5G手机耗电大,它是怎样帮你偷偷省电的?

  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

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  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。

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  ▲ 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。

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  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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

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  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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

5G手机耗电大,它是怎样帮你偷偷省电的?

  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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

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  ▲ 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。

5G手机耗电大,它是怎样帮你偷偷省电的?

  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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