進(jìn)化版。為便于將UEFI BIOS與傳統(tǒng)BIOS區(qū)分，傳統(tǒng)BIOS又被稱為L(zhǎng)egacy BIOS。2005年，Intel 將 EFI 交由 UEFI Forum 來(lái)推廣與發(fā)展，EFI 更名 UEFI。UEFI 負(fù)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(lái)說(shuō)，UEFI BIOS 和 Legacy BIOS 都是為了初始化硬件平臺(tái)并引導(dǎo)操作系統(tǒng)。兩者主要差異在于 Legacy BIOS 無(wú)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(shì)表現(xiàn)在：
1、UEFI BIOS 主要以 C 語(yǔ)言編寫，易于實(shí)現(xiàn)跨架構(gòu)跨平臺(tái)支持并共享代碼模塊，Legacy BIOS 通過(guò)則是匯編語(yǔ)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(kāi)發(fā)現(xiàn)象嚴(yán)重。整體而言，UEFI BIOS 較 Legacy BIOS 的優(yōu)勢(shì)明顯
二、BIOS/BMC 產(chǎn)業(yè)鏈，從CPU 到整機(jī)
4、BIOS 處于產(chǎn)業(yè)鏈哪個(gè)環(huán)節(jié)？
在整個(gè)計(jì)算機(jī)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(jiǎn)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(yíng)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(kāi)發(fā)基于版本的 BIOS/BMC 程序。
當(dāng)前，全球 X86 計(jì)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(kāi)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(dú)立開(kāi)發(fā)商業(yè)化用途的 X86 架構(gòu) BIOS，分別是美國(guó)的 AMI、Phoenix、中國(guó)臺(tái)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(jì)算設(shè)備廠商。下游整機(jī)廠商出貨量多少直接決定固件 BIOS/BMC 廠商需求量，當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流整機(jī)廠商包括浪潮、華為、聯(lián)想、新華三、中科曙光、中國(guó)長(zhǎng)城等。
圖2、BIOS/BMC 產(chǎn)業(yè)鏈一覽

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5、BIOS 市場(chǎng)空間？
近年來(lái)，以PC、服務(wù)器和 IoT 設(shè)備為代表的設(shè)備出貨量不斷增長(zhǎng)，為 BIOS 和 BMC 固件市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張奠定了良好的基礎(chǔ)。根據(jù) Gartner 的數(shù)據(jù)，2019年，全球 X86 架構(gòu)的服務(wù)器、PC 出貨量分別為 1249.7 萬(wàn)、2.61 億臺(tái)。
圖3、國(guó)內(nèi)X86服務(wù)器出貨量

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按照每臺(tái)X86架構(gòu)服務(wù)器 BIOS/BMC 固件 300元單價(jià)測(cè)算，服務(wù)器固件市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到 37 億元；按照每臺(tái) X86 架構(gòu) PC 的 BIOS 固件 15 元單價(jià)測(cè)算，PC固件市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)到 39 億元。BIOS和BMC固件合計(jì)的市場(chǎng)規(guī)模在76億元人民幣左右。
此外，隨著 IOT 設(shè)備快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2020 年全球 IOT 設(shè)備數(shù)量將達(dá)到 204 億臺(tái)，IOT 設(shè)備由于種類多、技術(shù)開(kāi)發(fā)難度不同，BIOS 價(jià)格不同，但整體低于 PC 固件價(jià)格，考慮百億出貨量，預(yù)計(jì)全球固件整體市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)百億元。
圖4、2014-2019E 國(guó)內(nèi) PC 出貨量

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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(zhǎng)期壟斷在美國(guó)的 AMI、 Phoenix，中國(guó)臺(tái)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(dú)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(chǎng)規(guī)模、技術(shù)實(shí)力與上述廠商仍有差距。
6、AMI 業(yè)務(wù)畫像
AMI（American Megatrends Inc.），BIOS 領(lǐng)導(dǎo)者。AMI 公司 1985年成立于美國(guó)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(guó)臺(tái)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(kāi)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(yuǎn)程固件管理解決方案、AMI 背板控制器產(chǎn)品系列、診斷實(shí)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(tái)（X86與非X86）的需求。Aptio 4則從傳統(tǒng) BIOS 演化而來(lái)，同樣符合 UEFI 規(guī)范。在針對(duì) UEFI 的支持服務(wù)方面，AMIDiag 目前是市場(chǎng)上唯一可用的硬件診斷解決方案。

圖5、AMI BIOS/UEFI 固件產(chǎn)品
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7、Phoenix 業(yè)務(wù)畫像
Phoenix（Phoenix technologies Ltd.），BIOS 先行者。1979 年 9 月，Phoenix 在美國(guó)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(kāi)創(chuàng)了凈室設(shè)計(jì)（也稱防火墻技術(shù)），通過(guò)逆向工程來(lái)克隆出了自有BIOS。Phoenix依托自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)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(gòu) Quadtel 和 Award 兩家實(shí)力 BIOS 廠商，逐漸成為當(dāng)時(shí) BIOS 產(chǎn)業(yè)的龍頭，產(chǎn)品涵蓋了低端到高端的各類市場(chǎng)。
圖6、Phoenix 1988-2009 股價(jià)表現(xiàn)

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21世紀(jì)初，受 PC 市場(chǎng)衰退的影響，BIOS 固件單價(jià)下滑，公司采取了一次性授權(quán) BIOS 的方式，以提高公司短期收入。此外，不成熟的并購(gòu)和市場(chǎng)探索也導(dǎo)致了 Phoenix 經(jīng)營(yíng)狀況惡化，公司于2006年出現(xiàn)巨虧。2010 年 8 月，美國(guó)投資公司 Marlin Equity Partners 以 1.39 億美元收購(gòu)了 Phoenix 流通股，Phoenix 宣布退市，同時(shí)也逐漸剝離了非 BIOS 業(yè)務(wù)群。截至 2009 年，公司約有300名員工。
中國(guó)市場(chǎng)方面，2000 年，Phoenix 在南京成立了中國(guó)分公司菲尼克斯軟件（中國(guó)），2009 年，由于經(jīng)營(yíng)問(wèn)題，退出中國(guó)市場(chǎng)。
圖7、Phoenix 合作伙伴

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8、Insyde 業(yè)務(wù)畫像
Insyde（系微），是BIOS 后起之秀。1998年，Insyde 通過(guò)收購(gòu)美國(guó)系騰科技（SystemSoft）成立，并于2003年于中國(guó)臺(tái)灣上市（6231.TWO）。不同于 AMI 和 Phoenix，Insyde 在切入 BIOS 領(lǐng)域之時(shí)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(guó)臺(tái)灣 PC 市場(chǎng)發(fā)展和 Intel 對(duì) UEFI BIOS 的強(qiáng)制推廣，Insyde 快速躍居至 BIOS 市場(chǎng)的第二把交椅。
2018年，Insyde旗艦產(chǎn)品 Insyde H2O BIOS 實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 7.81億新臺(tái)幣，占總營(yíng)收比為 92%；BMC 產(chǎn)品 Supervyse 實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 0.58億新臺(tái)幣，占比 7%；其他業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 0.10億新臺(tái)幣，占比 1%。截止至2018年12月31日，Insyde共有員工439人，其中384人為研發(fā)技術(shù)人員，占比87.5%。
圖8、Insyde營(yíng)收與凈利潤(rùn) 單位：百萬(wàn)美元%

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9、Easytec（卓易信息）業(yè)務(wù)畫像
卓易信息，BIOS X86 中國(guó)大陸地區(qū)獨(dú)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(guó)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(kāi)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(kāi)發(fā)滿足國(guó)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(kāi)發(fā)，包括解決個(gè)別固件問(wèn)題或進(jìn)行完整功能開(kāi)發(fā)，再實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的批量銷售。
表2、公司BIOS、BMC的應(yīng)用案例

資料來(lái)源：公司公告，興業(yè)證券經(jīng)濟(jì)與金融研究院整理
10、相關(guān)公司與風(fēng)險(xiǎn)提示
BIOS/BMC 固件行業(yè)是計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈中一個(gè)非常重要的細(xì)分行業(yè)方向，經(jīng)過(guò)40余年發(fā)展，當(dāng)前全球已經(jīng)呈現(xiàn)出寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局，主流 X86 架構(gòu)BIOS授權(quán)廠商主要有4家，即AMI、Phoenix、Insyde和卓易信息。
卓易信息目前是中國(guó)大陸地區(qū)唯一一家獲Intel 官方授權(quán)的廠商，具備稀缺的賽道卡位優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)（含鯤鵬生態(tài)）在2020年也將迎來(lái)全面發(fā)展階段，卓易信息在非X86架構(gòu)方面，諸如 基于MIPS/ARM/Alpha 芯片架構(gòu)，也具備卓越的研發(fā)能力，有望充分享受行業(yè)紅利，并迎來(lái)高速發(fā)展。

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

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的服务器BMC、BIOS、IPMI、UEFI技术解析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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