沈　滢　中国信息通信研究院技术与标准研究所知识产权中心高级咨询师李文宇　中国信息通信研究院技术与标准研究所知识产权中心主任张俊霞　中国信息通信研究院技术与标准研究所知识产权中心副主任



服务器虚拟化技术专利态势分析与解读

沈滢中国信息通信研究院技术与标准研究所知识产权中心高级咨询师
李文宇中国信息通信研究院技术与标准研究所知识产权中心主任
张俊霞中国信息通信研究院技术与标准研究所知识产权中心副主任

摘要服务器虚拟化是云计算的关键基础技术之一，全球专利构成占比分析表明，目前服务器虚拟化领域的技术积累以IT基础设施类为主，虽然国内外市场PaaS，SaaS已经逐渐成熟并扩大盈利，但相关技术的专利尚未形成规模化布局。基于对服务器虚拟化领域的专利信息的检索和统计分析，本文通过专利视角将该技术领域的专利态势和技术发展主流动态进行研究和总结，最后结合产业和技术发展状况，对该领域技术创新空间和垄断程度进行解读。

关键词服务器虚拟化专利云计算隔离

1　引言

“云”的本质在于系统本身的非实体化，因此可以认为云计算是为用户量身定制一台虚拟计算系统，虚拟化技术也因此成为云计算实现的底层基石。虚拟化是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源，这种资源的抽象方法并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制。

虚拟化概念术最早于20世纪60年代由美国计算机学术界首次提出，自20世纪90年代以来，虚拟化技术进入复兴阶段，从纯软件的虚拟化（全虚拟化、半虚拟化）到硬件支撑的虚拟化，突破了X86平台进行虚拟化的瓶颈。近年来，虚拟化技术引起了学术界、工业界的极大关注，为云计算的发展壮大奠定了技术基础。

按照其针对的对象不同，虚拟化技术可分为：服务器的虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。服务器虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件（例如CPU、内存、硬盘等），可以在这些虚拟硬件中加载操作系统和应用程序；服务器虚拟化使一个物理服务器虚拟成若干个服务器使用，并且这些虚拟服务器在用户、应用软件甚至操作系统看来，几乎与物理服务器没有区别，用户可以在虚拟服务器上灵活地安装任何软件。服务器虚拟化主要有CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O虚拟化等几大分支。

专利文献广泛、真实、详尽、可获得性好，因此专利分析是战略与竞争分析中一种实用的分析方法，是辅助分析产业进展情况、透视产业竞争格局、掌握技术发展走向的重要分析手段。本文使用国家知识产权局权威数据库，对服务器虚拟化领域2006—2015年近十年的国内外专利进行检索，旨在对该领域的技术发展状况主流动态进行分析和总结，对该领域技术创新空间和垄断程度进行解读。

2　服务器虚拟化专利申请态势总况

（1）全球和在华专利申请已进入高峰期

服务器虚拟化技术专利在2006—2015年期间共计11097件专利申请，其中欧美共计7594件，中国3503件。欧美专利于2012年进入申请高峰，在华专利于2013年进入申请高峰（见图1、2）。

（2）IBM、微软等企业优势明显

服务器虚拟化的全球主要申请人TOP10构成主要为老牌IT巨头如IBM、Microsoft、Intel，专门从事虚拟化技术的科技企业如VMware、RedHat以及具有通信背景的企业等。国内的主要申请人有国内主流通信设备供应商、主流IT企业以及大学等科研机构。

IBM作为开放虚拟化联盟OVA的早期成员、开源KVM项目的重要推进者，为推动基于内核的虚拟化技术的发展和应用做出了重要贡献：检索发现，IBM在美国本土申请服务器虚拟化类专利1518件，在华申请128件，掌握多级虚拟化等关键技术（见图3）。

图1　欧美专利年度申请态势

图2　在华专利年度申请态势

图3　IBM服务器虚拟化专利年度申请量

微软2010年把虚拟化作为战略重点，并伴随2011年专利申请高峰，而IBM则在该领域持续申请大量专利（见图4）。

3　服务器虚拟化领域现有专利申请技术分布与布局

（1）专利申请以基本功能类为主，面向上层业务高性能需求方面拥有广阔创新空间

全球专利构成占比分析表明，目前服务器虚拟化领域的技术积累以IT基础设施类为主，虽然国内外市场PaaS，SaaS已经逐渐成熟并扩大盈利，但相关技术的专利尚未形成规模化布局（见图5）。

（2）满足高负载、高灵活性、高可用性等商用需求类专利已经引起重视，申请量占比逐年上升

如图6所示，“配置与部署”、“资源管理与调度”等基本功能类仍占据主要。与满足上层业务多类别、高负载、高灵活性、高可用性等需求相关的软件设计与调测、动态迁移、灵活扩展等的布局尚未形成格局，客观上新兴企业和初创公司拥有较广阔的创新发展空间。进一步，2008、2012和2014年专利统计显示，满足上层业务高负载、高灵活性、高可用性等商用指标相关的动态迁移、灵活扩展等各类专利的总占比呈现逐年上升态势。

图5　全球服务器虚拟化技术领域分布情况

图6　商用需求类专利各分支申请量占比

图7　动态迁移年度申请

4　服务器虚拟化关键技术专利分析

（1）动态迁移技术呈高增长态势，主要围绕业务不中断等热点，Microsoft、IBM和国内主流通信设备商是重要贡献者

公有云、云计算2.0对虚拟机平台的高可用性、互操作性提出了新需求。在线迁移是保证系统高可用和灵活互操作的重要手段，专利检索发现，IBM、Microsoft、Redhat、VMware和中国主流通信设备供应商等服务器重要申请人纷纷在该领域进行技术研究和专利部署（见图7）。

在线迁移技术的专利申请量在2010年前后呈现高增长态势。该领域的专利申请主要围绕缩短迁移过程停机时间避免上层服务中断、SR-IOV等技术的动态迁移实现、迁移步骤的简化等（见图8）。

（2）安全与隔离技术分支申请活跃，技术走向清晰

在公有云解决方案的需求拉动下，虚拟机安全性与隔离技术创新成为该领域的创新热点。服务器虚拟化安全类专利国内检索专利82件，全球265件。专利申请主要集中在数据安全、软件安全认证、虚拟机部署的安全策略和软件安全4个方向上。在数据安全管理方面的专利布局热点主要有：数据通信安全、虚拟机数据库管理、数据加密、实时安全性；在安全认证方面的专利布局热点主要有：介质安全认证、虚拟化启动安全认证等；在部署安全策略方面的布局热点主要有：安全监控、环境安全策略、虚拟机镜像安全机制、虚拟机安全组配置；在软件安全方面的专利布局热点主要有：软件加固、非本机代码安全控制、安全载体VSE。

图8　在线迁移技术的专利申请

隔离性是评价虚拟化性能的重要指标，能否把虚拟机合理隔开并公平且充分地利用物理资源具有重要意义。该领域的主流申请方向有：改善轻量虚拟化技术的隔离性、强隔离操作系统的设备共享技术、与安全密切相关的隔离技术等。

5　CPU、内存和I/O虚拟化申请占比、技术成熟度和申请热点

（1）CPU虚拟化技术成熟度高垄断优势明显

CPU虚拟化技术领域技术成熟度高，专利申请主流方向涉及多核系统虚拟化、虚拟化实时性、相关配置和仿真算法等。服务器虚拟化专利技术分布情况如图9所示。

图9　服务器虚拟化专利技术分布

CPU虚拟化技术领域技术延续性强，传统IT巨头IBM、Microsoft、Intel、HP等专利申请量占总数的47%，拥有绝对的技术优势，短时难以撼动；通信设备商和芯片商等企业在嵌入式系统CPU虚拟化技术分支上呈现出较好的技术积累。该分支全球专利30余件，约占CPU虚拟化专利总数的6.7%（见图10）

（2）内存虚拟化参与热度高，各类企业纷纷参与布局

I/O虚拟化技术的创新热点是I/O的高效数据交换方法和外部中断优化等，主要涉及外中断处理、网络数据处理、接口数据镜像、输入/输出设备与物理存储器之间的访问等。

I/O虚拟化技术专利申请参与热度高，布局分散，传统IT企业、互联网企业、航天、通信企业等从各自行业的需求出发，纷纷进行专利布局（见图11）。

（3）内存虚拟化申请参与度高，呈现出若干申请热点

内存虚拟化技术的申请热点是内存优化分配和动态管理算法等，该技术分支本土企业创新活跃，国内科研院所也有较好的参与度。本土申请人数量超过100个，除了ICT和互联网企业外，大学和科研院所也大量参与其中。企业间以及企业与大学和科研机构重视合作研究联合申请专利，内存虚拟化在华228件专利中有20件为本土申请人联合申请。例如，华为技术与中科院计算所：围绕虚拟机内存的管理调控方法申请了多项专利；南方电网与清华大学：高并发数据快速写入虚拟机内存。

6　结束语

（1）服务器虚拟化领域基本功能类技术已经进入成熟阶段，满足商用需求类专利占比逐年提升，关键技术拥有广阔创新空间

虽然国内外市场PaaS、SaaS已经逐渐成熟并扩大盈利，但与之相关的满足商用需求类专利布局尚未形成稳定格局。满足上层业务高负载、高灵活性、高可用性等商用指标相关的动态迁移、灵活扩展等各类专利的总占比呈现逐年上升态势，其年度分布规律处于技术生命周期的上升段，客观上新兴企业和初创公司拥有较广阔的创新空间。

图10　CPU虚拟化专利申请量

（2）CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化各分支呈现不同格局

CPU虚拟化技术领域技术延续性强，传统IT巨头IBM、Microsoft、Intel、HP等专利技术优势明显，短时难以撼动；通信设备商和芯片商等企业在嵌入式系统CPU虚拟化技术等新兴分支有较好的技术和专利优势。

内存虚拟化是本土企业创新活跃领域，国内科研院所也有较好的参与度。

I/O虚拟化技术专利申请参与热度高，专利持有分散，尚未在国内形成垄断格局。传统IT、互联网、航天、通信企业等从各自行业的需求出发，纷纷进行专利布局。

（3）服务器虚拟化关键技术点申请热度高、技术走向清晰

动态迁移技术是满足云计算2.0对虚拟机平台的高可用性、互操作性的关键技术，IBM、Microsoft、华为技术、Redhat和VMware等国内外重要申请人纷纷在该领域进行技术研究和专利部署。

在公有云解决方案的需求拉动下，虚拟机安全性与隔离技术创新成为该领域的创新热点。

参考文献

1刘鹏.云计算（第二版）.北京：电子工业出版社. 2012

2任磊等.云制造资源虚拟化研究.计算机集成制造系统. 2011，3

3雷葆华等.云计算解码——技术架构和产业运营.北京：电子工业出版社. 2012

4吴朱华.云计算核心技术剖析.北京：人民邮电出版社. 2011 5工业和信息化部电信研究院.云计算白皮书. 2012，4

图11　I/O虚拟化技术专利申请布局

Analysis and Interpretation on Server Virtualization Technology Patent Trend

AbstractServer virtualization is one of the key underlying technologies of cloud computing，global patent accounting analysis shows that the current server virtualization technology patent application is mainly focused on IT infrastructure related scope，although the domestic market PaaS，SaaS has matured and expanded profit but patent has not yet formed large-scale layout. Based on retrieval of patent information in the field of virtualization and statistical analysis，this paper aims view moving through the patent research and summarize the patent landscapes and mainstream of technological development，and finally with industrial and technological developments，we interpret the innovation and monopolization of this field.

Key wordsserver virtualization，patent，cloud computing，isolation

收稿日期：（2015-12-22）