标题:
智能手机省电秘诀：看如何从设计源头来降低功耗
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作者:
forsuccess
时间:
2013-3-22 00:23
标题:
智能手机省电秘诀：看如何从设计源头来降低功耗
[导读]
越来越多的用户对智能手机的“电池耐用性”感到不满。虽然智能手机还有望进一步高性能化，但电池容量的增大却无法抱有太大的期待。不放过任何可能性，彻底减少耗电量的挑战已经开始。
关键词：
电池
显示屏
CPU
智能手机
越来越多的用户对智能手机的“电池耐用性”感到不满。虽然智能手机还有望进一步高性能化，但电池容量的增大却无法抱有太大的期待。不放过任何可能性，彻底减少耗电量的挑战已经开始。
你的智能手机电池能用一天吗？
智能手机已经完全成为了手机的主角。在智能手机顺利普及的同时，用户对一个问题的不满也爆发了。这就是电池的电量减少得太快了，也就是常说的“电池耐用性”非常差。智能手机用户对电池耐用性非常不满。
手机厂商也开始有了危机感。某手机厂商的技术人员表示，“我们最初只是着眼于推出智能手机产品，而近一年来则是将提高电池耐用性放在了优先位置”。手机厂商正在部件厂商的协助下，采取措施兼顾手机的高性能化和低功耗化。
而且，还有更大的障碍在等待着手机厂商和部件厂商。这就是估计今后智能手机的性能提高幅度将超过电池容量的增幅（图1），因而迫切需要进一步推进低功耗措施。
图1：电池容量与性能之间的鸿沟逐渐扩大
智能手机运行的处理今后将更加复杂，而充电电池的容量却无望增加。必须通过减少浪费耗电、提高处理的电力效率等措施，来降低性能提高所带来的耗电量。智能手机的耗电量显著增加
智能手机的电池耐久性之所以成为一个问题是因为与传统手机相比，前者的耗电量显著增加。智能手机用户大多采用4英寸以上的大尺寸显示屏，以便浏览数据量较多、用于个人电脑的Web网站。而且，随着智能手机的各项功能越来越便利，用户操作的时间也越来越长。
传统手机的充电电池容量在800mAh左右，由于显示屏的大屏幕化，智能手机的电池容量已经增至1500mAh左右。尽管如此，用户仍感觉“电池不经用”。即使将现有的电池容量增加近两倍，也无法满足普通智能手机用户一天消耗的电量（图2）。
图2：智能手机的耗电量逐渐增加
图中是澳大利亚研究机构NICTA的研发小组得出的智能手机耗电量分析结果。针对谷歌的“Nexus One”，在自主设定的多种状态下测量了平均耗电量。
重视这个问题的手机厂商，开始力推延长智能手机电池耐久性的“节电”功能。比如，NEC卡西欧移动通信公司、夏普和松下移动通信公司都各自在智能手机中配备了被分别叫做“环保模式”、“环保技巧”以及“环保导航”的节电模式。
这些节电功能可以让用户简单地进行旨在降低耗电量的设定，比如关闭无线LAN和蓝牙等通信功能，或降低显示屏亮度等。还配备了根据时间和电池剩余电量自动改变设定的功能。
夏普的智能手机还配备了可减少屏幕在关闭状态时所消耗电量的“节能待机”功能（图3）。夏普通信系统业务本部全球营销中心主任兼产品策划部长河内严表示，“在24个小时中，屏幕处于关闭状态的时间大概有20个小时左右。减少该状态下的后台（Background）处理动作，也不会影响手机的易用性”。所以，手机会在屏幕关闭时自动停止运行部分后台处理。
图3：手机厂商配备可减少无用耗电的应用
夏普在2012年2月上市的“AQUOS PHONE 104SH”等机型中配备了“环保技巧设定”应用，可轻松进行节电设定（a）。为了减少屏幕关闭时的耗电量，还配备了可自动停止部分后台处理和通信的“节能待机”功能（b）。致力于部件的节能
手机厂商一直致力于在不让用户察觉到的前期下，减少各个部件的耗电量。NEC卡西欧移动通信公司商品开发本部第一硬件设计部高级专家并木秀夫表示，在应用处理领域，“我们一直致力于如何才能更好地利用处理器和存储器的节电机构”。包括根据处理负荷改变CPU内核的电源电压和工作频率的机构，以及根据不同范围停止向存储器供电的机构等。各大公司都在绞尽脑汁地对这些机构进行调整，以便明确何种状态下应该如何进行使用。
显示屏中引进了可动态下调背照灯亮度的技术。比如，夏普可以对影像信号进行分析，掌握画面的亮度和对比度趋势，从而调整各个像素的亮度成分，同时降低背照灯的亮度
对性能的要求没有止境
此前一直致力于低功耗化的手机厂商和部件厂商，今后必须具备更为出色的低功耗化技术。原因就是开篇提到的，因为手机性能的提高幅度很可能会大于电池容量的增幅。
智能手机中使用的锂离子充电电池的单位体积能量密度，在10年后的2022年估计也仅会提高到现有的1.3倍左右。而对性能的提高要求则永无止境。在新一代智能手机中，估计应用处理将增加CPU和GPU内核的数量、提高工作频率，显示方面将支持显示屏的大屏幕化和高精细化，通信方面将支持LTE（Long Term Evolution）等新型无线通信方式（图4）。
图4：运算、显示和通信都会不断发展
图中是高端智能手机引进新功能的目标时间。CPU和GPU等运算部分、显示屏的像素和尺寸等显示部分，以及移动通信和无线LAN等通信部分，估计今后都会引进更为出色的高功能技术。
是放弃提高性能？还是忍受配备又大又重电池的厚重手机？如果仅仅依靠此前开发的低功耗化技术，那么迟早有一天会不得不面临这个选择。实际上手机业界已经得出了一个测量结果：支持LTE的智能手机在LTE通信时的电池耐久性低于3G通信时（图5）。
图5：利用LTE后电池耐久性恶化
图中是美国2011年下半年以后上市的主要4G（LTE或移动WiMAX）机型以及“iPhone 4S”，在浏览Web时的连续使用时间。摘自美国在线媒体“AnandTech”（
http://www.anandtech.com/
）实施的基准测试所获得的数据。细小浪费都不放过
手机厂商和部件厂商开始意识到电池耐久性会在将来成为一个大问题，从企业采取的各项措施中可以看出的趋势是，业界正在从各个角度彻底削减电力的浪费。这种削减电力的出发点本身并不是什么新颖的东西。不过，与此前截然不同的是细微之处也不放过。
比如，将某个部件引进的低功耗化技术扩展至智能手机内的其他部件，或者将控制电力的部件和时间单位进行更为细致地划分。单看每项低功耗化技术的节电成效也许较小，但一项一项地积累起来，就能大幅削减功耗。
智能手机具有用户购买后可以追加应用软件（以下简称应用）的特点，因此今后让应用开发人员注重耗电量将变得很重要。九州大学系统LSI研究中心副教授久住宪嗣表示，“对应用进行实际分析后，发现了多个部分的特定处理会徒劳消耗电力。如果应用开发人员能够仔细掌握自己所开发应用的耗电量及其详细情况，就可以间接地为智能手机的低功耗化做出贡献”注3）。
注3）九州大学系统LSI研究中心开发出了制作智能手机耗电模型的方法。采用该模型可以根据应用的CPU使用时间、无线通信量、存储量和传输量等信息，推测应用在智能手机上运行时的耗电量。
低功耗化成为厂商形成差异化的因素
挑战并彻底实现低耗电量，有助于强化手机厂商和部件厂商的竞争力。对于追求低耗电量极限的部件厂商来说，彻底降低功耗后不仅在智能手机市场上的业务量会越来越多，而且还能够以此为契机涉足要求低功耗化的其他应用领域。
在手机厂商方面，仅组装标准部件的厂商与专注于部件易用性的厂商之间的差距，在电池耐久性这个指标上将表现得越来越明显。原因是仅凭充电电池容量和部件性能参数难以检测的要素会产生很大的影响。夏普的河内表示，“在如何利用充分部件的调整部分，整体的耗电量将会发生很大变化。能否在不牺牲性能和外观设计的前提下，找到电池容量和耗电量的最佳平衡点，这会是手机厂商之间实现差异化的一个重要因素”。
在智能手机领域，处理器、显示器、RF电路无一不被要求兼顾低功耗和高性能。这些产品正设法通过“动态电力控制”及“混合化”等打破目前的僵局。能量密度增长空间有限的充电电池将开拓新的思路。
未来的智能手机要求应用处理、无线通信处理以及画面显示等主要功能全部实现高性能化。“目前的智能手机在正常使用时，应用处理、通信处理和显示所需耗电量大约各占了1/3”（某手机企业的技术人员）。只减小其中某一项的耗电量，是无法兼顾高性能和低耗电量的。因此需要在各项要素中彻底削减耗电量。
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