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为了让你玩手游,各厂商在这项技术上用了哪些功?

时间:2018-08-16 阅读:
手机上可感知的热量几乎都来自芯片组,随着 CPU 和 GPU 性能的迅速提高,塞进的运算单元越来越多, 整体规模越来越大,发热这个现象逐渐成为了一个无法避免的现实。

前些天和朋友说起哪些产品又不是不能用,一个索粉朋友痛心疾首的向我介绍了他使用 Xperia Z5 Premium 的惨痛经历,其中最让他印象深刻的就是这台手机的发热不仅迅速,而且已经影响到了手机正常使用,具体表现就是相机会经常因为过热被系统自动关闭。

不过这个锅至少有一大半责任不是索尼的,而是在错误的时间节点使用了错误的工艺与架构的骁龙 810,当年凡是使用了这颗 SoC 的机器几乎都没有什么「好下场」,问题也很简单粗暴,发热和功耗压不住。

而影响手机最后体感温度的,最重要的无非就是两个部分:发热和散热。

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▲图片来自:ifixit

实际上,手机上可感知的热量几乎都来自芯片组,随着 CPU 和 GPU 性能的迅速提高,塞进的运算单元越来越多, 整体规模越来越大,发热这个现象逐渐成为了一个无法避免的现实。一但解决不好就会重蹈骁龙 810 的覆辙,尽管现在芯片商都小心翼翼的控制发热,不过不像 PC 端的「挤牙膏」战略,移动端的性能依旧在每年飙升,因此在发热方面也很难有显著改善。

另一方面则与追求更高的集成度与轻薄化有关。只要散热空间够,那么即使不使用什么特别的技术,散热效果也能事半功倍,但因为追求轻薄化极度压榨了手机内部空间,同时散热不佳还会导致电子元件失效率升高,处理器频率下降造成卡顿等现象,严重影响用户使用体验。

芯片组的发热是厂商所不能左右的,所以厂商所有的心思都花到了如何散热上。

古人云:「堵不如疏」,从小时候看大禹治水的故事我们就可以得到这样的结论,一味的围堵反而会造成反效果。所以对待手机散热,在目前空间与技术有限的情况下,所有的核心想法都是围绕着如何将内部芯片组积蓄的热量导入到外部散发出去。

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早期的时候手机厂商采用石墨贴片散热的方式,石墨贴片的导热性能不错,但更重要的一点是可以把面积做很大,让在局部聚集的热量通过石墨贴片传导,以更大的面积散发热量。然而石墨的导热效率毕竟有限,而且单独使用石墨散热效果并不是特别好,因为它无法将热量直接导出到外部散发。

另外厂商还从 PC 上常用的散热硅脂得到了灵感,硅脂出色的导热性与其耐高温与绝缘的特性,在 PC 平台是发烧友们最常用最基础的辅助手段,将其均匀涂一层在 CPU 外壳上会带来更好的散热效果。于是手机厂商也开始使用了类似手段,在芯片组上涂一层导热凝胶来帮助散热。

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和导热凝胶作用类似的还有 OPPO 前几年在 OPPO N3 上推出的「冰巢」散热技术。虽然听起来比较玄乎,但其实 OPPO 是用一种类似液态金属的相变材料填充在 CPU 和导热结构之间,在芯片组发出大量热量时,相变材料会从固体转变成液体,不仅能导热,还能吸收掉一部分热量。

之前华为在 Mate RS 上使用的 PCM 微胶囊散热技术也是类似的原理,运用 PCM 相变化物质,能够蓄热蓄冷,并调节手机内部的温度平衡。

但导热凝胶和石墨贴片一样,都属于辅助散热的手段,并不能直接将热量导出,而冰巢和 PCM 微胶囊散热技术则成本较高,目前只在特定机型上出现过,并不具有普及价值。于是手机厂商再度借鉴了 PC 和笔记本厂商惯用的手段 —— 热管。

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▲图片来自:jc-heatpipe

其实热管在手机上使用已经不止一两年了,早在五年前 NEC 就推出了世界上第一款使用热管散热的手机 N-06E ,热管散热的原理这几年也有不少解析了,简单的说就是中空的铜管内加入以水为主的液体,通过热管两端热量差造成了蒸发与冷凝现象将热量从热管一端传递到另一端。

尽管铜已经一种导热性不错的金属,但热管的导热性能要远远的压到铜管,所以当热管五年前首次运用到手机上时,甚至被以讹传讹说成是水冷散热,引起了一阵热烈讨论。

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▲图片来自:YouTube

热管这种散热技术目前已经在手机上应用已经相当成熟,从最近的魅族 16 到 Windows Phone 绝唱的微软 Lumia 950/950 XL 都有采用热管技术。热管技术的应用可以说带领手机散热技术走进了一个新阶段。

尽管应付一般的发热现象热管已经足够,但别忘了今年被高通称为是游戏手机元年,无论是游戏手机还是手机的游戏模式,都为整个散热系统带来了更大的压力。尤其是像大型 3D 动作游戏,比如某些二次元群体喜欢玩的《崩坏3》,都在不停地压榨着手机的峰值性能。谁能减少过热降频现象,谁就能保持更高的峰值性能,谁就能在游戏体验中更胜一筹。

结果就是,单纯的热管技术已经无无法压制游戏模式下的散热压力,需要十八般武艺尽出了,热管为主,多种散热方式为辅,形成一个整体散热系统,是现阶段手机散热能做到的最好成果。

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这里有一个活生生的例子,就是上个月底刚刚发布的荣耀 Note 10,很好的解析了如何用一整套的散热系统来应对散热压力。首先华为和荣耀在这一年多以来,逐渐将麒麟 970 铺开到了全线机型,并且推出了 GPU Turbo 和 CPU Turbo 两项「很吓人的技术」来榨干麒麟 970 最后一点潜力。

但麒麟 970 毕竟已经是上一代产品,尤其是在 GPU 方面,采用的 Mali-G72 核心在能效方面确实与目前的骁龙 845 有一定差距,综合发热量并不能小觑,加上「双 Turbo」,荣耀 Note 10 可以说是面临发热压力最大的一款华为手机,在其发布会上也着重介绍了「 THE NINE 」这个由华为研发的整套散热系统。

并没有想吹捧荣耀 Note 10 的意思,而是 THE NINE 这套散热系统确实能给我们带来更多关于手机散热的认知。今天在华为武汉研究所,研究人员也彻底详细的讲述了一遍 THE NINE 散热系统到底是怎么一回事。

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之所以叫 THE NINE 其实是有两个原因,第一就是因为这是一个 9 层散热结构结合而成散热系统,其中包括:中框石墨片、铝合金中框、铜片、导热凝胶、高导热 pcb、后盖石墨片以及液冷管。第二就是其中最重要的就是第 9 个结构 —— 「PC 级液冷管」

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这个热管是不是真的 PC 级我是不清楚,但通过对比可以看到的确比最近推出的几款机型采用的热管规格更高,具体来说就是荣耀 Note 10 采用的是 D5 级热管,直径为 5mm,长度达到了113mm。作为对比的魅族 16 用的是 D3 级别直径 3mm,长度 50mm 的热管,游戏手机黑鲨同样使用的是直径 3mm,长度 60mm 的热管。

规格摆在这里,况且魅族 16 的热管还有折弯,黑鲨则是横着放置,从规格和效率上来说都不如荣耀 Note 10。为了确实展示热管的导热性能,现场还准备一杯开水和一好一坏两根热管进行对比,每个人都可以自己感受导热性能的差异,根据我自己的感受,在放入热水后 5.5 秒,完好的热管就有了烫手的感觉,而损坏的热管(可以看作铜管)则一直和皮肤表面温度差不多。

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可以看到高规格的热管在散热性能上确实有显著提高,根据官方给出的数据,使用 THE NINE 技术的散热性能将会提高41%,CPU 温度最高可下降 10 度。虽然我没有验证过,但这样的实验室数据基本还是可信的。

如果真的遭遇过热环境,荣耀 Note 10 机身内置的 6 颗温度传感器(2 颗监测电池)会让系统坚持关系来保护内部元器件。做了这么多手准备,荣耀 Note 10 「上分神器」的口号确实喊得也比较有底气。

但这样的多层立体式散热结构肯定不是会手机的极限,麒麟 980 已经蓄势待发,骁龙 855 自然也在准备之中,三星下一代的 Exynos 恐怕也不是吃素的,性能的继续提高,也会继续带来更大的散热压力。

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努比亚红魔已经尝试了类似风冷的技术,华硕 ROG 则使用了均温板和冷却风扇外设。未来手机的散热技术可能将会随着游戏手机的逐渐增多成熟,发展出更多的,适合手机使用的散热技术,而不是像热管一样单纯的拿来主义。

或许有一天材料学和计算架构被突破,能让我们彻底摆脱发热。

(来源:ifanr)

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