指尖上的节能技术战

技术密码

无论是三星Galaxy Note2,还是苹果iPhone5,性能比拼之后,人们开始关注它们的实际续航表现,以期待在商务和娱乐应用中更持久。因为一旦电量耗尽,用户只能守着一块华丽的砖头而束手无策,虽然移动电源能充当救主英雄的角色,但终究是外挂。让我们有些惊喜的是,在下半年上市的新品中,以技术为主导的节电措施成为流行,无论对硬件还是软件的改造,都非常成功,暂时缓解了电不够用的压力。

追逐低耗高能的核心

屏幕是耗电大户,根据统计,它占手机和平板电脑正常使用耗电量的65%。随着屏幕尺寸越来越大,精度越来越高,这个数字还会继续攀升。

为了从根本上解决问题,不同厂商选择从不同的方面攻坚。索尼就在LT22i中尝试采用WhiteMagic面板,改变子像素的排列。具体来说,普通的LCD都是采用RGB三原色像素排列方式,而WhiteMagic技术在此基础上创造性地加入了一个未配备彩色滤光片的W,变成了RGBW像素排列方式。大家熟悉的Pentile-RGBW排列有异曲同工的意思,只是1×4的排列顺序,与索尼WhiteMagic技术的2×2不同。因为更多的背光能通过更大及半透的子像素发光,而不是被RGB条纹采用的更小的红、绿、蓝子像素构成的紧密排列的所阻止,透射率及亮度均得到了提升。由于子像素越大,开口率越大,加之利用白色子像素,在功耗没有增加的情况下,实现了白色亮度近两倍的增加。此前魅族就使用过这种屏幕。

三星Galaxy S3的那块Super AMOLED HD屏采用的是Pentile-RGBG排列,通过相邻像素共用子像素的方式,减少子像素个数,从而达到以低分辨率去模拟高分辨率的效果。在显示深色和黑色画面时非常省电,因为暗色不需要发出较亮的光线,黑色则完全不亮。不过缺点也突出,颗粒感比正常排列的屏幕要严重。

虽然白色LED的发光效率有望以年均5%-10%的幅度提高,但随着显示高精度的发展,发光效率提高的部分可能会被抵消掉。业界看好OLED技术的发展,它最大特点是自发光特性,无需背光板即可显示,功耗很低,不过眼下亟待解决蓝色OLED发光效率低的问题。

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32纳米的三星Exynos 4212四核处理器功耗控制比45纳米的Exynos 4210强很多

革命性的电池技术,喊了十多年,只是纸上谈兵,虽然厂商通过增大容量的方法能延长续航时间,像小米2有3000mAh的厚电、OPPO T29做到了3150mAh可更换电池、摩托罗拉Razr maxx电池3300mAh,但带来的麻烦是要投入更多精力在内部电路优化和元件瘦身上,否则机身体积就会变大,影响美观。

其实除了电池,在处理器上还可以大做文章。近期关于“核战”的概念又被反复提出。作为用户,考虑更多的是四核处理器是否比双核性能强。时至今日,集成度还在以摩尔定律的速度增长,但是性能的增长遇到了三个物理规律的限制,其中之一就是功耗。按照单核心的设计思路,在不改变工艺的情况下,要加大运算能力就要提升主频以及电压,而功耗和发热量也会相应增加,而多核是通过调控技术将多个处理器结合在一起,能够以更低的频率运行,因此与单核处理器相比,在处理同样任务量时,多核的电压更低。由于功耗与电压的平方成比例,所以处理器整体功耗可实现大幅下降。

厂商还试图在制程工艺上寻求新突破,这也是处理器发展的最根本动力。更小的制程意味着更低的功耗,而在同样面积的芯片上更小的制程能集成更多的晶体,决定了处理器的性能。以三星为例,Exynos 4212采用的是最新32nm制程,而Exynos 4210是45nm制程,在播放全高清视频,CPU占用率接近100%的情况下,1.5GHz主频的Exynos 4212功耗不足1W,而Exynos 4210主频只有1.2GHz,功耗却达到1.6W。

小米2所采用的高通S4属于异步对称式处理器,是一项新技术,实现了每个单核都有一个独立的电压和时钟,可以根据每个CPU内核的工作类型和强度,单独对其电压和频率进行控制,使两个核心运行在不同的频率上,对于不需使用的内核也可以单独关闭,比同步架构功耗可减少25%-40%。比如说,同一时间内打游戏、挂QQ、下载和收邮件,需要的性能高低不均,所以不需要“四核全开”,第一个核心开足马力,第二个开5%,第三个50%,第四个10%即可,这就能最有效地满足单进程和多进程的游戏和应用,并且降低功耗,自然也就节约用电了。

颠覆传统技术让屏幕节能

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在不增加背光亮度的情况下,WhiteMagic屏幕最大亮度能达到935cd/m2,而普通屏幕只有450cd/m2
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Pentile排列方式降低耗电量

智能化管理也能省电

相对于硬件上的创新,科学地管理用电也能实现功耗的降低,切不可小视。

目前在平板电脑和手机上使用最多的是DVFS动态电压频率调节,它是一种实时的电压和频率调整技术,会根据芯片所运行的应用程序对计算能力的不同需要,动态调节芯片的运行频率和电压,从而达到节能的目的。一些机型还会同时加入Smart PMU技术,对硬件进行实时监控,例如完全关闭暂不工作的闲置模块,将闲置模块的电源切断,最多能降低整机10%-30%功耗。

高通凭借自身作为芯片开发商的背景,在智能化电源管理上更有针对性。BRITE技术解决了背光强度对电池消耗的影响。能根据屏幕上正在显示的内容,在不影响使用的前提下,动态调整背光亮度。它最与众不同的是开放了调控屏幕亮度的API,这样开发者就能够把应用程序与对应的API相连,从而达到对功耗最佳的控制效果。

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国产平板普遍采用DVFS+Smart PMU技术来管理电源,的确有效果

总结

在电池技术很难取得根本性突破的情况下,节电技术将会是未来一段时间影响整个手机和平板电脑行业的最为重要的因素之一。消费者和厂商也很清楚,性能的提升已经没有多大意义,所谓的跑分噱头大于实用,真正影响玩娱体验的还是续航时间。