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　　【PConline 杂谈】今年来智能手机的更新换代越来越快，性能也越来越强。除了功能性大大丰富以满足人们越来越多的需求之外，也额外带来了一个问题，就是“热”。“热”虽然看上去只是稍微影响用户体验，但是一旦控制不好变成了“烫”的话，这样对于手机使用者来说就感觉非常不好了，笔者今天就常见的手机热功耗控制方法来聊聊。

常见手机热功耗控制方法盘点

手机会为什么会发热？

　　一般手机的主要热源有这么三个：手机SoC上的AP部分、BP部分（有可能为独立而非集成）以及最后的充电模块。

什么是AP和BP？

　　AP的全称是Application Processor，中文翻译为“应用处理器”。主要负责执行操作系统、用户界面以及应用程序等的处理需求。而BP的全称是Baseband Processor，中文翻译为“基带处理器”（也就是我们常说的基带芯片），主要负责处理射频信号的调制发射和解码接收。

　　一般现在的高通、MTK以及华为，均会把AP与BP集成在一个SoC上面进行出售；但也有苹果A8这样仅包含AP部分，而BP则采用高通解决方案的厂家存在。总之我们可以认为AP就是SoC“减去”BP而留下来的那部分，其中包括了CPU、GPU还有一些ISP、DSP之类的处理核心。

　　AP部分发热主要是因为长时间、高负载的应用运行（比如说拍照、大型游戏等）；而BP部分发热则主要是长时间或大功率的网络负载（如弱信号时手机会自动加大发射功率）；至于充电模块自然就是因为充电过程中热阻产生的热量了。

如何解决手机发热的问题？

　　目前解决手机发热的方法主要有三种，效果从强到弱分别是：硬件工艺与架构升级＞系统底层优化＞手机模具设计。

　　由于发热从根本上看就是“功耗”的另一种说法，所以前两种解决方法都是从功耗着手的优化思路。而手机模具设计主要是从用户体验的方面着手，寻找如何将热量引导出手机外但又不让用户明显感知的优化思路。确切得说前两种应该称之为“热功耗控制方法”，而后一种则应该称之为“手机散热方法”。

常见的热功耗控制方法

　　●硬件工艺提升

　　经常浏览我站的朋友应该都看到过这样的说明：“该CPU采用了最新的XXnm技术，降低了XX%的功耗，提升了XX%的性能”。这对很多人来说已经成为了常识，但是为什么提升工艺水平可以让功耗降低，性能提升呢？

更先进的工艺能够在有限体积内放入更多晶体管

　　主要原因是硅的发热密度是固定的，所以芯片的功耗在一定程度上与所用硅材料的体积成正比。工艺从32nm提升到28nm，就能够在较小的芯片Die面积内（意味着所用硅材料体积变少）放入原来相同的晶体管数量了，这也就让芯片的发热量下降，故功耗也就降低了。而一般工艺的升级也同时伴随着晶体管数量的增多，只是这个增多一般抵消不了工艺升级所带来的优势，所以晶体管数量即便增多提高了性能，功耗也还是能够降低。

　　提升工艺水平来降低功耗的方法可说是最为粗暴有效的，只是这种技术一般都控制在英特尔、三星、还有台积电等上游行业巨头的手中。即便是苹果想要使用这种方法，也要寻找上游厂家来合作，所以门槛还是非常高的。

　　●硬件架构升级

　　与芯片生产工艺相比，硬件架构的优化就相对而言稍微亲民一些了。目前手机业界一般采用的都是ARM架构的CPU核心，但ARM的架构也在随着时间的推移在不断更新，手机厂商也可以根据需要在各类IP核与指令集之间进行选择。只是这种选择只有少部分厂商有能力去做，而大部分厂商只能够采购类似高通\MTK这类公司出产的成品了。

　　目前ARM在市场上出现的IP核授权主要有以下几种，分别对应高能效比、平衡以及高性能。

　　其中A7、A9与A15相对来说发布较早，市面上成熟的产品较多；而A53、A17和A57则是较新的架构了，目前市面上的产品数量不多。从原则上来讲，架构越新自然是越先进，功耗与性能也自然有了一定的提升。当然这是标准的ARM核心，至于高通的骁龙800与苹果的A8都是采用的自家修改过的架构，那整体自然会比标准核心的性能指标更上一层楼。

Cortex-A50结构有高性能与高能效比两条路线

　　但如果从降低功耗的角度来看的话，那么Cortex-A7与Cortex-A53必然是首选。因为ARM设计的CPU都是采用的精简指令集（与之相对的是Intel采用的是“复杂指令集”），该指令集主打特性的就是高能效比，所以这两款核心可以说是ARM代表性的产品了。不过高能效比虽然能够降低一定发热量，那在性能上就会有一定妥协，所以也要权衡来考虑了。

　　●系统底层优化

　　以上两种优化思路虽然效果都很好，不过门槛也非常高，没有技术积累的厂商一般是没什么办法。但是系统底层优化有很大一部分是能够现成拿来用的，所以相对来说比较好实现。

　　底层优化一般有两种思路，一种是从核心调用的方式入手（偏硬件）；另外一种则是从应用调用的方式入手（偏软件）。

　　目前采用第一种思路的方法主要有以下两种：大小核切换动态调用技术（big.LITTLE)和协处理器技术（Sensor Hub）。

　　big.LITTLE技术可以使得厂家在一定范围内将ARM高能效比与高性能核心组合起来搭配使用，在不同任务负载下分配不同的核心以适配需求。这种技术的重点在于动态调度的算法到底高不高效，目前来看高通Krait核心就具备自己定制的调度算法，同样的做法也出现在华为、三星和MTK的处理器上面。

大小核协同工作能够一定程度上兼顾性能与功耗

　　Sensor Hub技术则设计了一个低功耗的核心去专门处理智能手机的传感器信息，相比原来调用CPU来处理更加高效，功耗也更低。其实这种做法与此前专门设计一个DSP去处理数字信号或ISP去处理图像信号没什么区别。对这种高频率、并不需要什么复杂处理需求的任务来说，根本不需要“麻烦”CPU，一个构造简单的协处理器反而简单高效。

Sensor Hub能够单独处理传感器信息

　　而采用第二种思路的方法各大系统都有：比如iOS系统的四种后台机制就分别满足了不同的应用需求，以避免造成不必要的功耗浪费。而Android也在最新的棒棒糖系统中加入了job scheduler API，规范了后台调用程序的时长与频率，也能够节省下很多不必要的功耗，自然手机也就不热了。

常见的手机散热设计

　　到了这一步终于是所有手机厂家能够自己定制的部分了。由于各个厂家在上两个环节分别采用了不同的硬件与软件搭配，所以其产品对于散热设计的需求也是不一样的。

　　比如苹果自己在硬件以及软件方面都做了垂直整合，在这两个环节就把功耗降得差不多了，那么在散热设计上的“余量”就比较大。但是小米一代发布的时候，正好采用的是高通最新的双核1.5GHz主频的高性能CPU（现在看来是比较弱了），在性能强大的同时也因为其更大的TDP让整个手机的散热需求增大，以至于需要用到石墨散热技术来平衡。以下笔者就盘点一下目前市面上的手机散热方法。

什么是TDP？

　　TDP的英文全称是“Thermal Design Power”，中文翻译为“散热设计功耗”。TDP主要是芯片厂商综合了自家芯片的架构、芯片Die面积、制作工艺以及主频等参数指标，所给出的芯片理论最高负载时所需要的散热设计余量，以供终端厂商进行散热设计使用。TDP越高，证明厂商需要用更多的手段去进行散热设计。

　　●金属背板导热

　　这里的的金属背板并不仅仅指的是金属机身，也指得是机身内部的金属背板结构。我们都很清楚金属相对于常见的塑料材质来说，导热性能是要高出很多的，而且金属背板除了导热性之外也能够提供一定的抗扭强度，所以这种处理方法也常被用来加强手机结构强度。

iPhone 6上的金属背板

　　金属板一般是贴在手机的AP或是BP部分，然后就能够将这两个发热大户的热量传导一部分到手机的边缘部分，而其余的热量也经过一定扩散就没有那么高的单点温度了。

　　●石墨散热片导热

　　石墨由于其独特的物理结构使得其导热性能非常好，并且它又能够加工成任意大小的薄片，对于手机内部的结构有着良好的适用性。并且除了导热之外，石墨散热片还具有一定的抗震性能，这对于在屏幕后方设计隔热结构也具有一定的用处。

米1上采用的石墨散热片结构

　　石墨散热片一般在手机内部都会存在多片，除了充当最热点的缓冲层之外，也被用来将屏幕与AP、BP等发热大户隔开，以防止过高温度对屏幕正常工作的影响。

　　●冰巢散热

　　冰巢散热技术是今年OPPO发布新款超薄手机R5时连带发布的散热新技术。其原理借鉴了PC上常用的导热硅脂，主要是填充发热点与导热结构之间的缝隙，以达到帮助更快扩散热量的作用。只不过OPPO这次用得不是硅脂，而是一种类液态金属的相变材料。

什么叫做相变材料？

　　相变材料指的是物理性质随温度变化而变化，并且在变化过程中会吸收或释放大量热量的材料。OPPO此次使用的类液态金属的相变材料就会在温度升高时逐渐由固态转变成液态，并且在这个过程中吸收大量的热量。所以该技术除了传导热量之外，也吸收了一部分热量（当然这部分热量会在接下来温度下降时缓慢释放）。

冰巢散热的原理接近于PC上的导热硅脂

　　OPPO在R5中将这种相变材料制成片状填充在了AP部分与其他导热介质之间，由于该种材料本身的吸热特性与导热特性要远远高于空气，所以即便是在4.85mm厚度的机身内部也能够满足AP部分的TDP需求。只是这种散热方法相对上面两种的成本稍高，因为相变材料与金属背板的结合并没有那么容易。

总结

　　热功耗设计是贯穿着整个手机产业链，用户拿到手中的使用体验不过是层层积累下来的结果罢了。手机的性能越来越高，而在工艺没有大跨步的情况下，发热总是在所难免的。而绝大部分手机厂商由于各种商业因素，能够在手机热功耗设计方面做的其实是比较少的，甚至会与性能、纤薄等体验发生直接冲突，这就更加考验手机厂商对诸多因素的权衡利弊与对新技术的应用了。