手機發(fā)熱就像全球變暖 沒有廠商有辦法

電子產品提供的，是物質能量到神經愉悅的轉換。從產品設計的角度看，加快手機散熱，就是在加快手機發(fā)熱。“未來有50%的能源將消耗在芯片上”，給手機降溫的根本技術，是減少發(fā)熱的技術。

三伏天，各大電商平臺和測評網站上，一個小物件的出現次數越來越多了——手機散熱背夾。散熱背夾貼在手機背面，是手機的外掛風扇和空調，用來給手機降溫。散熱背夾走俏，把手機越來越燙手的事實擺上了臺面，在手機算力近乎無所不能的當下，散熱問題跟芯片一樣，已經成了行業(yè)面對的瓶頸之一。

手機配置提升，大幅增加發(fā)熱

理論上，手機配置越高、性能越強，散熱也會更好。事實上，手機正在變得越來越熱，這跟手機配置提升有直接關系。

理想狀態(tài)下，雖然手機芯片制程工藝越先進，晶體管密度越大，可以帶來更高的性能和更低的功耗，對溫度的控制也會更好。然而在實際應用當中，性能更強的手機會處理更復雜的任務，應對更高的需求。

典型場景就是玩游戲、看視頻。這幾年手游的超清、90Hz高幀率模式普及到更多手機上，視頻網站也陸續(xù)推出了諸如4K、HDR等清晰度的視頻。手機在處理這些任務時，功耗相應變高，過程中增加的發(fā)熱往往超過了芯片層面帶來的改善。

蘋果5nm的A14仿生芯片內置了118億個晶體管，數量相較7nm芯片增加了近40%。但iPhone由來已久的玩游戲屏幕變暗、降頻等問題在iPhone12上仍然會出現，原因就是游戲模式下手機溫度過高。而晶體管來到百億級的驍龍888也沒有“讓人失望”，順利地從驍龍810手里接過了“火龍”的稱號。

芯片之外，5G手機整體提升的配置也在工作中增加發(fā)熱。更高分辨率和高刷新率的屏幕，會帶來更高耗電量。在一項測試中，某品牌手機在120Hz刷新率模式下，續(xù)航時間較60Hz模式下降了20%—25%。而更大更快的電池及充電等模組，也增加了發(fā)熱風險。

另外，5G本身就意味著更高的傳輸損耗，5G全網的耗能是4G的2.4-2.8倍，它也給手機天線數量、射頻前端模塊提出了更高的功耗要求。同時，當下偏弱的5G網絡，也使手機一直處于搜索信號的狀態(tài)，造成更大的功耗和發(fā)熱。

手機越來越熱不可避免，怎么給手機散熱也是業(yè)內的重要技術方向。

廠商用這3種方法給手機散熱

受限于手機尺寸，手機很難像電腦一樣內置風扇散熱。雖然有的游戲手機內置了散熱風扇，但那屬于專有設備的“賽博朋克”式嘗試。事實上，這些年手機散熱技術不僅發(fā)展緩慢，甚至在追求輕薄的當下，常常被當作犧牲點。

說起來，給手機散熱的過程十分簡單，就是把手機內部的熱量導出到手機外部。同一環(huán)境溫度下，手機背蓋跟空氣之間的熱傳導效率基本恒定，所以散熱工作主要在手機內部，把內部元器件尤其是Soc產生的熱量，快速導向手機殼。

從iPhone4誕生至今，手機散熱技術大致經過了3次迭代。初代的智能手機使用石墨片散熱，在核心位置和手機背蓋貼上石墨片，或者覆蓋石墨散熱膜，熱量經石墨傳導。4G手機普及后，三星在Galaxy S7采用超薄熱管技術，開啟了熱管散熱潮流。熱管散熱就是我們通常說的液冷，液體在熱管或者散熱板中流動，在汽化和液化的循環(huán)中，把手機關鍵部位的熱量吸收帶走。但液冷系統(tǒng)中，液體在熱管中的流動是單向的，于是進化版的VC散熱伴隨5G手機到來。VC散熱板布滿了毛細管道，可以理解為把熱管散熱的“管”加大密度，鋪成了一個“面”。

今天的各大旗艦幾乎都把VC散熱當作賣點，究竟VC散熱效果如何，看看用戶在網上的反饋就知道了。事實上，3代手機散熱技術并沒有本質的不同，都是利用了導熱性更好的散熱材料，以及液體的多態(tài)變化。然而材料的導熱效率和液體的比熱容存在物理極限，這意味著，除了尋找更好的導熱材料，沒有其它方法。

目前比較好的替代材料是石墨烯，但導熱性良好的石墨烯的量產技術還沒有完全成熟，但在這之前，手機內部的熱浪已經在翻涌了。不無夸張的說，散熱已經是手機最大的短板。

“散熱可能是電子技術最核心的競爭力”

在我們生活的世界，任何物體都有電阻，有電阻就意味著發(fā)熱，這是電子技術注定要長期面對的難題。華為任正非曾把散熱技術跟算法一道并列為華為的競爭瓶頸。在2016年的一次演講中，任正非提到，“大數據里最大的困難就是發(fā)熱，硬件工程、電子工藝最大的問題就是散熱。”他援引專家的觀點表示，“散熱和發(fā)熱機理可能是電子技術最核心的競爭力，是同樣重大的科研科技?！?/p>

任正非表達的其中一個意思是，當技術工程面向物理極限，探索的方向是：如何在單位能量的消耗中產生最大的算力，同時又有最小的熱量輻射?！拔磥碛?0%的能源將消耗在芯片上”，給手機降溫的根本技術，是減少發(fā)熱的技術。

產品經理們常說自己是站在上帝身邊的人，替上帝繼續(xù)造物。電子產品提供的，是物質能量到神經愉悅的轉換。從產品設計的角度看，加快手機散熱，就是在加快手機發(fā)熱。iPhone的解決方案是，通過設計上的哲學應對物理化學的極限。

通過對芯片、系統(tǒng)、軟件的控制，iPhone消耗同樣的電量，追求盡可能大的算力和盡可能好的體驗，把單位物質能量，盡可能轉化成神經愉悅。這在測試中得到了驗證，國外SoC測試機構A站測試了主流的Soc，結果顯示，A14的能耗比遠遠領先其它Soc。同時，iPhone內部不設置散熱結構，給內部工程足夠的空間，以換算成美學上的觀感。

不過，在實際使用當中，面對突然的性能燃燒，iPhone毫無辦法，這時候安卓機VC散熱更加實用，而最簡單粗暴的，就是外掛散熱背夾，給手機加個空調。這也更加表明，散熱作為一種核心競爭力，未來需要來自技術底層的突破。

手機散熱是一門大生意

手機出貨量大增作為背景，面對手機內部的滾滾熱浪，技術突破到來之前，生意已經先一步到來。

今天手機主要采用均熱板+石墨/石墨烯組合散熱方案，其中石墨散熱的方案將繼續(xù)以輔助形式存在。華泰證券的報告中提到，預計2021-2022年，全球手機石墨散熱膜的市場規(guī)模為55.74、60.71 億元；全球5G手機均熱板散熱的市場規(guī)模將快速增長至28.03、43.32 億元；全球5G手機石墨烯導熱膜的市場規(guī)模為1.23、1.73 億元。

結束語

未來手機降溫的方向是石墨烯等新材料在手機當中的應用，尤其是新材料電池工藝的突破。

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