聊聊散熱那點事 盤點手機CPU冷卻技術(shù)
2015-10-12 14:17:35 pcpop近年來，隨著智能手機處理器主頻的不斷提高和核心數(shù)量的增加，手機在運行高運算量的軟件/游戲時產(chǎn)生的熱量也不斷增加，如果不能通過良好的途徑處理這些熱量，一來有可能對硬件造成損傷，二來也容易對使用者造成不適甚至傷害。幸運的是，處理器的生產(chǎn)廠商從設(shè)計時便考慮了散熱的問題，今天就讓我們來看一看不同的手機廠商都采用了哪些針對處理器的冷卻技術(shù)。
石墨散熱
代表作：小米手機
石墨是一種良好的導(dǎo)熱材料，導(dǎo)熱性超過鋼、鐵、鉛等多種金屬材料。小米在發(fā)布小米手機第一代時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，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/平板當(dāng)中作為散熱的基礎(chǔ)配置。
該散熱方式的散熱原理實際上是利用了石墨具有獨特的晶粒取向，它沿兩個方向均勻?qū)幔瑫r延展性又強，可以貼附在手機內(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位置進行熱量擴散，從而間接起到了散熱作 用。
金屬背板散熱
代表作：蘋果 iPhone
早先的塑料材質(zhì)智能手機受限于芯片和 PCB 的工藝，手機殼內(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。而隨著機身變得更加輕薄以及金屬框架的加入，手機內(nèi)的可供空氣流 通的空間越來越小，散熱方式需要進一步改進才能滿足芯片在低溫環(huán)境中平穩(wěn)運行。
蘋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)出的熱量直接通過這層金屬導(dǎo)熱板 傳遞至金屬機身的各個角落，這樣一來密閉空間中的熱量便能迅速擴散并消失，握持時人也不會感受到太多的熱量存在。
導(dǎo)熱凝膠散熱
代表作：榮耀 6
人們都知道，在電腦的處理器和散熱器中間會涂有一層硅脂，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)會更加迅速。
冰巢散熱
代表作：OPPO R5
冰巢散熱技術(shù)是今年 OPPO 發(fā)布新款超薄手機 R5 時連帶發(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)熱點與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)之間的縫隙，以達到更快散熱的作用，和榮耀 6 采用的導(dǎo)熱凝膠散熱技術(shù)相似。只不過 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在溫度升高時逐漸由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，同時吸收大量的熱量。所以它除了傳導(dǎo)熱量之外，也吸收了一部分熱量。
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)熱特性要遠遠高于空氣，所以即便是在 4.85mm 厚度的機身內(nèi)部也能夠滿足處理器部分的熱設(shè)計功耗。只是這種散熱方法相對上面三種的成本稍高，因為相變材料與金屬屏蔽蓋的結(jié)合并沒有那么容易。
熱管散熱
代表作：NEC N-06E、Lumia 950、奇酷手機旗艦版
微軟前些日子發(fā)布新一代 Lumia 950/950XL 這兩款旗艦手機時宣稱其采用了 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)，但事實上這個和水冷并不同，它的散熱方式和筆記本中的熱管水冷近似。
所謂熱管技術(shù)，就是將一個充滿液體的導(dǎo)熱銅管頂點覆蓋在手機處理器上，處理器運算產(chǎn)生熱量時，熱管中的液體就吸收熱量氣化，這些氣體會通過熱管到達手機頂端的散熱區(qū)域降溫凝結(jié)后再次回到處理器部分，周而復(fù)始從而進行有效散熱。
首次采用熱管散熱技術(shù)的 NEC 手機
該技術(shù)其實并不是首次在手機中出現(xiàn)，2013 年 5 月，日本智能手機廠商 NEC 就發(fā)布了世界上第一款采用熱管散熱技術(shù)的手機 NEC N-06E 。NEC 在 N-06E 內(nèi)部封裝了一條充滿純水的熱管，長約 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)
以上這五種常見的手機處理器冷卻技術(shù)中，效果最好的當(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，同時還減少了功耗。
另外，像近年來多核處理器所采用的 big.LITTLE 大小核調(diào)控方式則可通過系統(tǒng)運行不同程序時按所需要的性能來開閉高主頻核心，也是主動控制功耗和發(fā)熱的方法之一。
總的來說，控制手機發(fā)熱首先要從處理器設(shè)計和制造工藝方面進行提升，再進行底層邏輯優(yōu)化，最后再結(jié)合最優(yōu)化的機身結(jié)構(gòu)設(shè)計才能得到一套較完善的發(fā)熱量低的手機，不單單是僅僅考慮如何讓散熱最大化就能實現(xiàn)的。
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