在3月28日举行的国际UEFI Plugfest会议上，中国工程院院士倪光南表示，10年来，UEFI促进了中国计算机产业的发展并产生了深远影响，可以预见中国自主CPU产业将与UEFI的发展相互促进。

UEFI联盟是英特尔、微软、惠普等厂商为统一UEFI(统一可扩展固件接口)标准，于2005年发起成立的国际联盟组织，目前已有近百家企业成员。“UEFI测试大会”每年召开一次，今年在南京举行。会上，倪光南院士作了“UEFI对中国计算机产业的促进”的主旨演讲。

倪光南说，在人们每天使用的计算机上，有一个看不见、摸不着的关键固件，在软件、硬件之间起承上启下的作用，控制着计算机启动、进入操作系统，甚至是近年流行的指纹认证、虹膜认证的每一步，这个固件就是BIOS。早在10年前，他就预言UEFI BIOS是中国软件企业的蓝海，如今已成现实。

他认为，Intel主导的Tiano开源项目采用先进的软件工程思想与模块化的体系架构，为国内BIOS技术人员提供了最佳的范本，降低了中国BIOS技术社区的学习难度。UEFI统一的标准打开了传统BIOS的“黑盒子”，为后进入的BIOS厂商提供了与Intel、微软、联想等企业合作的机会。

倪光南表示，UEFI技术发展恰好与中国自主CPU产业发展同步，从技术层面，得益于UEFI架构无关的前瞻设计思想，不同指令集与微架构的CPU都可以采用UEFI作为固件方案。中国自主CPU几乎全都采用了UEFI作为固件，2009年百敖软件与龙芯合作，实现了MIPS架构CPU的UEFI固件。UEFI在降低研发成本、提升CPU验证效率等方面效果显著。

另外，UEFI标准已被中国Linux社区广泛接受，UEFI定义的OS统一接口降低了Linux Boot的研发难度，自主OS厂商尝试多种与UEFI结合的创新技术，包括：统一身份验证、快速启动、双OS切换、Linux运行时监控等，满足中国市场对OS创新解决方案的需求。Deep In与中标麒麟等国内OS厂商加速基于UEFI的创新。

可以预见，中国自主CPU产业将与UEFI的发展相互促进，中国自主OS将会继续受益于UEFI在移动端、IOT、云计算等领域的创新。

会上，倪光南建议，中国是全球最大的手机市场，ARM作为UEFI的重要成员，应该积极推动UEFI在移动端的应用。UEFI在PC、服务器的成功为UEFI推进到手机领域奠定基础，UEFI作为事实标准已经被中国政府与产业界认同。在技术层面，在手机上应用轻量级的UEFI方案具备可行性，希望UEFI考虑在Tiano开源项目中增加手机平台的参考实现。

UEFI介绍

新型UEFI，全称“统一的可扩展固件接口”(Unified Extensible Firmware Interface)， 是一种详细描述类型接口的标准。这种接口用于操作系统自动从预启动的操作环境，加载到一种操作系统上。

可扩展固件接口（Extensible Firmware Interface，EFI）是 Intel 为 PC 固件的体系结构、接口和服务提出的建议标准。其主要目的是为了提供一组在 OS 加载之前（启动前）在所有平台上一致的、正确指定的启动服务，被看做是有近20多年历史的 BIOS 的继任者。

UEFI是由EFI1.10为基础发展起来的，它的所有者已不再是Intel，而是一个称作Unified EFI Form的国际组织。

UEFI用途

BIOS即Basic Input/Output System，翻成中文是“基本输入/输出系统”，是一种所谓的“固件”，负责在开机时做硬件启动和检测等工作，并且担任操作系统控制硬件时的中介角色。

因为硬件发展迅速，传统式（Legacy）BIOS 成为进步的包袱，现在已发展出最新的UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）可扩展固件接口，相比传统 BIOS 的来说，未来将是一个“没有特定 BIOS”的电脑时代。

与legacy BIOS 相比，UEFI最大的几个区别在于：

1. 编码99%都是由C语言完成；

2. 一改之前的中断、硬件端口操作的方法，而采用了Driver/protocol的新方式；

3. 将不支持X86实模式，而直接采用Flat mode（也就是不能用DOS了，现在有些 EFI 或 UEFI 能用是因为做了兼容，但实际上这部分不属于UEFI的定义了）；

4. 输出也不再是单纯的二进制code，改为Removable Binary Drivers；

5. OS启动不再是调用Int19，而是直接利用protocol/device Path；

6. 对于第三方的开发，前者基本上做不到，除非参与BIOS的设计，但是还要受到ROM的大小限制，而后者就便利多了。

7.弥补BIOS对新硬件的支持不足的问题。

UEFI结构

UEFI使用模块化设计，它在逻辑上可分为硬件控制和OS软件管理两部分：操作系统—可扩展固件接口—固件—硬件。

根据UEFI概念图的结构，可把uEFI概念划为两部分：uEFI的实体 （uEFI Image）跟平台初始化框架。

uEFI的实体-uEFI Image

（图中蓝框围起部分）

根据uEFI规范定义，uEFI Image包含三种：uEFI Applications, OS Loaders and uEFI Drivers。

uEFI Applications是硬件初始化完，操作系统启动之前的核心应用，比如：启动管理、BIOS设置、uEFI Shell、诊断程式、调度和供应程式、调试应用...等等

OS Loaders是特殊的uEFI Application，主要功能是启动操作系统并退出和关闭uEFI应用。

uEFI Drivers是提供设备间接口协议，每个设备独立运行提供设备版本号和相应的参数以及设备间关联，不再需要基于操作系统的支持。

平台初始化框架

uEFI框架主要包含两部分，一是PEI（EFI预初始化），另一部分是驱动执行环境 (DXE)。

PEI主要是用来检测启动模式、加载主存储器初始化模块、检测和加载驱动执行环境核心。

DXE是设备初始化的主要环节，它提供了设备驱动和协议接口环境界面。

【相关信息】站在CPU角度 你才能发现这个世界有多慢

经常听到有人说磁盘很慢、网络很卡，这都是站在人类的感知维度去表述的，比如拷贝一个文件到硬盘需要几分钟到几十分钟，够我去吃个饭啦;而从网络下载一部电影，有时候需要几个小时，我都可以睡一觉了。

最为我们熟知的关于计算机不同组件速度差异的图表，是下面这种金字塔形式：越往上速度越快，容量越小，而价格越高。

这张图只是给了我们一个直观地感觉，并没有对各个速度和性能做出量化的说明和解释。而实际上，不同层级之间的差异要比这张图大的多。这篇文章就让你站在 CPU 的角度看这个世界，说说到底它们有多慢。

站在CPU角度 你才能发现这个世界有多慢

希望你看完这篇文章能明白两件事情：磁盘和网络真的很慢，性能优化是个复杂的系统性的活。

注：所有的数据都是来自网络。所有的数据会因为机器配置不同，或者硬件的更新而有出入，但是不影响我们直觉的感受。

数 据

先来看看 CPU 的速度，就拿我的电脑来说，主频是 2.6G，也就是说每秒可以执行 2.6*10^9个指令，每个指令只需要 0.38ns(现在很多个人计算机的主频要比这个高，配置比较高的能达到 3.0G+)。我们把这个时间当做基本单位 1s，因为 1s 大概是人类能感知的最小时间单位。

一级缓存读取时间为 0.5ns，换算成人类时间大约是 1.3s，大约一次或者两次心跳的时间。这里能看出缓存的重要性，因为它的速度可以赶上 CPU，程序本身的 locality 特性加上指令层级上的优化，cache 访问的命中率很高，这最终能极大提高效率。

分支预测错误需要耗时 5ns，换算成人类时间大约是 13s，这个就有点久了，所以你会看到很多文章分析如何优化代码来降低分支预测的几率，比如这个得分非常高的 stackoverflow 问题。

二级缓存时间就比较久了，大约在 7ns，换算成人类时间大约是 18.2s，可以看到的是如果一级缓存没有命中，然后去二级缓存读取数据，时间差了一个数量级。

我们继续，互斥锁的加锁和解锁时间需要 25ns，换算成人类时间大约是 65s，首次达到了一分钟。并发编程中，我们经常听说锁是一个很耗时的东西，因为在微波炉里加热一个东西需要一分钟的话，你要在那傻傻地等蛮久了。

然后就到了内存，每次内存寻址需要 100ns，换算成人类时间是 260s，也就是4分多钟，如果读一些不需要太多思考的文章，这么久能读完2-3千字(这个快阅读的时代，很少人在手机上能静心多这么字了)。看起来还不算坏，不多要从内存中读取一段数据，需要的时候很更多。到了内存之后，时间就变得一个量级，CPU 和内存之间的速度瓶颈被称为冯诺依曼瓶颈

一次 CPU 上下文切换(系统调用)需要大约 1500ns，也就是 1.5us(这个数字参考了其他文章)。

在 1Gbps 的网络上传输 2K 的数据需要 20us，换算成人类时间是 14.4小时，这么久都能把《星球大战》六部曲看完了!可以看到网络上非常少数据传输对于 CPU 来说，已经很漫长。而且这里的时间还是理论最大值，实际过程还要更慢一些。

SSD 随机读取耗时为 150us，换算成人类时间大约是 4.5天。换句话说，SSD 读点数据，CPU 都能休假，报团参加周边游了。虽然我们知道 SSD 要比机械硬盘快很多，但是这个速度对于 CPU 来说也是像乌龟一样。I/O 设备 从硬盘开始速度开始变得漫长，这个时候我们就想起内存的好处了。尽量减少 IO 设备的读写，把最常用的数据放到内存中作为缓存是所有程序的通识。像 memcached 和 redis 这样的高速缓存系统近几年的异军突起，就是解决了这里的问题。

从内存中读取 1MB 的连续数据，耗时大约为 250us，换算成人类时间是 7.5天，这次假期升级到国庆七天国外游了。

同一个数据中心网络上跑一个来回需要 0.5ms，换算成人类时间大约是 15天，也就是半个月的时间。如果你的程序有段代码需要和数据中心的其他服务器交互，在这段时间里 CPU 都已经狂做了半个月的运算。减少不同服务组件的网络请求，是性能优化的一大课题。

从 SSD 读取 1MB 的顺序数据，大约需要 1ms，换算成人类时间是 1个月。也就是说 SSD 读一个普通的文件，如果要等你做完，CPU 一个月时间就荒废了。尽管如此，SSD 已经很快啦，不信你看下面机械磁盘的表现。

磁盘寻址时间为 10ms，换算成人类时间是 10个月，刚好够人类创造一个新的生命了。如果 CPU 需要让磁盘泡杯咖啡，在它眼里，磁盘去生了个孩子，回来告诉它你让我泡的咖啡好了。机械硬盘使用 RPM(Revolutions Per Minute/每分钟转速) 来评估磁盘的性能：RPM 越大，平均寻址时间更短，磁盘性能越好。寻址只是把磁头移动到正确的磁道上，然后才能读取指定扇区的内容。换句话说，寻址虽然很浪费时间，但其实它并没有办任何的正事(读取磁盘内容)。

从磁盘读取 1MB 连续数据需要 20ms，换算成人类时间是 20个月。IO 设备是计算机系统的瓶颈，希望读到这里你能更深切地理解这句话!如果还不理解，不妨想想你在网上买的东西，快递送了将近两年，你的心情是怎么样的。

而从世界上不同城市网络上走一个来回，平均需要 150ms(参考世界各地 ping 报文的时间CDN)。

虚拟机重启一次大约要 4s 时间，换算成人类的时间是 3百多年。对于此，我想到了乔布斯要死命优化 Mac 系统开机启动时间。

物理服务器重启一次需要 5min，换算成人类时间是 2万5千年，快赶上人类的文明史了。5 分钟人类都要等一会了，更别提 CPU 了，所以没事不要乱重启服务器啊，分分钟终结一个文明的节奏。