变天了！中国有了自己的BIOS

电子发烧友网报道（文/黄山明）BIOS（Basic Input/Output System）作为计算机启动和运行过程中至关重要的固件，可以被认为是计算机启动的“基石”，它在计算机硬件和操作系统之间起到桥梁作用。

而在过去的二十年更成熟的UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）替代了传统的BIOS，但随着时间流逝，UEFI的诸多问题逐渐显现。近年来，业内呼吁推出全新的BIOS标准。在此背景下，近期全球计算联盟（GCC）发布了团体标准《统一基本输入输出系统（UBIOS）基础架构规范》（T/GCC 3007-2025）。至此，中国终于拥有了第一个完整、标准化、可扩展的国产固件体系标准。

从插线板到UBIOS，计算机固件的世纪进化之路

1946年，计算机被刚发明之时，最初的程序主要是通过物理插线板或开关手动设置的，每次更换程序都要重新接线。而最初的几十年，计算机也没有操作系统，用户需要手动输入机器指令。

以ENIAC这台现代计算机的鼻祖为例，由于没有操作系统，每次计算都要人工设置初始参数，电子管来实现运算，计算完成后，结果会通过机器上的指示灯或打印机输出，无法像现在这样直接存储到硬盘。

这就导致这台计算机的整机重约30吨，占地167平方米，包含1.8万个电子管、7万个电阻和1万个电容，是当时体积最庞大的电子设备。

直到1975年，IBM推出了BIOS，才真正让计算机有了引导程序，或者说有了BIOS才能让计算机真正的“开机”了。但BIOS由于技术较老，启动速度慢，对硬盘分区大小有限制，早期更是最多只能使用2TB，限制了计算机的发展。

因此到了1998年，Intel为了解决传统BIOS的技术局限，启动了一个名为“Intel Boot Initiative”的项目，旨在开发全新的固件接口标准，并在2000年发布了EFI 1.0版本，最初只为Intel的安腾（Itanium）处理器设计，但市场反响有限。

后来到2005年，Intel将EFI规范移交给新成立的UEFI 论坛（Unified EFI Forum），该论坛由AMD、微软、苹果、惠普等11家行业巨头共同组成。为体现跨平台统一性，EFI正式更名为UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）。更名后，UEFI被定位为跨架构标准（可以支持x86、ARM、RISC-V等），突破了单一厂商限制。

现代计算机普遍采用UEFI，它功能更强大、界面更友好、支持更大硬盘、更快启动，并具备网络、图形、安全启动等高级特性。当然，由于习惯，人们通常也会讲UEFI固件称为“BIOS”。

但是二十年过去，UEFI的局限逐渐显现，例如作为开发UEFI固件基础框架的TianoCore，为了兼容各种硬件，积累了大量适配不同平台的代码和模块，导致整体代码量达到数百万行，异常臃肿，同时效率低、模块耦合性高、不适合异构计算和Chiplet等等。

尤其是UEFI的设计初衷本身是服务PC和服务器，其架构相对庞大，对资源受限的嵌入式设备，例如物联网设备、小型工控机而言，存在过度设计的问题，占用了过多的内存和存储资源，不如那些轻量级固件高效。

并且UEFI自设计起便根植于Intel与Microsoft主导的生态之中，尽管后来ARM、RISC-V乃至国产的LoongArch都已经加入到这一标准，但仍然显得较为生涩。过去在全球化的背景下，这种表现无可厚非，但在如今全面要求自主可控的趋势下，UEFI成为国产替代中的一座“大山”。

近期，由GCC主导的团体标准《统一基本输入输出系统（UBIOS）接口规范》，这一标准的确立，标志着中国终于拥有了第一个完整、标准化、可扩展的国产固件体系标准，为基础输入输出系统构建提供标准化框架，提升系统兼容性与稳定性。

中国自己的BIOS

UBIOS标准的起草单位包括中国电子技术标准化研究院、华为等，与UEFI不同的是，UBIOS针对未来异构计算、Chiplet等先进芯片技术的发展趋势，进行了一次从底层理念出发的重构。

近年来，随着芯片设计从单一大Die转向多Chiplet和异构集成，现代SoC包含大量功能IP模块，有些是“死IP”，即无固件，依赖CPU和BIOS配置的IP，有些是“活IP”，也就是那些自带MCU和固件，可自主运行的IP。

传统BIOS/UEFI对死IP需逐个填寄存器驱动，导致验证周期长、接口不统一、协同效率低；而各IP固件之间及与BIOS的通信也缺乏标准，多依赖低效的Mailbox机制。

UBIOS在设计之初便面向这一趋势，解决了三个核心问题，一是为各类IP提供一致的固件开发与加载框架；二是定义IP固件之间、IP与主固件之间的高效、可靠通信通道；三是支持IP在集成前独立验证，缩短SoC整体开发周期，增强系统自洽性与可维护性。

简而言之，UBIOS通过固件层面的统一架构与标准化通信，有效支撑了Chiplet时代异构IP的高效协同与快速集成。

并且UBIOS定义了Call ID Service（CIS）和Notify ID Information（NII）接口，将功能抽象为“服务”，组件间通过Message ID交互，而非直接依赖硬件寄存器操作。也就是说，UBIOS将硬件地址的硬编码变成了功能号码的软编码，接口一旦标准化，那么硬件想怎么换就怎么换。

打个比方，就好像把“功能”变成像端口号一样标准化的数字，开发者只要知道“0x1203”就能调用网络协议栈，而不用关心它是Intel网卡、Realtek小芯片，还是BMC里的独立MCU实现的。

UBIOS还采用虚拟总线承载，UVB支持多种物理实现（如PCIe、USB），通过UVB over X协议屏蔽底层差异，实现跨平台兼容。这样就能让固件团队不再为“PCIe版”“SMBus版”各维护一份代码。并且支持热插拔零成本，卡插进去，UVB自动分配节点号，OS通过标准ID立即找到服务。哪天要加 MACsec、要加TEE通道，只改UVB传输层，应用层纹丝不动。

并且相比UEFI，UBIOS原生支持ARM、RISC-V及国产LoongArch架构，提供标准化HAL，减少对x86/ACPI的依赖。同时在Secure Boot基础上，新增TEE集成和动态密钥管理，支持国密算法，防御供应链攻击。

也可以不再强制依赖 ACPI、GPT、微软签名等 UEFI 生态组件，可根据国产操作系统（如 openEuler、麒麟、统信 UOS）需求灵活定制启动流程和安全策略。

与此同时，UBIOS还通过UEFI Payload兼容现有UEFI应用，利用UEFI2UBIOS Thunk转换层实现旧固件无缝迁移，降低过渡成本。

总结

UBIOS的出现，标志着中国在基础软件底层实现了从跟随到引领的关键跨越。它不仅解决了UEFI在异构计算、安全可控、架构僵化等方面的瓶颈，更构建了一个 开放、自主、面向未来的国产固件生态基座，为国产芯片、操作系统、整机厂商提供了统一的底层支撑，是实现信息技术全栈自主可控的重要一环。