服务器是一种为客户机提供服务的高性能计算机。
以BIOS为核心的固件产业,是信创产业链的重要组成部分,可被誉为信创产业的“山海关”。在计算机体系中,BIOS 有着比操作系统更为底层和基础性的作用,是机器点亮后第一个被激活的系统程序,主要负责检测、访问与调试底层硬件资源,并分配给操作系统,以保障整个机器顺利安全运转。
目前,全球X86授权BIOS厂商共计4家,它们分别是AMI、Phoenix、Insyde 和百敖,而百敖(卓易信息旗下)又是境内唯一一家 BIOS 厂商。本文将聚焦BIOS产业生态,围绕10个核心问题,从技术和产品定义、产业市场规模、中观竞争格局、投资机会等多维度进行深入剖析,以期辅助投资决策
一、计算机核心基础部件:BIOS 、BMC
1、BIOS 是什么?
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。
BIOS 主要程序及实现功能
2、BMC和IPMI 是什么?
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。
IPMI 逻辑图
3、EFI 与 UEFI 是什么?
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。
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:
1、UEFI BIOS 主要以 C 语言编写,易于实现跨架构跨平台支持并共享代码模块,而 Legacy BIOS 通过则是汇编语言编写2、UEFI BIOS 完整支持新固件安全功能,从最大程度上降低固件被入侵的风3、Legacy BIOS 移植性差,重复开发现象严重。整体而言,UEFI BIOS 较 Legacy BIOS 的优势明显
二、BIOS/BMC 产业链,从CPU 到整机
4、BIOS 处于产业链哪个环节?
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。
BIOS/BMC 产业链一览
5、BIOS 市场空间?
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。
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。