互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)詳解 _ 服務(wù)器BMC技術(shù)及發(fā)展趨勢

前言

作為互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算等領(lǐng)域的底層硬件基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，服務(wù)器承載著關(guān)鍵業(yè)務(wù)的運(yùn)行支持和各項(xiàng)技術(shù)的迭代優(yōu)化，不可避免得對整機(jī)性能有著卓越的要求，對系統(tǒng)可維護(hù)性有著遠(yuǎn)高于家用PC的標(biāo)準(zhǔn)，對運(yùn)行穩(wěn)定性有著更為嚴(yán)苛的規(guī)范，所以通用服務(wù)器需要兼具高性能，高可用和高可靠性。即使服務(wù)器在開發(fā)階段已經(jīng)過早期各項(xiàng)數(shù)據(jù)仿真，多次PCB回板驗(yàn)證及各種極限場景下的嚴(yán)格測試，但仍不能保證萬無一失。如何確保服務(wù)器在運(yùn)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(wù)器的關(guān)鍵部件：基板管理控制器(BMC，Baseboard Management Controller)。本文將對服務(wù)器BMC相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳解，深度刨析BMC相關(guān)技術(shù)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(wù)器的核心部件，負(fù)責(zé)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(fù)控制等功能。通常情況下狹義上的BMC會被理解為只是服務(wù)器主板上單獨(dú)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(dāng)前計(jì)算機(jī)架構(gòu)是由馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分為輸入設(shè)備、存儲器、運(yùn)算器、控制器、輸出設(shè)備。這當(dāng)然也是服務(wù)器業(yè)務(wù)運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，但BMC卻不屬于以上業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成部分，所以它不依賴于系統(tǒng)上的其他硬件，如CPU，內(nèi)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(dú)立于服務(wù)器計(jì)算節(jié)點(diǎn)之外的一套專用管理小系統(tǒng)，當(dāng)然它也是基于馮諾依曼架構(gòu)，但比主機(jī)服務(wù)器享有更大的權(quán)限，這有效地保證了業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)的分離，保證業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)不會干擾管理節(jié)點(diǎn)，而管理節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時對業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理監(jiān)控。

服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)分離架構(gòu)

BMC發(fā)展至今已有20多年時間，對服務(wù)器系統(tǒng)的后臺保障起到了至關(guān)重要的作用，優(yōu)化解決了企業(yè)級客戶對于服務(wù)器部署，監(jiān)控，管理等難點(diǎn)，也一定程度上促進(jìn)了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器市場這二十多年多的蓬勃發(fā)展。

和PC架構(gòu)的區(qū)別

和傳統(tǒng)PC架構(gòu)相比，服務(wù)器架構(gòu)最顯著的增值點(diǎn)就在硬件冗余設(shè)計(jì)和新增部署、診斷、管理網(wǎng)絡(luò)，這也是企業(yè)用戶和個人消費(fèi)者業(yè)務(wù)差異的區(qū)分。一方面冗余設(shè)計(jì)首先要取決于硬件自身支持，比如雙電源冗余、內(nèi)存ECC功能、磁盤RAID技術(shù)等等，但當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際發(fā)生故障時，BMC需要第一時間捕捉異常，實(shí)現(xiàn)實(shí)時告警及l(fā)og上傳，運(yùn)維人員可及時鎖定故障部件并完成替換，保證業(yè)務(wù)穩(wěn)定不中斷。另一方面部署診斷管理網(wǎng)絡(luò)也是通過BMC來實(shí)現(xiàn)的，例如監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)、升級機(jī)器固件、遠(yuǎn)程批量部署OS、針對嚴(yán)重事件的自發(fā)糾正等等，甚至BMC還支持和系統(tǒng)BIOS進(jìn)行交互，對BIOS設(shè)置項(xiàng)進(jìn)行批量的部署調(diào)整，合二為一，起到更好的服務(wù)器平臺管理效果。從功能維度來看，BMC可以用于采集服務(wù)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(yùn)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(chǎn)生或者監(jiān)控參數(shù)達(dá)到設(shè)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(luò)服務(wù)器，可清晰地獲取到故障發(fā)生時間，故障機(jī)器及部件位置，結(jié)合廠商BMC平臺告警信息指導(dǎo)，即可快速定位故障原因及處理建議。

BMC基礎(chǔ)功能

BMC在整個服務(wù)器系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)存、芯片組、環(huán)境、部件等)的溫度、電壓、風(fēng)扇狀態(tài)、電源狀態(tài)等等

日志記錄：當(dāng)檢測系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤(如某一設(shè)備溫度過高，服務(wù)器藍(lán)屏宕機(jī))時，生成相關(guān)日志并保存

恢復(fù)控制：當(dāng)檢測到嚴(yán)重錯誤(如CPU core溫度超出閾值，整機(jī)功耗超出電源額度功耗范圍)時，可將服務(wù)器下電保護(hù)

Web Server：提供Web界面，用戶可以訪問Web并查看系統(tǒng)狀態(tài)

遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程上電/下電/復(fù)位服務(wù)器、vKVM、vMedia

風(fēng)扇轉(zhuǎn)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(dāng)前BMC已成為服務(wù)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(gòu)計(jì)算平臺亦是如此。BMC硬件架構(gòu)層面，目前國內(nèi)外服務(wù)器普遍采用的是ASPEED公司主推的AST系列芯片，當(dāng)前最新量產(chǎn)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(yùn)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(wù)器會配置一顆BMC管理芯片，嵌入在服務(wù)器主板端。但隨著近年CPU+GPU+DPU概念的興起，CPU用于通用計(jì)算，GPU用于加速計(jì)算，DPU用于數(shù)據(jù)處理的模式被定義為未來云計(jì)算架構(gòu)的趨勢。由于GPU、DPU高價值部件承擔(dān)著平臺非常重要的工作負(fù)載，BMC管理芯片的嵌入也從主板級別擴(kuò)展到部件級別，單個服務(wù)器平臺甚至能夠消耗多顆BMC管理芯片，這也使得全球服務(wù)器市場BMC管理芯片需求量有增不減。

在固件架構(gòu)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(wù)器廠商都是基于AMI提供的BMC MegaRAC codebase開發(fā)的遠(yuǎn)程管理固件平臺，MegaRAC兼具RAS(可靠性、可用性、可服務(wù)性)，擁有安全穩(wěn)定的特性及快速的商業(yè)技術(shù)支持?；贛agaRAC BMC固件和AST系列BMC管理芯片開發(fā)服務(wù)器管理平臺系統(tǒng)是當(dāng)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(quán)的x86平臺獨(dú)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(shè)計(jì)開發(fā)理念及服務(wù)器BMC市場需求的強(qiáng)力驅(qū)使。

當(dāng)前服務(wù)器BMC固件主要是由傳統(tǒng)的IBV廠商提供支持和服務(wù)，需要向IBV廠商支付codebase、new feature、license等費(fèi)用。全球top的云服務(wù)/云計(jì)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(jìn)，也在積極推進(jìn)各大服務(wù)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(dǎo)入，共同推進(jìn)BMC固件相關(guān)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中最有影響力的當(dāng)屬OpenBMC開源固件。

OpenBMC介紹

正是大環(huán)境促使下，OpenBMC應(yīng)運(yùn)而生。OpenBMC是BMC的Linux發(fā)行版，可以為不同服務(wù)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(gòu)建和發(fā)行的框架，并結(jié)合OpenEmbedded，Systemd和D-Bus等技術(shù)來輕松定制管理平臺。

OpenBMC屬于開源BMC固件解決方案，服務(wù)器平臺廠商，部件廠商，包括BMC芯片廠商在開源社區(qū)貢獻(xiàn)自身代碼，共同維護(hù)OpenBMC開源的生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)BMC FW vendors是通過提供付費(fèi)的閉源代碼及授權(quán)維護(hù)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(wù)器的開發(fā)進(jìn)度將會強(qiáng)受限于BMC FW vendors的固件發(fā)布計(jì)劃。而OpenBMC給廠商帶來了商用友好的開源license，準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(qū)動了對OpenBMC開源固件的需要。OpenBMC的日益興起也促進(jìn)了IBV廠商的戰(zhàn)略調(diào)整，目前AMI也積極參與投身于圍繞OpenBMC等項(xiàng)目的開源固件研發(fā)工作，希望涉足這一不斷增長的領(lǐng)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(diǎn)

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(jié)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(shù)在發(fā)展的初期都會遇到各項(xiàng)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(dú)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(jìn)過程中必然會是服務(wù)器行業(yè)生態(tài)廠商未來積極探索的BMC領(lǐng)域新方向。

新華三在BMC領(lǐng)域的探索與實(shí)踐

新華三集團(tuán)作為業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)字化解決方案領(lǐng)導(dǎo)者，堅(jiān)持以技術(shù)為核心，以創(chuàng)新為驅(qū)動，目前在網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、云計(jì)算、安全等重點(diǎn)領(lǐng)域均掌握核心技術(shù)。在服務(wù)器領(lǐng)域，當(dāng)前已擁有業(yè)界覆蓋最全的產(chǎn)品線，H3C UniServer服務(wù)器年出貨量及市場份額占比已穩(wěn)居國內(nèi)第二，增長勢頭仍然保持強(qiáng)勁。

H3C UniServer服務(wù)器全家福

這里介紹一下H3C UniServer服務(wù)器BMC管理平臺-硬件設(shè)備管理系統(tǒng)(Hardware Device Management，以下簡稱HDM)，HDM是H3C UniServer服務(wù)器內(nèi)置的軟硬件一體的嵌入式管理系統(tǒng)，提供對服務(wù)器硬件設(shè)備的全生命周期的監(jiān)、管、控，能幫助客戶實(shí)現(xiàn)更智能的服務(wù)器運(yùn)維和更高效的全生命周期管理。

新華三自研硬件設(shè)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(yuǎn)程維護(hù)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(dǎo)出，提升服務(wù)器遠(yuǎn)程管理效率;提供先進(jìn)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(wù)器進(jìn)行全面的精細(xì)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(hù)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(shí)時顯示服務(wù)器機(jī)箱中各組件溫度傳感器的分布圖及數(shù)值。同時H3C UniServer服務(wù)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(wù)器狀態(tài)信息，方便了服務(wù)器的臨場巡檢及維護(hù)。H3C全系列服務(wù)器標(biāo)配HDM管理系統(tǒng)，兼具安全可靠、運(yùn)維高效、開發(fā)敏捷的產(chǎn)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(gòu)方面，新華三始終保持開發(fā)融合，技術(shù)引領(lǐng)的理念，在OpenBMC發(fā)展早期，已成立專門研究OpenBMC領(lǐng)域的固件開發(fā)團(tuán)隊(duì)，并且積極參與國內(nèi)外主要BMC標(biāo)準(zhǔn)組織，如OCP、DMTF、DCIA、FTIA等，參與各種標(biāo)準(zhǔn)討論與制定會議，也主導(dǎo)發(fā)布了一些國際/國內(nèi)服務(wù)器平臺管理規(guī)范。

作為數(shù)字化解決方案領(lǐng)導(dǎo)者，新華三將繼續(xù)堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和解決方案雙輪驅(qū)動，持續(xù)在開源固件OpenBMC上突破前行，不斷提升產(chǎn)品領(lǐng)先性和創(chuàng)新性，相信大家在未來不久時間內(nèi)就將能看到H3C UniServer服務(wù)器BMC新硬件+新固件架構(gòu)產(chǎn)品解決方案的正式商用。