聊聊散熱那點(diǎn)事 盤(pán)點(diǎn)手機(jī)CPU冷卻技術(shù)
近年來(lái)，隨著智能手機(jī)處理器主頻的不斷提高和核心數(shù)量的增加，手機(jī)在運(yùn)行高運(yùn)算量的軟件/游戲時(shí)產(chǎn)生的熱量也不斷增加，如果不能通過(guò)良好的途徑處理這些熱量，一來(lái)有可能對(duì)硬件造成損傷，二來(lái)也容易對(duì)使用者造成不適甚至傷害。幸運(yùn)的是，處理器的生產(chǎn)廠商從設(shè)計(jì)時(shí)便考慮了散熱的問(wèn)題，今天就讓我們來(lái)看一看不同的手機(jī)廠商都采用了哪些針對(duì)處理器的冷卻技術(shù)。
石墨散熱
代表作：小米手機(jī)
散熱效率：★★★
石墨是一種良好的導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱性超過(guò)鋼、鐵、鉛等多種金屬材料。小米在發(fā)布小米手機(jī)第一代時(shí)就宣稱使用了石墨散熱膜為處理器降溫，并且一直延續(xù)到了小米 Note 這代產(chǎn)品。其實(shí)，除了小米之外，石墨散熱材料也應(yīng)用在其他各大品牌的手機(jī)/平板當(dāng)中作為散熱的基礎(chǔ)配置。
▲小米 Note 背部采用的石墨散熱膜
該散熱方式的散熱原理實(shí)際上是利用了石墨具有獨(dú)特的晶粒取向，它沿兩個(gè)方向均勻?qū)?，同時(shí)延展性又強(qiáng)，可以貼附在手機(jī)內(nèi)部的電路板上面，既可以阻隔元器件之間的接觸，也起到一定的抗震作用。由于導(dǎo)熱性能高，它可以很快將處理器發(fā)出的熱量傳遞至大面積石墨膜的各個(gè)位置進(jìn)行熱量擴(kuò)散，從而間接起到了散熱作用。
金屬背板散熱
代表作：蘋(píng)果 iPhone
散熱效率：★★★☆
早先的塑料材質(zhì)智能手機(jī)受限于芯片和 PCB 的工藝，手機(jī)殼內(nèi)部的空閑體積還比較大，只有石墨層的情況下也基本能夠滿足芯片散熱需求。而隨著機(jī)身變得更加輕薄以及金屬框架的加入，手機(jī)內(nèi)的可供空氣流通的空間越來(lái)越小，散熱方式需要進(jìn)一步改進(jìn)才能滿足芯片在低溫環(huán)境中平穩(wěn)運(yùn)行。
▲iPhone 6s 石墨散熱膜以及金屬導(dǎo)熱背板
蘋(píng)果在采用了金屬外殼的 iPhone 中使用了一種金屬背板散熱的技術(shù)，它在使用石墨散熱膜的基礎(chǔ)上，在金屬外殼的內(nèi)部也設(shè)計(jì)了一層金屬導(dǎo)熱板，它可以將石墨導(dǎo)出的熱量直接通過(guò)這層金屬導(dǎo)熱板傳遞至金屬機(jī)身的各個(gè)角落，這樣一來(lái)密閉空間中的熱量便能迅速擴(kuò)散并消失，握持時(shí)人也不會(huì)感受到太多的熱量存在。
導(dǎo)熱凝膠散熱
代表作：榮耀 6
散熱效率：★★★☆
人們都知道，在電腦的處理器和散熱器中間會(huì)涂有一層硅脂，其作用是讓處理器散發(fā)的熱量能夠更快的傳遞到散熱器上從而散發(fā)出去。
同理，這樣的技術(shù)也可應(yīng)用在手機(jī)處理器當(dāng)中，榮耀 6 的處理器上方便采用了類似于硅脂的導(dǎo)熱凝膠散熱劑，這樣做比只貼有石墨散熱膜的效果更好，熱傳導(dǎo)會(huì)更加迅速。
冰巢散熱
代表作：OPPO R5
散熱效率：★★★★
冰巢散熱技術(shù)是今年 OPPO 發(fā)布新款超薄手機(jī) R5 時(shí)連帶發(fā)布的散熱新技術(shù)。其散熱原理同樣借鑒了電腦中常用的導(dǎo)熱硅脂，填充發(fā)熱點(diǎn)與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)之間的縫隙，以達(dá)到更快散熱的作用，和榮耀 6 采用的導(dǎo)熱凝膠散熱技術(shù)相似。只不過(guò) OPPO 用的散熱材料不是導(dǎo)熱凝膠或硅脂，而是一種類液態(tài)金屬的相變材料。
▲相變材料指的是物理性質(zhì)隨溫度變化而變化，吸收或釋放大量熱量的材料
OPPO 此次使用的類液態(tài)金屬的相變材料就會(huì)在溫度升高時(shí)逐漸由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，同時(shí)吸收大量的熱量。所以它除了傳導(dǎo)熱量之外，也吸收了一部分熱量。
▲冰巢散熱技術(shù)內(nèi)部原理圖
OPPO 在 R5 中將這種相變材料制成片狀填充在了處理器與導(dǎo)熱介質(zhì)之間，由于該種材料本身的吸熱特性與導(dǎo)熱特性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，所以即便是在 4.85mm 厚度的機(jī)身內(nèi)部也能夠滿足處理器部分的熱設(shè)計(jì)功耗。只是這種散熱方法相對(duì)上面三種的成本稍高，因?yàn)橄嘧儾牧吓c金屬屏蔽蓋的結(jié)合并沒(méi)有那么容易。
熱管散熱
代表作：NEC N-06E、Lumia 950、奇酷手機(jī)旗艦版
散熱效率：★★★★★
微軟前些日子發(fā)布新一代 Lumia 950/950XL 這兩款旗艦手機(jī)時(shí)宣稱其采用了 Liquid Cooling“液態(tài)冷卻技術(shù)”，讓廣大網(wǎng)友大吃一驚，讓大家以為它們用上了 DIY 玩家經(jīng)常使用的水冷技術(shù)，但事實(shí)上這個(gè)和水冷并不同，它的散熱方式和筆記本中的熱管水冷近似。
▲奇酷手機(jī)旗艦版中使用的熱管
所謂熱管技術(shù)，就是將一個(gè)充滿液體的導(dǎo)熱銅管頂點(diǎn)覆蓋在手機(jī)處理器上，處理器運(yùn)算產(chǎn)生熱量時(shí)，熱管中的液體就吸收熱量氣化，這些氣體會(huì)通過(guò)熱管到達(dá)手機(jī)頂端的散熱區(qū)域降溫凝結(jié)后再次回到處理器部分，周而復(fù)始從而進(jìn)行有效散熱。
▲首次采用熱管散熱技術(shù)的 NEC 手機(jī)
該技術(shù)其實(shí)并不是首次在手機(jī)中出現(xiàn)，2013 年 5 月，日本智能手機(jī)廠商 NEC 就發(fā)布了世界上第一款采用熱管散熱技術(shù)的手機(jī) NEC N-06E 。NEC 在 N-06E 內(nèi)部封裝了一條充滿純水的熱管，長(zhǎng)約 10 厘米，熱管和處于主板平行位置的石墨散熱片充分結(jié)合，迅速將處理器產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至聚碳酸酯外殼上。
散熱效果和總結(jié)
以上這五種常見(jiàn)的手機(jī)處理器冷卻技術(shù)中，效果優(yōu)秀的當(dāng)屬熱管散熱，其次為采用 OPPO 所采用的相變散熱和榮耀 6 采用的導(dǎo)熱凝膠散熱，而僅僅采用石墨散熱也具有一定效果，但不如綜合使用降溫更快。
當(dāng)然，被動(dòng)散熱只是處理器降溫的方式之一，而若想從根本上解決發(fā)熱量高的問(wèn)題，還是需要從處理器的工藝和架構(gòu)方面去考慮，畢竟硅的發(fā)熱密度是固定的。當(dāng)處理器生產(chǎn)工藝從 20nm 提升到 14nm，就能夠在較小的芯片面積內(nèi)放入同樣多的晶體管，不僅減少了芯片的發(fā)熱，同時(shí)還減少了功耗。
另外，像近年來(lái)多核處理器所采用的 big.LITTLE 大小核調(diào)控方式則可通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行不同程序時(shí)按所需要的性能來(lái)開(kāi)閉高主頻核心，也是主動(dòng)控制功耗和發(fā)熱的方法之一。
總的來(lái)說(shuō)，控制手機(jī)發(fā)熱首先要從處理器設(shè)計(jì)和制造工藝方面進(jìn)行提升，再進(jìn)行底層邏輯優(yōu)化，最后再結(jié)合最優(yōu)化的機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能得到一套較完善的發(fā)熱量低的手機(jī)，不單單是僅僅考慮如何讓散熱最大化就能實(shí)現(xiàn)的?！?/p>
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