作為互聯(lián)網(wǎng)云計算等領域的底層硬件基礎設施架構，服務器承載著關鍵業(yè)務的運行支持和各項技術的迭代優(yōu)化，不可避免得對整機性能有著卓越的要求，對系統(tǒng)可維護性有著遠高于家用PC的標準，對運行穩(wěn)定性有著更為嚴苛的規(guī)范，所以通用服務器需要兼具高性能，高可用和高可靠性。即使服務器在開發(fā)階段已經過早期各項數(shù)據(jù)仿真，多次PCB回板驗證及各種極限場景下的嚴格測試，但仍不能保證萬無一失。如何確保服務器在運行過程中能夠被有效管理，能及時診斷故障，這就依賴于管理和監(jiān)控服務器的關鍵部件：基板管理控制器(BMC，Baseboard Management Controller)。本文將對服務器BMC相關內容進行詳解，深度刨析BMC相關技術和未來發(fā)展趨勢。
BMC概念簡介
BMC是用于部署/診斷/管理服務器的核心部件，負責管理系統(tǒng)管理軟件和平臺管理硬件之間的接口，提供自主監(jiān)控、事件記錄、恢復控制等功能。通常情況下狹義上的BMC會被理解為只是服務器主板上單獨的管理芯片;但從廣義上BMC是一個SOC系統(tǒng)，它分為BMC芯片和BMC固件兩個層面。當前計算機架構是由馮諾依曼體系結構構成，分為輸入設備、存儲器、運算器、控制器、輸出設備。這當然也是服務器業(yè)務運行的節(jié)點構成，但BMC卻不屬于以上業(yè)務節(jié)點的構成部分，所以它不依賴于系統(tǒng)上的其他硬件，如CPU，內存，硬盤等;也不依賴于系統(tǒng)上的其他軟件，如BIOS、OS、CPLD等。換句話來說：BMC是完全獨立于服務器計算節(jié)點之外的一套專用管理小系統(tǒng)，當然它也是基于馮諾依曼架構，但比主機服務器享有更大的權限，這有效地保證了業(yè)務節(jié)點和管理節(jié)點的分離，保證業(yè)務節(jié)點不會干擾管理節(jié)點，而管理節(jié)點可以實時對業(yè)務節(jié)點進行管理監(jiān)控。
服務器管理網(wǎng)絡和業(yè)務網(wǎng)絡分離架構
BMC發(fā)展至今已有20多年時間，對服務器系統(tǒng)的后臺保障起到了至關重要的作用，優(yōu)化解決了企業(yè)級客戶對于服務器部署，監(jiān)控，管理等難點，也一定程度上促進了數(shù)據(jù)中心服務器市場這二十多年多的蓬勃發(fā)展。
和PC架構的區(qū)別
和傳統(tǒng)PC架構相比，服務器架構最顯著的增值點就在硬件冗余設計和新增部署、診斷、管理網(wǎng)絡，這也是企業(yè)用戶和個人消費者業(yè)務差異的區(qū)分。一方面冗余設計首先要取決于硬件自身支持，比如雙電源冗余、內存ECC功能、磁盤RAID技術等等，但當系統(tǒng)實際發(fā)生故障時，BMC需要第一時間捕捉異常，實現(xiàn)實時告警及l(fā)og上傳，運維人員可及時鎖定故障部件并完成替換，保證業(yè)務穩(wěn)定不中斷。另一方面部署診斷管理網(wǎng)絡也是通過BMC來實現(xiàn)的，例如監(jiān)控運行狀態(tài)、升級機器固件、遠程批量部署OS、針對嚴重事件的自發(fā)糾正等等，甚至BMC還支持和系統(tǒng)BIOS進行交互，對BIOS設置項進行批量的部署調整，合二為一，起到更好的服務器平臺管理效果。從功能維度來看，BMC可以用于采集服務器上所有硬件、OS層面的信息并交互管理，將這些信息提供給上層運維網(wǎng)管軟件，傳遞的方式可以通過SNMP、IPMI、Redfish等API接口，分為被動獲取和主動上報兩種模式，一般檢測到故障產生或者監(jiān)控參數(shù)達到設置閾值上限時，會通過Redfish http/https報文、SNMP trap、SMTP郵件通知等方式同步給到上層管理網(wǎng)絡服務器，可清晰地獲取到故障發(fā)生時間，故障機器及部件位置，結合廠商BMC平臺告警信息指導，即可快速定位故障原因及處理建議。
BMC基礎功能
BMC在整個服務器系統(tǒng)內主要是用于平臺管理，一般包括以下幾個方面功能：
自主監(jiān)控：組件(如CPU、內存、芯片組、環(huán)境、部件等)的溫度、電壓、風扇狀態(tài)、電源狀態(tài)等等
日志記錄：當檢測系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤(如某一設備溫度過高，服務器藍屏宕機)時，生成相關日志并保存
恢復控制：當檢測到嚴重錯誤(如CPU core溫度超出閾值，整機功耗超出電源額度功耗范圍)時，可將服務器下電保護
Web Server：提供Web界面，用戶可以訪問Web并查看系統(tǒng)狀態(tài)
遠程控制：遠程上電/下電/復位服務器、vKVM、vMedia
風扇轉速控制，主要用于系統(tǒng)散熱優(yōu)化
告警功能：LED指示燈、SNMP Trap、郵件通知等
BMC管理芯片及固件市場趨勢解讀
當前BMC已成為服務器系統(tǒng)必不可缺的一部分，無論是在x86平臺還是ARM平臺，甚至其他異構計算平臺亦是如此。BMC硬件架構層面，目前國內外服務器普遍采用的是ASPEED公司主推的AST系列芯片，當前最新量產型號為AST2600，是ASPEED推出的第七代BMC管理芯片，基于ARM Cortex A7雙核心處理器，采用28nm制程工藝，在運算速度和功耗上做了極大的優(yōu)化。
一臺傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心服務器會配置一顆BMC管理芯片，嵌入在服務器主板端。但隨著近年CPU+GPU+DPU概念的興起，CPU用于通用計算，GPU用于加速計算，DPU用于數(shù)據(jù)處理的模式被定義為未來云計算架構的趨勢。由于GPU、DPU高價值部件承擔著平臺非常重要的工作負載，BMC管理芯片的嵌入也從主板級別擴展到部件級別，單個服務器平臺甚至能夠消耗多顆BMC管理芯片，這也使得全球服務器市場BMC管理芯片需求量有增不減。
在固件架構方面，BMC固件同樣是BMC系統(tǒng)中不可或缺的一部分。如果把BMC管理芯片比喻成BMC系統(tǒng)大腦，那BMC固件就是BMC系統(tǒng)靈魂，二者缺一不可。目前全球絕大多數(shù)服務器廠商都是基于AMI提供的BMC MegaRAC codebase開發(fā)的遠程管理固件平臺，MegaRAC兼具RAS(可靠性、可用性、可服務性)，擁有安全穩(wěn)定的特性及快速的商業(yè)技術支持?；贛agaRAC BMC固件和AST系列BMC管理芯片開發(fā)服務器管理平臺系統(tǒng)是當前最有效，最快捷，最穩(wěn)定的開發(fā)模式。除了AMI之外，市場上還有其他的IBV廠商提供商用的BMC固件解決方案，從目前來看這些廠商基本都是Intel/AMD授權的x86平臺獨立BIOS開發(fā)商，從BIOS codebase開發(fā)衍生拓展到BMC codebase開發(fā)，也是基于BIOS/BMC平臺的交互設計開發(fā)理念及服務器BMC市場需求的強力驅使。
當前服務器BMC固件主要是由傳統(tǒng)的IBV廠商提供支持和服務，需要向IBV廠商支付codebase、new feature、license等費用。全球top的云服務/云計算廠商為了降低BMC固件資本支出及BMC固件開源生態(tài)的促進，也在積極推進各大服務器OEM/ODM生態(tài)廠商融合參與一些開源BMC固件解決方案的導入，共同推進BMC固件相關新技術和新產業(yè)的發(fā)展，其中最有影響力的當屬OpenBMC開源固件。
OpenBMC介紹
正是大環(huán)境促使下，OpenBMC應運而生。OpenBMC是BMC的Linux發(fā)行版，可以為不同服務器主板定義統(tǒng)一的管理監(jiān)控平臺API接口。OpenBMC使用Yocto Project作為底層構建和發(fā)行的框架，并結合OpenEmbedded，Systemd和D-Bus等技術來輕松定制管理平臺。
OpenBMC屬于開源BMC固件解決方案，服務器平臺廠商，部件廠商，包括BMC芯片廠商在開源社區(qū)貢獻自身代碼，共同維護OpenBMC開源的生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)BMC FW vendors是通過提供付費的閉源代碼及授權維護來獲得商業(yè)回報，廠商需要BMC FW vendors的迭代適配以獲得底層codebase支持，開發(fā)組件在不同codebase平臺上不具有移植性，同時服務器的開發(fā)進度將會強受限于BMC FW vendors的固件發(fā)布計劃。而OpenBMC給廠商帶來了商用友好的開源license，準標準化接口，廠商可以自行開發(fā)特定需求并以較小的代價在不同平臺上移植使用，加快特性開發(fā)流程?？偨Y而言，客戶對于快速BMC固件迭代周期和更多透明和控制力的需求驅動了對OpenBMC開源固件的需要。OpenBMC的日益興起也促進了IBV廠商的戰(zhàn)略調整，目前AMI也積極參與投身于圍繞OpenBMC等項目的開源固件研發(fā)工作，希望涉足這一不斷增長的領域。2021年AMI也正式發(fā)布基于OpenBMC開發(fā)的MegaRAC OpenEdition開源解決方案，緊隨新時代趨勢。
閉源BMC和OpenBMC生態(tài)合作模式的差異點
現(xiàn)階段OpenBMC生態(tài)也存在一些問題，包括平臺的功能多樣性問題、板卡生態(tài)結合有待提升問題、缺乏商業(yè)支持，問題解決難以得到時效保障問題等。新技術在發(fā)展的初期都會遇到各項挑戰(zhàn)，主要來源于原有規(guī)則下的束縛和牽制，但即使AMI BMC在整個全球市場一家獨大的環(huán)境下，OpenBMC仍能夠破繭而出，發(fā)展壯大，并得到Intel、Microsoft、Facebook、Google等業(yè)界知名廠商的聯(lián)合推廣，足以看OpenBMC在發(fā)展演進過程中必然會是服務器行業(yè)生態(tài)廠商未來積極探索的BMC領域新方向。
新華三在BMC領域的探索與實踐
新華三集團作為業(yè)界領先的數(shù)字化解決方案領導者，堅持以技術為核心，以創(chuàng)新為驅動，目前在網(wǎng)絡、服務器、存儲、云計算、安全等重點領域均掌握核心技術。在服務器領域，當前已擁有業(yè)界覆蓋最全的產品線，H3C UniServer服務器年出貨量及市場份額占比已穩(wěn)居國內第二，增長勢頭仍然保持強勁。
H3C UniServer服務器全家福
這里介紹一下H3C UniServer服務器BMC管理平臺-硬件設備管理系統(tǒng)(Hardware Device Management，以下簡稱HDM)，HDM是H3C UniServer服務器內置的軟硬件一體的嵌入式管理系統(tǒng)，提供對服務器硬件設備的全生命周期的監(jiān)、管、控，能幫助客戶實現(xiàn)更智能的服務器運維和更高效的全生命周期管理。
新華三自研硬件設備管理系統(tǒng)-HDM
HDM提供了豐富的管理接口(IPMI/HTTPS/SNMP/Redfish)，滿足多方式的系統(tǒng)集成需求;提供多樣的遠程維護手段，支持虛擬KVM，支持RAID帶外監(jiān)控配置，支持BIOS/BMC/RAID配置導出，提升服務器遠程管理效率;提供先進的故障監(jiān)控與診斷，支持Syslog報文、Trap報文和e-mail上報告警，對服務器進行全面的精細監(jiān)控，支持SHD(Smart Hardware Diagnosis，智能硬件診斷系統(tǒng))，方便故障定位和更換;支持安全管理特性，雙鏡像備份，PFR固件保護功能等。除此之外，H3C HDM Web端還支持溫度海洋視圖，熱力圖，可實時顯示服務器機箱中各組件溫度傳感器的分布圖及數(shù)值。同時H3C UniServer服務器部分可選配3.5英寸可觸摸LCD液晶顯示屏，可直接從HDM獲取服務器狀態(tài)信息，方便了服務器的臨場巡檢及維護。H3C全系列服務器標配HDM管理系統(tǒng)，兼具安全可靠、運維高效、開發(fā)敏捷的產品特性，致力于為百行百業(yè)客戶提供更智能的管理平臺。
H3C HDM溫度海洋及熱力圖
在BMC固件架構方面，新華三始終保持開發(fā)融合，技術引領的理念，在OpenBMC發(fā)展早期，已成立專門研究OpenBMC領域的固件開發(fā)團隊，并且積極參與國內外主要BMC標準組織，如OCP、DMTF、DCIA、FTIA等，參與各種標準討論與制定會議，也主導發(fā)布了一些國際/國內服務器平臺管理規(guī)范。
作為數(shù)字化解決方案領導者，新華三將繼續(xù)堅持技術創(chuàng)新和解決方案雙輪驅動，持續(xù)在開源固件OpenBMC上突破前行，不斷提升產品領先性和創(chuàng)新性，相信大家在未來不久時間內就將能看到H3C UniServer服務器BMC新硬件+新固件架構產品解決方案的正式商用。
