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手机温控的背后,到底隐藏哪些不为人知“黑科技”呢?

2020-07-17 09:59 pconline   

[PConline 资讯]通常情况下,在我们玩游戏的时候,手机会产生巨大的热量。但其实手机作为电子产品,大到屏幕的背光模组或者发光二极管,小到主板上面一颗小小的电阻,手机几乎所有需要用到电的地方在使用的时候这些元器件或多或少的会产生热量。

不用置疑的是,产生热量最大的地方就是手机上面的处理器,手机的处理器一直都在为手机提供所需要的性能。手机温控的背后,到底隐藏哪些不为人知的“黑科技”呢?下面带大家来了解一下。

手机处理器发热背后隐藏哪些不为人知的冷知识呢?

从微观的角度来讲,处理器就是由许多个晶体管组成的,晶体管的开闭需要进行充放电,0和1的表示也是依靠电平来实现。

处理器动辄GHz级别的频率,就代表FET每次充放电的时间非常短,一旦没有在规定时间内完成充放电,数字信号采样就会得到一个错误的数据。我们可以把EFT比作一个水瓶,给晶体管充电就是打开水龙头灌水,放电就是把水倒掉。在纳米级的晶体管上,每一个晶体管充放电一次所需的时间是完全可以忽略不计的,但如果美妙充放电上亿次,就不是一个可以忽略的数值了。

那么如何降低门延迟(也就是所谓的充放电时间)?在物理上有个简单的办法,就是增加电压。提高电压,充放电时间也会减少。初中物理就有一个公式,P=U²/R。我们把处理器简单比做一个电阻元器件,尽管不是,但是像烤机这种功耗温度稳定下来之后可以不严谨的用等效电阻啥的算点东西,最多的还是套个公式方便大家理解,意思就是功耗的增加和电压的平方成正比。然后,还要考虑到手机处理器的频率。于是,一个简单计算处理器功耗的公式就出来了:P=C•V²•f。

C是一个将问题简单化常数,由处理器本身的参数决定(比如说制程,这里忽略掉温度等其他会改变C数值的因素);V就是电压;f是处理器的频率。可以看到,当处理器频率提高,为了避免出现FET翻转跟不上,电压也提高。一下子这么多数字需要提高,所以手机就会有更高的功耗和更高的热量。

手机散热到底如何进行呢?

目前绝大部分手机,散热方式都是采用被动散热。而手机处理器的发热,一般是通过从处理器一层一层导热到手机外壳或者屏幕,再向周围环境(空气)散发。值得注意的是,严格来讲手机内部只存在“导”热,只有热量到达手机表面,经过人体或者空气导向外接,这部分过程才叫“散”热。

对于手机来讲,尤其是搭载旗舰处理器的手机,几乎没有任何一款手机可以做到完全的释放处理器满频性能的同时保证使用者不会感受到烫手。几乎每一代移动处理器发布,厂商们都会宣称处理器的功耗相比上一代降低了许多,然而现实情况确实处理器性能提升,各种APP的性能需求也在提升。所以性能和需求处于对等的状态。

况且现在手机的被动散热的状况,想靠自然散热到处处理器全部热量又不让手机变得非常烫手是很难的。尤其是夏天的高温,还会进一步压制被动散热的效果。所以厂家为了避免处理器温度过高,在系统中加入了一个大家耳熟能详的东西:温控。

手机温控隐藏到底哪些“黑科技”?

当然,在系统层面的温控是指软件温控,在手机处理器的设计和制造过程中,芯片设计师都会植入一些微码,一般是方式处理器过热从而导致损坏的最后一道防线,通常到这个程度后处理器会先尝试降低频率,如果不行就继续降频,还不行就直接完全断电保护。当然这个温度阈值一般很高,这个温度如果在手机上,可能外壳已经非常烫了,处理器还没达到这个温度阈值。

所以为了避免这种情况出现,厂商写入的软件温控,他们会通过多个传感器监视电池、主板、处理器内核等手机多个部件的温度,任何一个部件温度超过阈值都要触发过热保护。一般来讲电池超过40℃可能系统就要执行一定程度的降频操作,压低GPU、CPU的最高频率,试图降低整体温度。如果温度进一步升高,就是进一步甚至疯狂降频、降低屏幕亮度、强制结束前台应用程序、暂时停止使用手机等其他更进一步的操作。

看手机测评比较多的朋友,可能会发现很多手机都是刚开始玩游戏帧率很稳,时间长了就开始波动,这就是一开始处理器满频功耗慢慢造成高温降频。所以说如何处理性能和发热是一个非常玄学的困难问题,满频意味着热,降频意味着性能差,手机厂商也在不停的试图完美平衡这部分东西,像什么GameTurbo,GPUTurbo,HyperBoost之类的营销词汇都是和解决这有关的。

手机温控对用户有什么意义?

对用户的体验保护。用户最直观的感受,解温控后手机明显变得更烫了。一旦解除温控,那么直到触发硬件级保护之前处理器是不会降频的。手机自然会变得更烫手。而绝大多数手机的软件温控会让处理器统计功耗数值限制在一个较低区间,这样的话手机虽然会发热但是很少会烫。

其次是对电池的保护。解除温控之后如果不附加额外的散热措施,手机电池将会长期处在一个非常高温的状态。过于高温将会导致锂电池寿命降低,以及增加潜在的爆燃隐患。有了软件温控虽然锂电池长时间游戏照样会热但是平均温度要比解温控低很多,相对也安全一些。有些系统温控还是蛮保守的电池超过38甚至36℃就会降最高频。

还有就是对手机硬件的保护。SurfacePro 4三星屏版本出现过机身高温导致疯狂闪屏跳屏的问题,这种问题在手机上也是有可能存在的。其次对于主板和其他元器件,手机高温也会影响其正常工作甚至直接造成虚焊、脱焊甚至主板局部烧坏的情况。

对处理器本身的保护。其实这部分处理器自己的硬件温控已经可以做到,软件温控算是多了一层保障吧。对于处理器来讲,有一个叫“缸型曲线”的东西,用户使用的时间区间都处在缸底。至于一个处理器到底能用多久,这个没有谁能说准,但是这个时间通常是远大于一个处理器的正常服役时间的,高温确实会影响手机使用寿命,只不过即便这样通常也不会低于正常使用时间罢了。当然,手机温控的设置使得手机多一份保障也低一分坏掉的概率,好处终归是有的。

总结

总结下来就是,不让你觉得太烫,不让电池慢性自杀,降低硬件暴毙风险。解温控的话,大家注意一下要做好手机的散热措施,通过外置散热器等手段降低手机整体的温度,尽量避免达到各种元器件的合适温度区间上限就OK了。

 

责任编辑: 4083LWJ

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