文档章节

终极指南:2013年手机CPU的现状与未来

人生能绕几个圈
 人生能绕几个圈
发布于 2014/03/15 17:03
字数 2124
阅读 104
收藏 4

不可逾越之墙

什么是技术所无法改变的事物?对于智能手机而言,一是客观存在的物理定律,二是人的生理需求。因为本文的主题是处理器,因此我们把目光集中在处理器系统上。

可 以确定的是,只要技术还没有进步到手机可靠意念操作,那么人体对设备温度的可以接受上限就是确定的;而只要手机还符合物理定律,在一定温度下它所能散发 的热量也是固定的(不考虑主动散热,例如内置风扇),这就勾勒出了一条“生死线”——在舒适的前提下,一个确定尺寸的手机,所采用的硬件功耗,或者说处理 器系统的功耗是有极限的,只要超越这条线,就必须要降低工作频率,否则将会无法阻止温度的上升,性能自然也就无从谈起。因此我们认为,“手机的极限功耗不 应该超过其最大可散热功耗”可以作为衡量产品的准绳。

(Galaxy S4发热量测试,本表格数据来自太平洋电脑网)

   长久以来,业界都习惯于用配置和价格的关系作为评价标准,但是如果联系到配置与性能脱节的现实,这个标准已经濒临失效,因此我们需要提出一个新的评判标准,不妨姑且将其称为“体效值”。

   何谓体效值?我们将体效值定义为设备体积与能耗系数的乘积,它代表了一台手机所可以连续提供的极限性能。将 这个参数与理论最大性能联合评价,能得出以下的结论:如果系统的体效值小于最大性能,那么这套系统就必然是错误的,因为存在着浪费。但是如果体效值大于最 大性能,那么这套系统有可能陷入“性能不够用”的疑问。最佳情况是体效值和最大性能相同,这意味着这套系统所蕴含的性能可以全部发挥,做到了设计可以得到 的极限。你可以把“体效值”简单理解为“每瓦特性能”。

任何一台手机机体,在有限的时间段内带走热量的能力都是有限的

手机绝对性能的测量相对简单,因此体效值中最关键的部分是“体”,即手机体积所能容纳的最大功率。这方面目前没有明确的行业标准,因此我们需要做一些假 设。首先,我们假设在现在以及将来的一段时间内,手机将主要依靠外壳进行被动散热,不会像电脑一样引入风扇等主动散热手段。其次,我们将人体感温度舒适上 限设为40度,而耐受极限设为50度。最后,我们将手机工作时环境温度设为25度,并且假定没有气流存在。

无外界对流时,手机的热量散发主要依靠空气的自然对流与本身的辐射。假定手机的温度为介于舒适上限与耐受极限之间的45度,那么与环境温度的差值即为20 度。相对于手机这个体积的设备而言,四个边侧面的散热贡献可以忽略不计,主要的散热面为前后两个面。计算时假定手机为垂直放置。

下面计算开始,首先计算对流散热量,我们选择iPhone 5作为标准对象。iPhone 5的尺寸为123.8×58.6×7.6毫米,因此正面的面积为0.0073平方米。垂直放置的情况下,iPhone 5一个正面的传热系数为4.65W/(m2?℃),也就是说这样一个表面可以靠对流散发的热量是0.68W,由于有两个表面,因此靠机身自然对流可以散发 的热量为1.36W。考虑到还有侧边的存在,我们可以认为这个功率是1.5W。

   接下来计算辐射热量。由于iPhone 5的材质是铝合金和玻璃,氧化铝合金的辐射率大约在0.3左右,而玻璃的辐射率大约是0.85,因此整体辐射率取0.6,那么在外壳温度整体为45度的时候,靠辐射可以散发的热量经过计算大约是1.16W。

   也就是说,一台通体45度,垂直置于静态25度的环境中的iPhone 5,可以散发的热量极限是2.66W。

   实 际环境中,考虑到用户体验,手机不会也不可能做到整机均匀发热,这无疑会降 低手机的散热能力,但由于人体与手机的接触也可以带走一定的热量,因此两者互有增减,相信整体的散热功率不会与计算数值差距过大。因此,大约2.66W就 是iPhone 5所能承受的最大整机功率(这里直接使用了整机功率,这是因为目前电子产品除了天线部分以外,消耗的电能绝大部分都转化成了热量,耗电量和发发热量基本相 等)。

曾经广为流传的两个手机CPU温度测试视频:

http://player.youku.com/player.php/sid/XNDg3MjE3MDcy/v.swf

http://player.youku.com/player.php/sid/XNDg3MjE2NzQ4/v.swf

  再来看看Galaxy S4。由于计算的方式是相同的,因此过程就不给出了,唯一的不同是,作为塑料外壳的Galaxy S4,在热辐射效率上要远高于铝合金的iPhone 5,具体来说在0.9左右(看来塑料机还是有一些好处的)。结果直接给出,Galaxy S4在同等条件下的散热量为4.15W。

   Galaxy S4旗舰安卓手机的代表,因此更大尺寸的机器我们就不计算了。结果显而易见,对于iPhone 5这种尺寸的手机而言,系统的极限功率是2.66W,而Galaxy S4尺寸的产品则为4.15W。体积处于两者之间的产品,散热能力则介于它们之间。至此,体效积中的体就已经有了结论。因为这个参数是不会因为技术提升而 改变的,所以它可以作为我们判定未来新技术与新可能的良好标准。也就是说,对于一台5寸手机而言,我们可以得到的最大性能就是4.15W×每瓦特性能,不论这台手机的理论性能有多么强大。换句话说,只要一台5寸手机的整机最大功耗超过了4.15W,那么我们就一定可以判定:它的性能无法发挥。

进一步的,对于一台手机而言,屏幕所占据的功耗大约从4寸的1.2W到5寸的1.8W不等,因此我们可以得出,极限散热功耗中,留给CPU、GPU、内存 等计算系统的功耗上限,对于iPhone 5尺寸的手机而言是1.5W左右,对于Galaxy S4尺寸的手机而言是2.5W左右。

需要说明的是,在计算散热量时,我们所关注的对象是手机外表面,至于内部是如何传热的,对结果不会有影响。可能你会存在疑问,某手机内含热管,某手机拥有 石墨散热膜,散热要好得多——这是错误的,辅助散热措施只是增加了手机内部的热传导效率,最终效果是提高手机整体的温度均匀性,而我们在计算的时候已经假 定了这个数值是100%,也就是内部热传递设计为完美状态的极限结果。

   至此,我们可以对智能手机“核战争”带来的问题给出一个精确的描述:由于近年来手机配置的疯狂提升,导致手机的最大性能已经超越了体效值。这个前提下,任何理论性能的提升都是纸面的,功耗已经成为了一堵不可逾越的墙。在可以预见的未来,如果我们希望继续提升手机的性能,那就只能在能耗系数上下功夫。

本文转载自:http://h2w.iask.cn/gate.php?url=http%3A%2F%2Fwww.codeceo.com%2F2013-phone-cpu.html

人生能绕几个圈
粉丝 45
博文 152
码字总数 6347
作品 0
昆明
程序员
私信 提问
调研显示个人信息泄露近八成源自内部作案

人物档案 高炽扬,工业和信息化部计算机与微电子发展研究中心副主任。 对话背景 4月12日,工业和信息化部宣布《信息安全技术:公共及商用服务信息系统个人信息保护指南》(下称“《指南》”)...

红薯
2012/04/19
990
7
2017 中国旅游极客开发大赛

人们对预言家总会有敬畏和追捧的心态。 为什么?因为预言家是站在未来的角色,其起点与维度,与没有预言能力的普通人,已然不同。会敬畏,是因为这个预言也许是坏的可能性;会追捧,是因为预...

Eddie_yang
2017/09/04
35
0
2017 中国旅游极客开发大赛

人们对预言家总会有敬畏和追捧的心态。 为什么?因为预言家是站在未来的角色,其起点与维度,与没有预言能力的普通人,已然不同。会敬畏,是因为这个预言也许是坏的可能性;会追捧,是因为预...

Eddie_yang
2017/09/04
68
0
剧透 | 未来人机交互方式原来是这样的...

随着语音交互、自然语言处理、多模态等技术的发展,人机交互方式已经变得越来越简单,目前人机交互也已经成为当下最热的研究方向之一。但是平心而论,作为人工智能领域的核心技术,现有的交互...

仁太
2018/03/06
0
0
苹果又日常被曝做AR眼镜,可消费级市场真的准备好了吗?

要说科技界有什么产品最吊人胃口,我一定会坚定的投AR眼镜一票。在科幻电影和小说的各种渲染下,这一产品还没问世就已经拥有了完善的原型图,甚至经常被看做会替代手机的头号选手。可惜这么多...

脑极体
2018/05/02
0
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

秒杀系统思路

业务分析 技术挑战 请求响应要快:无论成功失败,需要尽快返回给用户 架构设计   前端:静态化   站点层:限制请求数   服务层:乐观锁写缓存   数据库CAP:读写高可用,一致性,扩容...

雷开你的门
10分钟前
7
0
最全的教育行业大数据解决方案,个个针对痛点

大数据的悄然兴起也带动了教育行业的革新,移动教育、云课堂等的出现,使得教育行业再次成为了可以中长期保持高景气的行业。然而,初涉数据领域的教育行业同时也面临着相当大的难题,还需要更...

朕想上头条
14分钟前
5
0
预约模块设计分析

1.预约功能描述: 预约是小程序中常见的一种商品管理系统,商家可根据商品或服务的特性,灵活设置预约细节,为用户提供线上预约服务,如场地预约,商品预定等,实现高效经营。 预约场景: ...

鱼煎
18分钟前
4
0
阿里云日志服务构建网站实时分析大盘实战

场景分析 挖掘数据价值是当前企业级网站共同面临的问题。买买网是一个电商平台网站,每天拥有大量的用户访问和购买记录。为了引导用户直接消费,提升购买率和转化率,不同的用户类别需要推荐...

阿里云官方博客
19分钟前
2
0
TL665xF-EasyEVM开发板硬件处理器、NAND FLASH、RAM

广州创龙结合TI KeyStone系列多核架构TMS320C665x及Xilinx Artix-7系列FPGA设计的TL665xF-EasyEVM开发板是一款DSP+FPGA高速大数据采集处理平台,其底板采用沉金无铅工艺的6层板设计,适用于高...

Tronlong创龙
22分钟前
8
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

返回顶部
顶部