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手机发热就像全球变暖 没有厂商有办法

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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。

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。

手机发热就像全球变暖 没有厂商有办法

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”。

手机发热就像全球变暖 没有厂商有办法

今天的各大旗舰几乎都把VC散热当作卖点,究竟VC散热效果如何,看看用户在网上的反馈就知道了。

事实上,3代手机散热技术并没有本质的不同,都是利用了导热性更好的散热材料,以及液体的多态变化。然而材料的导热效率和液体的比热容存在物理极限,这意味着,除了寻找更好的导热材料,没有其它方法。

目前比较好的替代材料是石墨烯,但导热性良好的石墨烯的量产技术还没有完全成熟,但在这之前,手机内部的热浪已经在翻涌了。不无夸张的说,散热已经是手机最大的短板。

“散热可能是电子技术最核心的竞争力”

在我们生活的世界,任何物体都有电阻,有电阻就意味着发热,这是电子技术注定要长期面对的难题。华为任正非曾把散热技术跟算法一道并列为华为的竞争瓶颈。

在2016年的一次演讲中,任正非提到,“大数据里最大的困难就是发热,硬件工程、电子工艺最大的问题就是散热。”他援引专家的观点表示,“散热和发热机理可能是电子技术最核心的竞争力,是同样重大的科研科技。”

任正非表达的其中一个意思是,当技术工程面向物理极限,探索的方向是:如何在单位能量的消耗中产生最大的算力,同时又有最小的热量辐射。

“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。

产品经理们常说自己是站在上帝身边的人,替上帝继续造物。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。iPhone的解决方案是,通过设计上的哲学应对物理化学的极限。

通过对芯片、系统、软件的控制,iPhone消耗同样的电量,追求尽可能大的算力和尽可能好的体验,把单位物质能量,尽可能转化成神经愉悦。这在测试中得到了验证,国外SoC测试机构A站测试了主流的Soc,结果显示,A14的能耗比远远领先其它Soc。

同时,iPhone内部不设置散热结构,给内部工程足够的空间,以换算成美学上的观感。

手机发热就像全球变暖 没有厂商有办法

不过,在实际使用当中,面对突然的性能燃烧,iPhone毫无办法,这时候安卓机VC散热更加实用,而最简单粗暴的,就是外挂散热背夹,给手机加个空调。这也更加表明,散热作为一种核心竞争力,未来需要来自技术底层的突破。手机散热是一门大生意

手机出货量大增作为背景,面对手机内部的滚滚热浪,技术突破到来之前,生意已经先一步到来。

今天手机主要采用均热板+石墨/石墨烯组合散热方案,其中石墨散热的方案将继续以辅助形式存在。

华泰证券的报告中提到,预计2021-2022年,全球手机石墨散热膜的市场规模为55.74、60.71 亿元;全球5G手机均热板散热的市场规模将快速增长至28.03、43.32 亿元;全球5G手机石墨烯导热膜的市场规模为1.23、1.73 亿元。

结束语

未来手机降温的方向是石墨烯等新材料在手机当中的应用,尤其是新材料电池工艺的突破。

来源:中关村在线

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