互联网技术详解 _ 服务器BMC技术及发展趋势

时间：2022-12-10 19:50:14

关键字：新华三互联网服务器 BMC技术

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[导读]作为互联网云计算等领域的底层硬件基础设施架构，服务器承载着关键业务的运行支持和各项技术的迭代优化，不可避免得对整机性能有着卓越的要求，对系统可维护性有着远高于家用PC的标准，对运行稳定性有着更为严苛的规范，所以通用服务器需要兼具高性能，高可用和高可靠性。即使服务器在开发阶段已经过早期各项数据仿真，多次PCB回板验证及各种极限场景下的严格测试，但仍不能保证万无一失。如何确保服务器在运行过程中能够被有效管理，能及时诊断故障，这就依赖于管理和监控服务器的关键部件：基板管理控制器(BMC，Baseboard Management Controller)。本文将对服务器BMC相关内容进行详解，深度刨析BMC相关技术和未来发展趋势。

前言

作为互联网云计算等领域的底层硬件基础设施架构，服务器承载着关键业务的运行支持和各项技术的迭代优化，不可避免得对整机性能有着卓越的要求，对系统可维护性有着远高于家用PC的标准，对运行稳定性有着更为严苛的规范，所以通用服务器需要兼具高性能，高可用和高可靠性。即使服务器在开发阶段已经过早期各项数据仿真，多次PCB回板验证及各种极限场景下的严格测试，但仍不能保证万无一失。如何确保服务器在运行过程中能够被有效管理，能及时诊断故障，这就依赖于管理和监控服务器的关键部件：基板管理控制器(BMC，Baseboard Management Controller)。本文将对服务器BMC相关内容进行详解，深度刨析BMC相关技术和未来发展趋势。

BMC概念简介

BMC是用于部署/诊断/管理服务器的核心部件，负责管理系统管理软件和平台管理硬件之间的接口，提供自主监控、事件记录、恢复控制等功能。通常情况下狭义上的BMC会被理解为只是服务器主板上单独的管理芯片;但从广义上BMC是一个SOC系统，它分为BMC芯片和BMC固件两个层面。当前计算机架构是由冯诺依曼体系结构构成，分为输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备。这当然也是服务器业务运行的节点构成，但BMC却不属于以上业务节点的构成部分，所以它不依赖于系统上的其他硬件，如CPU，内存，硬盘等;也不依赖于系统上的其他软件，如BIOS、OS、CPLD等。换句话来说：BMC是完全独立于服务器计算节点之外的一套专用管理小系统，当然它也是基于冯诺依曼架构，但比主机服务器享有更大的权限，这有效地保证了业务节点和管理节点的分离，保证业务节点不会干扰管理节点，而管理节点可以实时对业务节点进行管理监控。

服务器管理网络和业务网络分离架构

BMC发展至今已有20多年时间，对服务器系统的后台保障起到了至关重要的作用，优化解决了企业级客户对于服务器部署，监控，管理等难点，也一定程度上促进了数据中心服务器市场这二十多年多的蓬勃发展。

和PC架构的区别

和传统PC架构相比，服务器架构最显著的增值点就在硬件冗余设计和新增部署、诊断、管理网络，这也是企业用户和个人消费者业务差异的区分。一方面冗余设计首先要取决于硬件自身支持，比如双电源冗余、内存ECC功能、磁盘RAID技术等等，但当系统实际发生故障时，BMC需要第一时间捕捉异常，实现实时告警及log上传，运维人员可及时锁定故障部件并完成替换，保证业务稳定不中断。另一方面部署诊断管理网络也是通过BMC来实现的，例如监控运行状态、升级机器固件、远程批量部署OS、针对严重事件的自发纠正等等，甚至BMC还支持和系统BIOS进行交互，对BIOS设置项进行批量的部署调整，合二为一，起到更好的服务器平台管理效果。从功能维度来看，BMC可以用于采集服务器上所有硬件、OS层面的信息并交互管理，将这些信息提供给上层运维网管软件，传递的方式可以通过SNMP、IPMI、Redfish等API接口，分为被动获取和主动上报两种模式，一般检测到故障产生或者监控参数达到设置阈值上限时，会通过Redfish http/https报文、SNMP trap、SMTP邮件通知等方式同步给到上层管理网络服务器，可清晰地获取到故障发生时间，故障机器及部件位置，结合厂商BMC平台告警信息指导，即可快速定位故障原因及处理建议。

BMC基础功能

BMC在整个服务器系统内主要是用于平台管理，一般包括以下几个方面功能：

自主监控：组件(如CPU、内存、芯片组、环境、部件等)的温度、电压、风扇状态、电源状态等等

日志记录：当检测系统出现错误(如某一设备温度过高，服务器蓝屏宕机)时，生成相关日志并保存

恢复控制：当检测到严重错误(如CPU core温度超出阈值，整机功耗超出电源额度功耗范围)时，可将服务器下电保护

Web Server：提供Web界面，用户可以访问Web并查看系统状态

远程控制：远程上电/下电/复位服务器、vKVM、vMedia

风扇转速控制，主要用于系统散热优化

告警功能：LED指示灯、SNMP Trap、邮件通知等

BMC管理芯片及固件市场趋势解读

当前BMC已成为服务器系统必不可缺的一部分，无论是在x86平台还是ARM平台，甚至其他异构计算平台亦是如此。BMC硬件架构层面，目前国内外服务器普遍采用的是ASPEED公司主推的AST系列芯片，当前最新量产型号为AST2600，是ASPEED推出的第七代BMC管理芯片，基于ARM Cortex A7双核心处理器，采用28nm制程工艺，在运算速度和功耗上做了极大的优化。

一台传统的数据中心服务器会配置一颗BMC管理芯片，嵌入在服务器主板端。但随着近年CPU+GPU+DPU概念的兴起，CPU用于通用计算，GPU用于加速计算，DPU用于数据处理的模式被定义为未来云计算架构的趋势。由于GPU、DPU高价值部件承担着平台非常重要的工作负载，BMC管理芯片的嵌入也从主板级别扩展到部件级别，单个服务器平台甚至能够消耗多颗BMC管理芯片，这也使得全球服务器市场BMC管理芯片需求量有增不减。

在固件架构方面，BMC固件同样是BMC系统中不可或缺的一部分。如果把BMC管理芯片比喻成BMC系统大脑，那BMC固件就是BMC系统灵魂，二者缺一不可。目前全球绝大多数服务器厂商都是基于AMI提供的BMC MegaRAC codebase开发的远程管理固件平台，MegaRAC兼具RAS(可靠性、可用性、可服务性)，拥有安全稳定的特性及快速的商业技术支持。基于MagaRAC BMC固件和AST系列BMC管理芯片开发服务器管理平台系统是当前最有效，最快捷，最稳定的开发模式。除了AMI之外，市场上还有其他的IBV厂商提供商用的BMC固件解决方案，从目前来看这些厂商基本都是Intel/AMD授权的x86平台独立BIOS开发商，从BIOS codebase开发衍生拓展到BMC codebase开发，也是基于BIOS/BMC平台的交互设计开发理念及服务器BMC市场需求的强力驱使。

当前服务器BMC固件主要是由传统的IBV厂商提供支持和服务，需要向IBV厂商支付codebase、new feature、license等费用。全球top的云服务/云计算厂商为了降低BMC固件资本支出及BMC固件开源生态的促进，也在积极推进各大服务器OEM/ODM生态厂商融合参与一些开源BMC固件解决方案的导入，共同推进BMC固件相关新技术和新产业的发展，其中最有影响力的当属OpenBMC开源固件。

OpenBMC介绍

正是大环境促使下，OpenBMC应运而生。OpenBMC是BMC的Linux发行版，可以为不同服务器主板定义统一的管理监控平台API接口。OpenBMC使用Yocto Project作为底层构建和发行的框架，并结合OpenEmbedded，Systemd和D-Bus等技术来轻松定制管理平台。

OpenBMC属于开源BMC固件解决方案，服务器平台厂商，部件厂商，包括BMC芯片厂商在开源社区贡献自身代码，共同维护OpenBMC开源的生态环境。传统BMC FW vendors是通过提供付费的闭源代码及授权维护来获得商业回报，厂商需要BMC FW vendors的迭代适配以获得底层codebase支持，开发组件在不同codebase平台上不具有移植性，同时服务器的开发进度将会强受限于BMC FW vendors的固件发布计划。而OpenBMC给厂商带来了商用友好的开源license，准标准化接口，厂商可以自行开发特定需求并以较小的代价在不同平台上移植使用，加快特性开发流程。总结而言，客户对于快速BMC固件迭代周期和更多透明和控制力的需求驱动了对OpenBMC开源固件的需要。OpenBMC的日益兴起也促进了IBV厂商的战略调整，目前AMI也积极参与投身于围绕OpenBMC等项目的开源固件研发工作，希望涉足这一不断增长的领域。2021年AMI也正式发布基于OpenBMC开发的MegaRAC OpenEdition开源解决方案，紧随新时代趋势。

闭源BMC和OpenBMC生态合作模式的差异点

现阶段OpenBMC生态也存在一些问题，包括平台的功能多样性问题、板卡生态结合有待提升问题、缺乏商业支持，问题解决难以得到时效保障问题等。新技术在发展的初期都会遇到各项挑战，主要来源于原有规则下的束缚和牵制，但即使AMI BMC在整个全球市场一家独大的环境下，OpenBMC仍能够破茧而出，发展壮大，并得到Intel、Microsoft、Facebook、Google等业界知名厂商的联合推广，足以看OpenBMC在发展演进过程中必然会是服务器行业生态厂商未来积极探索的BMC领域新方向。

新华三在BMC领域的探索与实践

新华三集团作为业界领先的数字化解决方案领导者，坚持以技术为核心，以创新为驱动，目前在网络、服务器、存储、云计算、安全等重点领域均掌握核心技术。在服务器领域，当前已拥有业界覆盖最全的产品线，H3C UniServer服务器年出货量及市场份额占比已稳居国内第二，增长势头仍然保持强劲。

H3C UniServer服务器全家福

这里介绍一下H3C UniServer服务器BMC管理平台-硬件设备管理系统(Hardware Device Management，以下简称HDM)，HDM是H3C UniServer服务器内置的软硬件一体的嵌入式管理系统，提供对服务器硬件设备的全生命周期的监、管、控，能帮助客户实现更智能的服务器运维和更高效的全生命周期管理。

新华三自研硬件设备管理系统-HDM

HDM提供了丰富的管理接口(IPMI/HTTPS/SNMP/Redfish)，满足多方式的系统集成需求;提供多样的远程维护手段，支持虚拟KVM，支持RAID带外监控配置，支持BIOS/BMC/RAID配置导出，提升服务器远程管理效率;提供先进的故障监控与诊断，支持Syslog报文、Trap报文和e-mail上报告警，对服务器进行全面的精细监控，支持SHD(Smart Hardware Diagnosis，智能硬件诊断系统)，方便故障定位和更换;支持安全管理特性，双镜像备份，PFR固件保护功能等。除此之外，H3C HDM Web端还支持温度海洋视图，热力图，可实时显示服务器机箱中各组件温度传感器的分布图及数值。同时H3C UniServer服务器部分可选配3.5英寸可触摸LCD液晶显示屏，可直接从HDM获取服务器状态信息，方便了服务器的临场巡检及维护。H3C全系列服务器标配HDM管理系统，兼具安全可靠、运维高效、开发敏捷的产品特性，致力于为百行百业客户提供更智能的管理平台。