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5G手机耗电大 它是怎样帮你偷偷省电的?

日期:2020-03-18 来源:环球网

最近我在做几款新手机的续航测试,发现这些手机虽然都是5G高性能手机,但它们的续航却能跟过去的4G手机几乎保持同一水准。

按道理说,手机在加入5G模块后,天线增多、吞吐能力更强,所消耗的电量理应比4G手机更大,但为何像Galaxy S20这种电池只有4000mAh 的小身板5G手机,也能有4-5小时的(重度)亮屏时长?

 

 

如果我们再往前看,还能发现一个有趣的现象,过去几年里,旗舰手机的电池容量普遍都是在3500-4500mAh 这个标准范围内。

而且即便手机性能在一直升级,手机每次的亮屏时长也依然还是在5-6个小时,如果电池更大那甚至还能达到7小时左右。

实际上,随着手机所承载的功能越来越多,在目前电池技术没有取得突破性进步的条件下,电池内的每1% 电量,对于手机来说都是弥足珍贵的。

除非像Galaxy S20 Ultra用更大的机身容纳5000mAh的电池,但这样便损失了手机的便携性,也同时增加了手机重量。

 

 

华为 Mate 20 X(5G)拥有大机身,能容纳更大的电池和方便散热

既然不能改变电池技术,那就改变耗电技术。手机厂商在大力升级硬件的同时,其实也不忘考虑到手机续航,他们通过积少成多的方式,给手机运行腾出更多电量。

我在之前一篇关于高刷新率屏幕的文章中,提到了iPad Pro采用的是一块120Hz屏幕,这块屏幕表现细腻、顺滑,但同时也比普通60Hz 屏要增加消耗更多的电量。

而为了能延长iPad的续航时间,苹果其实并没有让这块屏幕以120Hz全局运行,而是通过Promotion这项技术让系统根据内容自动调节屏幕刷新率,进而控制屏幕的对电池消耗。

 

 

比如说,120Hz是屏幕刷新率的最高值,当使用Apple Pencil书写、游戏这种需要高精度的操作时,系统会自动启用高刷新率;但如果像播放30/60Hz 视频这种本身不需要120Hz的内容,系统就会自动切换到内容的最高速率。

至于像在电子书或者静态图片这种并不需要太高刷新率的场景,系统也会将刷新率降到最低,控制屏幕在静态显示下的电池消耗。

随着高刷新率屏在手机上出现,一些手机厂商也在手机系统内提供了类似于Promotion的“智能调配”刷新率的机制供用户使用,相比固定全局120Hz运行,这种智能调配机制能给手机省下约5%的电量。

 

 

ColorOS系统设置页

当然,虽然有些手机没有单独提供智能切换选项,但他们也会根据场景来自动调节刷新率。比如一加、黑鲨手机,尽管只提供60/90Hz的选项,但在90Hz下也会动态调节刷新率,工作原理其实也和Promotion相似。

 

 

一加手机氢OS系统设置页

近些年手机屏幕从LCD大量变为OLED,这一方面是因为OLED更容易被厂商“捏造”出不同形态,另一方面是OLED相对要比LCD省电一些,但实际上OLED在硬件层面上给手机带来的节能还是比较有限,所以厂商也在利用OLED的一些特性来减少屏幕的消耗。

 

 

这里比较知名的莫过于如今各大厂商标配的“夜间模式」,这个能让OLED屏幕大量减少发光像素点的功能,无疑能让手机屏幕的消耗降到最低。

在前几天一篇关于黑暗模式的文章中,我们曾探讨过无论是Google还是苹果,这些厂商都在利用OLED屏幕来延长手机续航,而在PhoneBuff的测试里,夜间模式甚至能给iPhone XS多出30%的电量,这对于续航本身就一般的iPhone XS来说,可以说是非常明显的续航提升了。

除了从屏幕这个“耗电大户”入手以外,手机的其他关键零件也在给续航时间腾出更多电量。

想必大家都有留意到,每逢像SoC、新手机这些产品发布时,厂商除了展示出新品在性能上比旧品强多少以外,也不忘花时间去介绍“功耗降低 XX%”这个关键信息。

 

 

图片来自:Android Authority

这对手机续航有什么帮助?

实际上随着SoC的CPU架构、制程工艺、调度设计的变化,当前SoC的功耗已经比过去递减下降,而性能效率也随新处理器的加入和工艺递增上升。

用简单的语言来说,现在花同样的力气,办的事比以前更多了。

在Anandtech对骁龙865几款一线处理器的对比测试中,我们能看到骁龙865的能量消耗在和骁龙855是非常接近,但前者比后者的性能却有20%的提升,这侧面证明高通介绍骁龙865时对比骁龙855有能效提升的说法。

 

 

图片来自:Anandtech

但Anandtech第一次所测试的只是骁龙865工程机的数据,而不能代表量产骁龙865表现,更具参考意义的是之后对Galaxy S20 Ultra的测试。

在这次测试中,这枚骁龙865的功耗不但比骁龙855低,甚至还比之前在工程机上的测试成绩更低,这要归功于高通和三星对量产版SoC的能效优化。

当然,台积电的7nm、A77这些技术也应享有给手机省电的功劳。

 

 

工程机测试成绩(左)/S20 Ultra 测试成绩(右). 图片来自:Anandtech

不过需要备注的是,Anandtech的这个排名只是基于测试得出的“平均功耗”参考数据,要得出SoC的总功耗还应该结合使用时间和其他综合因素。

但能看到骁龙865的功耗比过去更低,其实我们也能了解到新处理器在“节能”这方面有着更出色的表现。

 

 

麒麟990的多核NPU组合

而对于近年厂商加入的AI系统,手机厂商则是用“专核专功”的方式去减轻CPU的负担,比如说麒麟990里面的NPU就是用类似于big.LITTLE的“大核+微核”去节省AI所需用电。

像人脸解锁这些小任务用的是微核,而像拍照渲染则是用大核工作。

 

 

华为AI相机渲染

然而,通过SoC节省出来的去补充5G所消耗的电量也只是杯水车薪,手机厂商还需要从其他方面“挤”出宝贵的电量。

同样是花小力气办大事的还有LPDDR 5和UFS 3.1两个新标准,表面上看,两个新标准只是循例提升了内存和存储芯片的带宽和速率。

可实际上,这两个新标准都分别增加了节能方面的特性。

 

 

有人说LPDDR5和UFS 3.1都是为AI和5G准备的东西,我认为这其实是一句双关语,两个标准除了在速度上满足AI和5G需求外,它们也在提升性能的同时也节省了更多电量。

按照三星在公布LPDDR5时的实验室数据,LPDDR5内存在功耗上要比LPDDR4X节省20%。虽然这20%几乎可以被忽略不计,但我们并不能将它切开来看,需要和其他环节综合起来。

 

 

图片来自:中国三星

能让LPDDR5更省电的原因主要是这次新增的Data-Copy(将单个针脚数据复制到其他针脚)和Write-X(减少数据在SoC与内存之间传输时的耗电)两项减少数据来回传输耗能的技术。

用小学都能理解的话来说,就是“数据少来回跑,少折腾,少消耗。”

但是,内存所省下来的电量并不会完全转化到手机里,而是像SoC以同样的力气做更多的事。所以三星的LPDDR5内存的工作电压依然还是保持和LPDDR4X一致的1.1V(Vddq/Vdd2),运行功耗没有变化,但它的传输速度却比LPDDR4X快1.3倍,而且容量也增大了。

 

 

图片来自:PC-Tablet

尽管UFS 3.1在性能上和加了TurboWrite的UFS 3.0不相伯仲,但新增加的Deep Sleep成了这个0.1的升级被5G 手机选择的理由之一。

之所以叫做Deep Sleep,是因为这个功能只会在手机闲置状态下才会触发,芯片会根据当前环境进入低功耗模式,继而节省像用户晚上睡觉时手机所消耗的待机电量。

不过Deep Sleep注定是一项用户感知不强的节能技术,毕竟在每次睡醒启用手机时你也不会关注到手机节省下来那2-3% 的电量。

 

 

图片来自:AndroidCentral

除了在硬件方面下手以外,Google也曾经在Android P系统中尝试加入Deepmind的AI优化系统,通过软件层面上的机器学习能力和Adaptive Battery调配软件资源,延长电池续航时间。

而苹果则是通过调频、关闭部分后台功能的低电量模式来延长手机续航时间,虽然牺牲了一些诸如“嘿,Siri”等苹果特色功能,但换来更长的续航时间,能给人带来和世界不失联的安全感。

更有一种方法则是直接让系统根据场景自动调节网络策略,ColorOS的做法是在系统中加入Smart 5G依据手机温度、电量、当前网络环境自动切换WiFi、4G/5G网络,它的原理有点像屏幕刷新率自切换,按照ColorOS方面的说法,这项技术能给手机提升30%的续航时间。

 

 

所以即便5G手机的消耗比4G手机大,随着更先进的硬件和软件优化技术出现,5G手机的续航问题已经从这些细节中被逐步解决。

其实自5G手机在国内开始普及起,我至今一直认为,手机性能、功能和续航都应该是以三驾马车同步并进,手机硬件、软件除了朝向更快、更多功能两方面发展,同时也要在电池容量的限制条件下,用更多节省耗能的方式,支持手机在未来的5G 环境中实现更多新功能。

当然,今天的5G手机和我们见面还不到一年,许多节能优化的方法还有待我们继续摸索,比如改变5G基带的装配方式、减少多天线工作的消耗、使用更省电的屏幕……

不过说到底,我还是希望在不久的将来有更好的电池技术出现,毕竟续航的根本,还是在于电池的性能上。

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