一覽發展到現在的各家手機的導熱技術,只為了讓你在手機上能多玩幾局遊戲 前些天和朋友聊天時講到一些用過3C產品的問題,一個索粉朋友痛心疾首的向我介紹了他使用 Xperia Z5 Premium 的慘痛經歷,其中最讓他印象深刻的就是這台手機的發熱不僅迅速,而且已經影響到了手機正常使用,最痛苦的表現就是相機會經常因為過熱被系統自動關閉。

不過這個問題,其實至少有一大半責任不是SONY的,而是他們在錯誤的時間節點使用了錯誤的驍龍 810,當年凡是使用了這顆 SoC 的機器幾乎都沒有什麼「好下場」,問題也很簡單:發熱和功耗壓不住。

而影響手機溫度的,最重要的無非就是兩個部分:發熱和散熱。

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實際上,手機上可感知的熱量幾乎都來自晶片組,隨著 CPU 和 GPU 性能的迅速提高,塞進的運算單元越來越多, 整體規模越來越大,發熱這個現象逐漸成為了一個無法避免的現實。一但解決不好就會重蹈驍龍 810 的覆轍,儘管現在晶片商都小心翼翼的控制發熱,不過不像 PC 端的「擠牙膏」戰略,行動端的性能依舊在每年飆升,因此在發熱方面也很難有顯著改善。

另一方面則與追求更高的集成度與輕薄化有關。只要散熱空間夠,那麼即使不使用什麼特別的技術,散熱效果也能事半功倍,但因為追求輕薄化極度壓榨了手機內部空間,同時散熱不佳還會導致電子元件失效率升高,處理器頻率下降造成卡頓等現象,嚴重影響用戶使用體驗。

晶片組的發熱是廠商所不能左右的,所以廠商所有的心思都花到了如何散熱上。

對待手機散熱,在目前空間與技術有限的情況下,所有的核心想法都是圍繞著如何將內部晶片組積蓄的熱量導入到外部散發出去。

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早期的時候手機廠商採用石墨貼片散熱的方式,石墨貼片的導熱性能不錯,但更重要的一點是可以把面積做很大,讓在局部聚集的熱量通過石墨貼片傳導,以更大的面積散發熱量。然而石墨的導熱效率畢竟有限,而且單獨使用石墨散熱效果並不是特別好,因為它無法將熱量直接導出到外部散發。

另外廠商還從 PC 上常用的矽脂導熱膏得到了靈感,矽脂出色的導熱性與其耐高溫與絕緣的特性,在 PC 平台是發燒友們最常用最基礎的輔助手段,將其均勻涂一層在 CPU 外殼上會帶來更好的散熱效果。於是手機廠商也開始使用了類似方式,在晶片組上涂一層導熱凝膠來幫助散熱。

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和導熱凝膠作用類似的還有 OPPO 前幾年在 OPPO N3 上推出的「冰巢」散熱技術。雖然聽起來很玄,但其實 OPPO 是用一種類似液態金屬的相變材料填充在 CPU 和導熱結構之間,在晶片組發出大量熱量時,相變材料會從固體轉變成液體,不僅能導熱,還能吸收掉一部分熱量。

之前華為在 Mate RS 上使用的 PCM 微膠囊散熱技術也是類似的原理,運用 PCM 相變物質,能夠蓄熱蓄冷,並調節手機內部的溫度平衡。

但導熱凝膠和石墨貼片一樣,都屬於輔助散熱的手段,並不能直接將熱量導出,而冰巢和 PCM 微膠囊散熱技術則成本較高,目前只在特定機型上出現過,並不具有普及價值。於是手機廠商再度借鑑了 PC 和筆記型電腦廠商慣用的手段 —— 導熱管。

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其實導熱管在手機上使用已經不止一兩年了,早在五年前 NEC 就推出了世界上第一款使用導熱管散熱的手機 N-06E ,導熱管散熱的原理這幾年也有不少解析了,簡單的說就是中空的銅管內加入以水為主的液體,透過導熱管兩端熱量差造成了蒸發與冷凝現象將熱量從導熱管一端傳遞到另一端。

儘管銅已經一種導熱性不錯的金屬,但導熱管的導熱性能要遠遠的壓到銅管,所以當導熱管五年前首次運用到手機上時,甚至被以訛傳訛說成是水冷散熱,引起了一陣熱烈討論。

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導熱管這種散熱技術目前已經在手機上應用已經相當成熟,從最近的魅族 16 到 Windows Phone 絕唱的微軟 Lumia 950/950 XL 都有採用導熱管技術。導熱管技術的應用可以說帶領手機散熱技術走進了一個新階段。

儘管應付一般的發熱現象導熱管已經足夠,但別忘了今年被高通稱為是遊戲手機元年,無論是遊戲手機還是手機的遊戲模式,都為整個散熱系統帶來了更大的壓力。尤其是像大型 3D 動作遊戲,比如某些二次元群體喜歡玩的《崩壞3》,都在不停地壓榨著手機的峰值性能。誰能減少過熱降頻現象,誰就能保持更高的峰值性能,誰就能在遊戲體驗中更勝一籌。

結果就是,單純的導熱管技術已經無無法壓制遊戲模式下的散熱壓力,需要十八般武藝盡出了,導熱管為主,多種散熱方式為輔,形成一個整體散熱系統,是現階段手機散熱能做到的最好成果。

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這裡有一個活生生的例子,就是榮耀 Note 10,很好的解析了如何用一整套的散熱系統來應對散熱壓力。首先華為和榮耀在這一年多以來,逐漸將麒麟 970 鋪開到了全線機型,並且推出了 GPU Turbo 和 CPU Turbo 兩項「很嚇人的技術」來榨乾麒麟 970 最後一點潛力。

但麒麟 970 畢竟已經是上一代產品,尤其是在 GPU 方面,採用的 Mali-G72 核心在能效方面確實與目前的驍龍 845 有一定差距,綜合發熱量並不能小覷,加上「雙 Turbo」,榮耀 Note 10 可以說是面臨發熱壓力最大的一款華為手機,在其發佈會上也著重介紹了「 THE NINE 」這個由華為研發的整套散熱系統。

並沒有想吹捧榮耀 Note 10 的意思,而是 THE NINE 這套散熱系統確實能給我們帶來更多關於手機散熱的認知。

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之所以叫 THE NINE 其實是有兩個原因,第一就是因為這是一個 9 層散熱結構結合而成散熱系統,其中包括:中框石墨片、鋁合金中框、銅片、導熱凝膠、高導熱 PCB、後蓋石墨片以及液冷管。第二就是其中最重要的就是第 9 個結構 —— 「PC 級液冷管」

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這個導熱管是不是真的 PC 級我是不清楚,但透過對比可以看到的確比最近推出的幾款機型採用的導熱管規格更高,具體來說就是榮耀 Note 10 採用的是 D5 級導熱管,直徑為 5mm,長度達到了113mm。作為對比的魅族 16 用的是 D3 級別直徑 3mm,長度 50mm 的導熱管,遊戲手機黑鯊同樣使用的是直徑 3mm,長度 60mm 的導熱管。

規格擺在這裡,況且魅族 16 的導熱管還有折彎,黑鯊則是橫著放置,從規格和效率上來說都不如榮耀 Note 10。為了確實展示導熱管的導熱性能,現場還準備一杯開水和一好一壞兩根導熱管進行對比,每個人都可以自己感受導熱性能的差異,根據我自己的感受,在放入熱水後 5.5 秒,完好的導熱管就有了燙手的感覺,而損壞的導熱管(可以看作銅管)則一直和皮膚表面溫度差不多。

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可以看到高規格的導熱管在散熱性能上確實有顯著提高,根據官方給出的數據,使用 THE NINE 技術的散熱性能將會提高41%,CPU 溫度最高可下降 10 度。雖然我沒有驗證過,但這樣的實驗室數據基本還是可信的。

如果真的遭遇過熱環境,榮耀 Note 10 機身內置的 6 顆溫度感測器(2 顆監測電池)會讓系統堅持關係來保護內部元件。

但這樣的多層立體式散熱結構肯定不是會手機的極限,麒麟 980 已經蓄勢待發,驍龍 855 自然也在準備之中,三星下一代的 Exynos 恐怕也不是吃素的,性能的繼續提高,也會繼續帶來更大的散熱壓力。

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努比亞紅魔已經嘗試了類似風冷的技術,華碩 ROG 則使用了均溫板和冷卻風扇外設。未來手機的散熱技術可能將會隨著遊戲手機的逐漸增多成熟,發展出更多的,適合手機使用的散熱技術,而不是像導熱管一樣單純的拿來主義。

或許有一天材料學和電腦運算架構被突破,能讓我們徹底擺脫發熱。

 

  • 本文授權轉載自:ifanr

 

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