手機(jī)續(xù)航總不夠？功耗如何優(yōu)化？
[導(dǎo)讀]大家好，我是記得誠(chéng)。移動(dòng)式消費(fèi)類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，功耗與續(xù)航始終是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，以手機(jī)為例，電池容量越做越大，芯片功耗越來越低，但是手機(jī)續(xù)航時(shí)間并沒有給消費(fèi)者帶來明顯改善的體驗(yàn)。這主要在于手機(jī)新功能的加入，使得整機(jī)功耗增加，以至于大容量電池和低功耗IC延長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，又被新功能吃掉了...
大家好，我是記得誠(chéng)。
移動(dòng)式消費(fèi)類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，功耗與續(xù)航始終是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，以手機(jī)為例，電池容量越做越大，芯片功耗越來越低，但是手機(jī)續(xù)航時(shí)間并沒有給消費(fèi)者帶來明顯改善的體驗(yàn)。這主要在于手機(jī)新功能的加入，使得整機(jī)功耗增加，以至于大容量電池和低功耗IC延長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，又被新功能吃掉了。
功耗去哪了
比如當(dāng)今流行的高刷新屏幕，早期的手機(jī)屏幕刷新率只有60Hz，現(xiàn)在90Hz、120Hz漸漸普及，對(duì)屏幕刷新率不敏感的用戶現(xiàn)在也逐漸體會(huì)出高刷新率帶來的更好的視覺體驗(yàn)。高刷新率往往意味著高數(shù)據(jù)速率，這就需要消耗更多的功耗。
同時(shí)，屏幕的亮度越來越高，早期的手機(jī)在陽(yáng)光下顯示基本不可見，得益于工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在的手機(jī)亮度輕松到達(dá)400nit，甚至逼近1000nit，屏幕本就是功耗大戶，在高亮模式下，高功耗使得發(fā)熱嚴(yán)重，而發(fā)熱又進(jìn)一步影響了功耗，因此夏天白天在戶外，我們的手機(jī)摸起來就更熱。
怕拋開CPU和GPU，喇叭也是一個(gè)功耗大戶，為了提供更優(yōu)秀的視聽體驗(yàn)，近幾年立體揚(yáng)聲器在手機(jī)領(lǐng)域得到眾多消費(fèi)者的青睞，除了喇叭喇叭本體增加了功耗，喇叭的智能功放以及背后的音效算法都會(huì)增加功耗。
此外還有相機(jī)、指紋、紅外等各種各樣的傳感器，大家無(wú)一例外都從電池那里搶奪功耗資源。
手機(jī)功耗的優(yōu)化一直是一個(gè)值得深入研究的主題，也是一個(gè)非常難的主題，需要了解軟件架構(gòu)策略、硬件原理方案、制造制程工藝等內(nèi)容，是一個(gè)涉及范圍廣、知識(shí)復(fù)雜，對(duì)從業(yè)人員要求比較高的一個(gè)研究方向。
軟件怎么做？
從上到下羅列功耗優(yōu)化方案，首先就是軟件策略優(yōu)化，最簡(jiǎn)單的一個(gè)方向就是降低主頻，我們?nèi)粘Ｊ褂檬謾C(jī)，根本不需要手機(jī)CPU全負(fù)荷運(yùn)行，DDR也沒必要火力全開，根據(jù)用戶使用環(huán)境合理調(diào)度各個(gè)工作任務(wù)，對(duì)資源合理分配是優(yōu)化功耗最直接的策略。
對(duì)屏幕而言，雖然屏幕支持高刷，但是對(duì)于靜態(tài)顯示場(chǎng)景，比如閱讀、聊天、瀏覽網(wǎng)頁(yè)等場(chǎng)景，畫面切換緩慢，此時(shí)就可以降低幀率，對(duì)幀率合理配置可以在不影響用戶體驗(yàn)情況下大幅降低功耗，那么如何定義高、低幀率場(chǎng)景進(jìn)而合理調(diào)用不同顯示幀率，這就需要各家手機(jī)廠商對(duì)用戶使用習(xí)慣進(jìn)行調(diào)研，形成自己的一套控制優(yōu)化策略。
我相信大部分人都知道我們不使用相機(jī)時(shí)，相機(jī)是關(guān)閉的狀態(tài)，它不會(huì)進(jìn)行拍照或錄像的操作（當(dāng)初QQ瀏覽器私自啟動(dòng)相機(jī)的行為這里不做討論），這就是降低功耗的直接方案，用戶不用的模塊，就要下電或進(jìn)入旁路模式進(jìn)而降低功耗，更進(jìn)一步地講，手機(jī)CPU中有上百個(gè)IO引腳，這些引腳都需要根據(jù)各自的工作狀態(tài)進(jìn)行合理配置，在該置低時(shí)就要置低，否則可以就有幾百uA甚至達(dá)到mA級(jí)別的異常耗電，這無(wú)疑會(huì)無(wú)故增加手機(jī)功耗，降低續(xù)航體驗(yàn)。
硬件怎么做？
對(duì)于硬件而言，表面看起來似乎沒有什么可以做的，其實(shí)不然，除了選擇高效低功耗的硬件實(shí)現(xiàn)方案，手機(jī)廠商也可以設(shè)計(jì)合理的硬件架構(gòu)，在不影響性能的基礎(chǔ)上，降低手機(jī)的無(wú)用功耗。
比如合理分配電源，無(wú)論是BUCK、BOOST開關(guān)電源還是LDO線性電源，他們的效率都不是一成不變的，我們需要設(shè)計(jì)合理的電源架構(gòu)讓他們工作在高效的條件來降低功耗。通常而言，開關(guān)電源的效率是要優(yōu)于LDO的，因此在對(duì)電源噪聲不敏感的地方可以優(yōu)先使用開關(guān)電源，而對(duì)于LDO低壓差線性電源，需要在盡量低的壓差下使用，以此降低功耗。
在2020年初，某手機(jī)廠商推出了4 POWER屏幕的手機(jī)，其宣傳點(diǎn)就是提升續(xù)航體驗(yàn)，屏幕中有一路電，是從1.8V轉(zhuǎn)到1.2V，如果用線性電源供電的話效率大約有67%，如果換做開關(guān)電源的話就會(huì)提高一些效率，進(jìn)而減小一些功耗，提升的效率看似不是很大，但是考慮到屏幕作為一個(gè)常亮的工作模塊，其消耗的能量是和使用時(shí)長(zhǎng)成正比的，時(shí)間越長(zhǎng)，這個(gè)方案節(jié)省的功耗就越明顯，這其實(shí)并不是什么黑科技。
此外，有的人可能會(huì)有這樣的疑問，我的手機(jī)屏幕如果顯示靜態(tài)的畫面，比如顯示桌面，或一副靜態(tài)圖片，它還在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互嗎？
這個(gè)受限于硬件方案，屏幕中可以增加一塊小的緩存，用于存儲(chǔ)顯示畫面，如果畫面沒有更新的話，屏幕就直接顯示這個(gè)緩存中的內(nèi)容，降低和CPU的數(shù)據(jù)流，進(jìn)而降低功耗，比如手機(jī)息屏顯示，就是用了這一塊小小的存儲(chǔ)空間，息屏顯示時(shí)，CPU并沒有一直和屏幕進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，屏幕只是從內(nèi)部緩存中讀取顯示的畫面。但是如果手機(jī)對(duì)成本就極致的要求，就可能刪除這個(gè)存儲(chǔ)，這樣的話，CPU就要和屏幕保持通訊，功耗就隨著增加。
以上就是關(guān)于手機(jī)功耗優(yōu)化的一些討論，功耗優(yōu)化是個(gè)復(fù)雜且艱巨的工程，今天就先到這里。
移動(dòng)式消費(fèi)類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，功耗與續(xù)航始終是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，以手機(jī)為例，電池容量越做越大，芯片功耗越來越低，但是手機(jī)續(xù)航時(shí)間并沒有給消費(fèi)者帶來明顯改善的體驗(yàn)。這主要在于手機(jī)新功能的加入，使得整機(jī)功耗增加，以至于大容量電池和低功耗IC延長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，又被新功能吃掉了。
功耗去哪了
比如當(dāng)今流行的高刷新屏幕，早期的手機(jī)屏幕刷新率只有60Hz，現(xiàn)在90Hz、120Hz漸漸普及，對(duì)屏幕刷新率不敏感的用戶現(xiàn)在也逐漸體會(huì)出高刷新率帶來的更好的視覺體驗(yàn)。高刷新率往往意味著高數(shù)據(jù)速率，這就需要消耗更多的功耗。
同時(shí)，屏幕的亮度越來越高，早期的手機(jī)在陽(yáng)光下顯示基本不可見，得益于工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在的手機(jī)亮度輕松到達(dá)400nit，甚至逼近1000nit，屏幕本就是功耗大戶，在高亮模式下，高功耗使得發(fā)熱嚴(yán)重，而發(fā)熱又進(jìn)一步影響了功耗，因此夏天白天在戶外，我們的手機(jī)摸起來就更熱。
怕拋開CPU和GPU，喇叭也是一個(gè)功耗大戶，為了提供更優(yōu)秀的視聽體驗(yàn)，近幾年立體揚(yáng)聲器在手機(jī)領(lǐng)域得到眾多消費(fèi)者的青睞，除了喇叭喇叭本體增加了功耗，喇叭的智能功放以及背后的音效算法都會(huì)增加功耗。
此外還有相機(jī)、指紋、紅外等各種各樣的傳感器，大家無(wú)一例外都從電池那里搶奪功耗資源。
手機(jī)功耗的優(yōu)化一直是一個(gè)值得深入研究的主題，也是一個(gè)非常難的主題，需要了解軟件架構(gòu)策略、硬件原理方案、制造制程工藝等內(nèi)容，是一個(gè)涉及范圍廣、知識(shí)復(fù)雜，對(duì)從業(yè)人員要求比較高的一個(gè)研究方向。
軟件怎么做？
從上到下羅列功耗優(yōu)化方案，首先就是軟件策略優(yōu)化，最簡(jiǎn)單的一個(gè)方向就是降低主頻，我們?nèi)粘Ｊ褂檬謾C(jī)，根本不需要手機(jī)CPU全負(fù)荷運(yùn)行，DDR也沒必要火力全開，根據(jù)用戶使用環(huán)境合理調(diào)度各個(gè)工作任務(wù)，對(duì)資源合理分配是優(yōu)化功耗最直接的策略。
對(duì)屏幕而言，雖然屏幕支持高刷，但是對(duì)于靜態(tài)顯示場(chǎng)景，比如閱讀、聊天、瀏覽網(wǎng)頁(yè)等場(chǎng)景，畫面切換緩慢，此時(shí)就可以降低幀率，對(duì)幀率合理配置可以在不影響用戶體驗(yàn)情況下大幅降低功耗，那么如何定義高、低幀率場(chǎng)景進(jìn)而合理調(diào)用不同顯示幀率，這就需要各家手機(jī)廠商對(duì)用戶使用習(xí)慣進(jìn)行調(diào)研，形成自己的一套控制優(yōu)化策略。
我相信大部分人都知道我們不使用相機(jī)時(shí)，相機(jī)是關(guān)閉的狀態(tài)，它不會(huì)進(jìn)行拍照或錄像的操作（當(dāng)初QQ瀏覽器私自啟動(dòng)相機(jī)的行為這里不做討論），這就是降低功耗的直接方案，用戶不用的模塊，就要下電或進(jìn)入旁路模式進(jìn)而降低功耗，更進(jìn)一步地講，手機(jī)CPU中有上百個(gè)IO引腳，這些引腳都需要根據(jù)各自的工作狀態(tài)進(jìn)行合理配置，在該置低時(shí)就要置低，否則可以就有幾百uA甚至達(dá)到mA級(jí)別的異常耗電，這無(wú)疑會(huì)無(wú)故增加手機(jī)功耗，降低續(xù)航體驗(yàn)。
硬件怎么做？
對(duì)于硬件而言，表面看起來似乎沒有什么可以做的，其實(shí)不然，除了選擇高效低功耗的硬件實(shí)現(xiàn)方案，手機(jī)廠商也可以設(shè)計(jì)合理的硬件架構(gòu)，在不影響性能的基礎(chǔ)上，降低手機(jī)的無(wú)用功耗。
比如合理分配電源，無(wú)論是BUCK、BOOST開關(guān)電源還是LDO線性電源，他們的效率都不是一成不變的，我們需要設(shè)計(jì)合理的電源架構(gòu)讓他們工作在高效的條件來降低功耗。通常而言，開關(guān)電源的效率是要優(yōu)于LDO的，因此在對(duì)電源噪聲不敏感的地方可以優(yōu)先使用開關(guān)電源，而對(duì)于LDO低壓差線性電源，需要在盡量低的壓差下使用，以此降低功耗。
在2020年初，某手機(jī)廠商推出了4 POWER屏幕的手機(jī)，其宣傳點(diǎn)就是提升續(xù)航體驗(yàn)，屏幕中有一路電，是從1.8V轉(zhuǎn)到1.2V，如果用線性電源供電的話效率大約有67%，如果換做開關(guān)電源的話就會(huì)提高一些效率，進(jìn)而減小一些功耗，提升的效率看似不是很大，但是考慮到屏幕作為一個(gè)常亮的工作模塊，其消耗的能量是和使用時(shí)長(zhǎng)成正比的，時(shí)間越長(zhǎng)，這個(gè)方案節(jié)省的功耗就越明顯，這其實(shí)并不是什么黑科技。
此外，有的人可能會(huì)有這樣的疑問，我的手機(jī)屏幕如果顯示靜態(tài)的畫面，比如顯示桌面，或一副靜態(tài)圖片，它還在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互嗎？
這個(gè)受限于硬件方案，屏幕中可以增加一塊小的緩存，用于存儲(chǔ)顯示畫面，如果畫面沒有更新的話，屏幕就直接顯示這個(gè)緩存中的內(nèi)容，降低和CPU的數(shù)據(jù)流，進(jìn)而降低功耗，比如手機(jī)息屏顯示，就是用了這一塊小小的存儲(chǔ)空間，息屏顯示時(shí)，CPU并沒有一直和屏幕進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，屏幕只是從內(nèi)部緩存中讀取顯示的畫面。但是如果手機(jī)對(duì)成本就極致的要求，就可能刪除這個(gè)存儲(chǔ)，這樣的話，CPU就要和屏幕保持通訊，功耗就隨著增加。
以上就是關(guān)于手機(jī)功耗優(yōu)化的一些討論，功耗優(yōu)化是個(gè)復(fù)雜且艱巨的工程，今天就先到這里。
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