散热|手机发热就像全球变暖,没有厂商有办法
电子产品提供的,是物质能量到神经愉悦的转换。从产品设计的角度看,加快手机散热,就是在加快手机发热。“未来有50%的能源将消耗在芯片上”,给手机降温的根本技术,是减少发热的技术。
三伏天,各大电商平台和测评网站上,一个小物件的出现次数越来越多了——手机散热背夹。散热背夹贴在手机背面,是手机的外挂风扇和空调,用来给手机降温。散热背夹走俏,把手机越来越烫手的事实摆上了台面,在手机算力近乎无所不能的当下,散热问题跟芯片一样,已经成了行业面对的瓶颈之一。
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手机配置提升,大幅增加发热理论上,手机配置越高、性能越强,散热也会更好。事实上,手机正在变得越来越热,这跟手机配置提升有直接关系。
理想状态下,虽然手机芯片制程工艺越先进,晶体管密度越大,可以带来更高的性能和更低的功耗,对温度的控制也会更好。然而在实际应用当中,性能更强的手机会处理更复杂的任务,应对更高的需求。
典型场景就是玩游戏、看视频。这几年手游的超清、90Hz高帧率模式普及到更多手机上,视频网站也陆续推出了诸如4K、HDR等清晰度的视频。手机在处理这些任务时,功耗相应变高,过程中增加的发热往往超过了芯片层面带来的改善。
苹果5nm的A14仿生芯片内置了118亿个晶体管,数量相较7nm芯片增加了近40%。但iPhone由来已久的玩游戏屏幕变暗、降频等问题在iPhone12上仍然会出现,原因就是游戏模式下手机温度过高。而晶体管来到百亿级的骁龙888也没有“让人失望”,顺利地从骁龙810手里接过了“火龙”的称号。
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芯片之外,5G手机整体提升的配置也在工作中增加发热。更高分辨率和高刷新率的屏幕,会带来更高耗电量。在一项测试中,某品牌手机在120Hz刷新率模式下,续航时间较60Hz模式下降了20%—25%。而更大更快的电池及充电等模组,也增加了发热风险。
另外,5G本身就意味着更高的传输损耗,5G全网的耗能是4G的2.4-2.8倍,它也给手机天线数量、射频前端模块提出了更高的功耗要求。同时,当下偏弱的5G网络,也使手机一直处于搜索信号的状态,造成更大的功耗和发热。
手机越来越热不可避免,怎么给手机散热也是业内的重要技术方向。
厂商用这3种方法给手机散热受限于手机尺寸,手机很难像电脑一样内置风扇散热。虽然有的游戏手机内置了散热风扇,但那属于专有设备的“赛博朋克”式尝试。事实上,这些年手机散热技术不仅发展缓慢,甚至在追求轻薄的当下,常常被当作牺牲点。
说起来,给手机散热的过程十分简单,就是把手机内部的热量导出到手机外部。同一环境温度下,手机背盖跟空气之间的热传导效率基本恒定,所以散热工作主要在手机内部,把内部元器件尤其是Soc产生的热量,快速导向手机壳。
从iPhone4诞生至今,手机散热技术大致经过了3次迭代。初代的智能手机使用石墨片散热,在核心位置和手机背盖贴上石墨片,或者覆盖石墨散热膜,热量经石墨传导。4G手机普及后,三星在Galaxy S7采用超薄热管技术,开启了热管散热潮流。热管散热就是我们通常说的液冷,液体在热管或者散热板中流动,在汽化和液化的循环中,把手机关键部位的热量吸收带走。但液冷系统中,液体在热管中的流动是单向的,于是进化版的VC散热伴随5G手机到来。VC散热板布满了毛细管道,可以理解为把热管散热的“管”加大密度,铺成了一个“面”。
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