擺脫一天一充？手機(jī)完全節(jié)電技術(shù)解析

　　智能手機(jī)的電池續(xù)航能力問題已經(jīng)成為了一個(gè)老生常談的問題，這個(gè)問題在蘋果和Android手機(jī)盛行之前，并沒有被人們過多的提及。因?yàn)槟菚r(shí)候的手機(jī)屏幕普遍比較小，分辨率也不高，功能也不如現(xiàn)在的智能手機(jī)般豐富。而且早前智能手機(jī)搭載的Symbian等系統(tǒng)對硬件的要求也很低。所以手機(jī)的續(xù)航能力完全能夠滿足人們正常使用手機(jī)的要求。

　　然而隨著蘋果iPhone的盛行，以及Android手機(jī)的普及，智能手機(jī)的屏幕越來越大，機(jī)身越來引薄，性能越來越強(qiáng)。雖然技術(shù)的進(jìn)步給我們帶來了更加良好的用戶體驗(yàn)和更為豐富的功能，但是與此同時(shí)，巨大的屏幕和強(qiáng)大的處理器這些“電老虎”也變得越來越兇猛，使原本脆弱的電池變得更加弱不禁風(fēng)，而電池技術(shù)的發(fā)展卻始終停止不前，電池續(xù)航能力已經(jīng)成為了手機(jī)發(fā)展的主要障礙，面對這種情況，各大手機(jī)廠商、元器件廠商以及軟件公司都在投入大量的經(jīng)歷和財(cái)力研發(fā)各種節(jié)點(diǎn)技術(shù)，以使智能手機(jī)在性能提升的同時(shí)保證正常的續(xù)航時(shí)間。今天筆者就為大家細(xì)數(shù)一下各個(gè)手機(jī)及軟硬件廠商在節(jié)電技術(shù)上作出的貢獻(xiàn)，讓大家對智能手機(jī)有一個(gè)更加全面的了解。

智能手機(jī)電池的現(xiàn)狀

　　據(jù)互聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)調(diào)研中心ZDC監(jiān)測的數(shù)據(jù)顯示，目前中國手機(jī)市場中，電池容量為1500mAh以下的產(chǎn)品占49.3%，1501-2000mAh的產(chǎn)品占9.1%，2001-3000mAh產(chǎn)品占2.2%，而僅有極少數(shù)手機(jī)采用了3000mAh以上的電池?？梢姡壳爸悄苁謾C(jī)的電池容量主要集中在1500mAh左右，而2000mAh以上的智能手機(jī)僅集中在少數(shù)高端智能手機(jī)當(dāng)中。（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不包含未標(biāo)明電池容量的產(chǎn)品，故比例之和并非100%）

 中國手機(jī)市場電池容量產(chǎn)品占比對比（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

　　雖然現(xiàn)在智能手機(jī)的電池容量各不相同，但是實(shí)際上1500-2000mAh電池容量的智能手機(jī)差別并不大，電池容量略高的產(chǎn)品往往硬件配置也較高，基本上都保證手機(jī)使用在1天左右，并且有些采用4.7英寸以上的四核手機(jī)甚至要搭配2000mAh以上的電池才能保證1天的正常使用時(shí)間。所以要想提高手機(jī)的續(xù)航時(shí)間，只能選擇購買一塊備用電池或者使用移動(dòng)電源，否則只能靠頻繁的充電。

目前智能手機(jī)普遍采用1500mAh電池

　　有人說，如果在低端手機(jī)上配備一塊2000mAh以上的大容量電池，起碼可以保證低配置的手機(jī)待機(jī)時(shí)間翻倍。當(dāng)然這類手機(jī)也并不是沒有，一些主打高續(xù)航的商務(wù)手機(jī)就采用了這種方式，不過并不普遍。而手機(jī)廠商似乎有另外的打算。

　　對于廠商而言，開發(fā)出更大容量的電池，其成本也許遠(yuǎn)不是消費(fèi)者愿意接受的，雖然說需求決定了市場，但是廠商在進(jìn)行一項(xiàng)決策的同時(shí)，更傾向于考慮成本和收益。所以，保證手機(jī)1天的續(xù)航時(shí)間就已經(jīng)足夠了，增加在電池上的投入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有把更多精力被放在處理器、新系統(tǒng)等參數(shù)上更能吸引消費(fèi)者眼球，因此導(dǎo)致了手機(jī)產(chǎn)品性能的提升要快于電池容量增長的速度。

智能手機(jī)系統(tǒng)耗電情況分析

　　如今的智能手機(jī)，功能越來越全面，聽音樂，看高清電影，玩大型3D游戲，GPS導(dǎo)航以及上網(wǎng)等無一不精，智能手機(jī)已經(jīng)成為了人們不可或缺的一部分，試想一下，如果一天不使用手機(jī)，我們的生活會(huì)是怎樣的糟糕場面。然而這些功能都離不開巨大的觸摸屏，強(qiáng)大的CPU和GPU以及通訊網(wǎng)絡(luò)的支持?？梢娛謾C(jī)的屏幕，處理器和網(wǎng)絡(luò)才是手機(jī)耗電的元兇。

 
點(diǎn)心省電軟件系統(tǒng)耗電檢測

　　從智能手機(jī)的關(guān)注度情況來看，蘋果iPhone 4S仍然雄踞榜首，而緊隨其后的就是三星Galaxy S III、HTC One X、三星I9100/I9220、索尼LT26i以及小米手機(jī)等，這些手機(jī)的共同特點(diǎn)是性能強(qiáng)勁，屏幕巨大，而且現(xiàn)在的熱門智能手機(jī)普遍以雙核和四核為主并且主頻最高已經(jīng)達(dá)到了1.7GHz，而且屏幕普遍都在3.5英寸以上，三星I9220甚至達(dá)到了5.3英寸。當(dāng)你在看視頻或者玩游戲時(shí)，這些強(qiáng)大的處理器和巨大的屏幕能夠不知不覺地快速的榨干你的電池。

　　試想一下，如果我們不看視頻、不玩游戲，盡量減少屏幕和處理器的使用，手機(jī)是不是就不耗電或者耗電很少呢？答案一定是否定的。大家不要忘記，網(wǎng)絡(luò)和第三方應(yīng)用也是消耗電量的高手。即使我們晚上不用手機(jī)，讓它安靜的自己呆上一晚，早晨起來我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，電量也會(huì)不知不覺的消耗了大半。

 
點(diǎn)心省電軟件電源管理界面

　　ARM總裁Tudor Brown在今年六月份曾表示，Wi-Fi消耗了裝置太多的能量。除此之外，GSM和CDMA網(wǎng)絡(luò)甚至消耗了更多的能量。另外，智能手機(jī)有很多自動(dòng)連接網(wǎng)絡(luò)的同步設(shè)置，比如你安裝了一個(gè)微博或者新聞客戶端，它會(huì)自動(dòng)下載訊息并推送到你的桌面提醒你。還有一些通訊軟件，比如QQ、微信和默默等，它們雖然單個(gè)軟件耗電量并不大，但是它們幾乎時(shí)時(shí)刻刻都在忙著上傳下載。而且，GSM網(wǎng)絡(luò)并非只有在通話時(shí)才發(fā)射信號，而是始終間斷性的向基站發(fā)射信號以便搜尋網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)過程也是相當(dāng)耗電的，如果在信號較弱的地方，手機(jī)還會(huì)加大發(fā)射功率，耗電則更加嚴(yán)重。

屏幕省電技術(shù)

　　通過上文的分析我們得知，屏幕是手機(jī)最大的耗電部件，那么手機(jī)的節(jié)電技術(shù)首先要拿屏幕開刀。今年的MWC上，索尼公司發(fā)布了一項(xiàng)新的屏幕技術(shù)——WhiteMagic技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)不僅將屏幕亮度提升到1000尼特，而且有效地降低了屏幕的功耗。

　　大家都知道，普通的LCD都是采用的RGB三原色像素排列方式，而WhiteMagic技術(shù)在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造性的加入了一個(gè)白色子像素，采用RGBW（Red，Green，Blue，White）像素排列方式，用來增加屏幕亮度，也就是說WhiteMagic屏幕每個(gè)像素點(diǎn)由四個(gè)子像素點(diǎn)組成，如下圖所示。

WhiteMagic屏幕子像素排列方式

　　WhiteMagic技術(shù)的目的是提高屏幕亮度，以便在室外強(qiáng)光下也能夠很清楚的看清屏幕顯示的內(nèi)容。根據(jù)不同的使用場景，WhiteMagic屏幕可以自動(dòng)切換兩種亮度模式：

　　戶外模式，在戶外強(qiáng)光下，白色子像素透光率增加，使得WhiteMagic屏幕可以在相同背光亮度下達(dá)到大約雙倍的亮度，即使處在充滿陽光的戶外下依然能夠輕易看清屏幕。

　　室內(nèi)模式，在室內(nèi)弱光環(huán)境下，若需要達(dá)到與一般面板相同的亮度，則僅需原背光亮度的50%，耗電量也僅為原來的50%，（這也意味著更長的待機(jī)時(shí)間）。因此，WhiteMagic屏幕也是市面上最省電的屏幕之一。如下圖所示。

普通屏幕與WhiteMagic屏幕對比圖

　　從上圖可以看出，在不增加背光亮度的情況下，WhiteMagic屏幕最大亮度能達(dá)到935cd/m2，而室內(nèi)模式的亮度可以保持在530cd/m2左右，而背光亮度僅為普通屏幕的50%，節(jié)省了電池的耗電量。

　　索尼移動(dòng)采用WhiteMagic時(shí)，調(diào)整了對輸入影像的圖像處理。這是因?yàn)?，如果只單純追加W，影像的對比度感會(huì)降低。索尼移動(dòng)與索尼共同反復(fù)調(diào)整了將RGB影像信號轉(zhuǎn)換成RGBW時(shí)的圖像處理參數(shù)。由此，“實(shí)現(xiàn)了在室內(nèi)使用時(shí)可削減耗電量，在戶外時(shí)畫面明亮容易看清的效果”。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在索尼LT22i中得到應(yīng)用。

三星屏幕節(jié)電技術(shù)

　　三星電子現(xiàn)在正在研究同樣采用RGBW四色子像素，但將其分配給兩個(gè)像素的“Pentile”方式。由于將一個(gè)像素的子像素?cái)?shù)從以往的3個(gè)減為2個(gè)，因此更方便提高面板透射率。雖然因像素減少而被指畫質(zhì)劣化，但不失為削減耗電量的有效手段。

Pentile排列方式降低耗電量

　　三星電子正探討在高精細(xì)面板中導(dǎo)入將RGBW四色子像素分配給兩個(gè)像素的“Pentile”方式。據(jù)稱在10.1英寸產(chǎn)品的比較中，導(dǎo)入該方式的2560×1600像素產(chǎn)品的耗電量與采用RGB三色子像素的1280×800像素產(chǎn)品為同等水平。

　　另外，三星AMOLED系列屏幕采用了自發(fā)光材料，當(dāng)像素顯示為純白色時(shí)，像素完全發(fā)光，此時(shí)耗電量最大，而顯示黑色時(shí)，像素則不發(fā)光，此時(shí)耗電量也基本為零。所以當(dāng)顯示畫面主體為深色系時(shí)，相比LCD屏幕要節(jié)省耗電。如果當(dāng)畫面主體為淺色系時(shí)，理論上比LCD更加費(fèi)電，但是此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低屏幕的亮度，來節(jié)省電量。

手機(jī)處理器節(jié)電技術(shù)

　　目前手機(jī)的硬件“軍備競賽”越發(fā)嚴(yán)重，手機(jī)處理器從原來的單核芯迅速過度到雙核，甚至眾多高端手機(jī)都采用了四核處理器，如此強(qiáng)大的處理器對電池帶來極大的挑戰(zhàn)，所以各處理器廠商也非常重視耗電問題。一方面提高工藝制程，另一方面在設(shè)計(jì)上想方設(shè)法省電，再設(shè)計(jì)方面各家處理器廠商都有各自的方法。

Tegra 3具有5個(gè)核心

　　英偉達(dá)的Tegra 3是最早上市的四核移動(dòng)處理器，為了搶先上市，Tegra 3沒有采用更為復(fù)雜的28nm工藝制程，而是沿用了Tegra 2的40nm工藝，不過為了讓Tegra 3更為省電，英偉達(dá)給Tegra 3加了一個(gè)協(xié)核心，正式名稱為“4-PLUS-1”，也就是說，Tegra 3實(shí)際上是5核處理器，當(dāng)手機(jī)待機(jī)時(shí)，其它核心全部處于關(guān)閉狀態(tài)，只有一個(gè)主頻為500MHz的協(xié)核心工作，當(dāng)你瀏覽網(wǎng)頁時(shí)，只會(huì)啟用一個(gè)高頻核心；多任務(wù)時(shí)，打開兩個(gè)高頻核心；玩3D游戲時(shí)，才會(huì)使用四個(gè)高頻核心。綜合算下來，在通常情況下，實(shí)際上Tegra 3的手機(jī)相比之前的雙核手機(jī)反而更省電。推薦機(jī)型HTC One X。

三星Exynos 4210四核處理器

三星Exynos 4210四核處理器

　　隨著Galaxy S III的發(fā)布，讓Exynos 4412四核處理器也正式亮相，這款處理器采用了更為先進(jìn)的32nm制程，整合了四個(gè)A9架構(gòu)核心，雖然不像Tegra 3一樣通過第五個(gè)低功耗核心來節(jié)省耗電，但是每一個(gè)核心都可以在正常的情況下自行調(diào)節(jié)，頻率從200MHz到1.4GHz動(dòng)態(tài)變化，也就是說，如果三星Galaxy S III只運(yùn)行一些較小的程序時(shí)，手機(jī)并不會(huì)全力工作，而是僅用一個(gè)較低的頻率工作，從而達(dá)到省電的目的。推薦機(jī)型三星Galaxy S III。

處理器省電專家——高通

　　與其他處理器廠商不同，高通很早就看到了功耗將是制約手機(jī)性能的最大障礙，所以高通公司一向主張自主研發(fā)處理器架構(gòu)，并且將降低功耗作為重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。所以本次筆者把高通拿出來單講。

　　之前高通采用異步雙核設(shè)計(jì)的MSM8260處理器曾被人們戲稱為“膠水雙核”，并且給扣上了“高頻低能”的帽子，而實(shí)際上，這正是高通公司為了降低功耗采用的設(shè)計(jì)方案，雖然在性能上稍有損失，但是卻有效的降低了功耗。

高通MSM8260處理器

　　異步雙核處理器可以使兩個(gè)核心分別運(yùn)行在不同的頻率上，處理器可以根據(jù)程序的復(fù)雜程度自動(dòng)調(diào)節(jié)兩顆核心各自的頻率，相比同步雙核處理器只能同時(shí)使用相同的頻率的兩顆核心，更加省電。推薦機(jī)型：小米手機(jī)、索尼LT26i、HTC Sensation XE。

　　除此之外，高通公司也比較重視對屏幕這一耗電大戶的耗電控制。今年隨著驍龍S4處理器的上市，提供了兩個(gè)創(chuàng)新的解決方案，可解決屏幕耗的電難題，這兩大技術(shù)就是——BRITE和GridView，它們由驍龍S4處理器支持，可以在后臺進(jìn)行實(shí)時(shí)的電源管理。

BRITE（Backlight Reactive Illumination Technology：背光反應(yīng)照明技術(shù)）

　　BRITE技術(shù)解決了背光強(qiáng)度問題及其對電池消耗的影響。這項(xiàng)技術(shù)能根據(jù)屏幕上正在顯示的內(nèi)容，動(dòng)態(tài)調(diào)整背光亮度并利用自然光，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以降低高達(dá)50％的功耗，同時(shí)不影響圖像質(zhì)量。BRITE的與眾不同之處在于其可調(diào)性，根據(jù)當(dāng)前任務(wù)對功率的需求，它可以選擇不同的配置文件。例如，對于全屏電影播放，它就會(huì)選擇更高的配置文件來控制顯示屏的亮度。而像電子郵件和網(wǎng)頁瀏覽這樣基本的任務(wù)，BRITE就會(huì)完全關(guān)閉。高通公司使用可監(jiān)控顯示質(zhì)量和亮度的API，這樣開發(fā)者就能夠把應(yīng)用程序或內(nèi)容類型與對應(yīng)的API相連，從而調(diào)節(jié)電量，節(jié)約功耗。

GridView

　　在使用Android終端時(shí)，用戶總是在不斷地點(diǎn)擊圖標(biāo)、滑動(dòng)屏幕，從一個(gè)應(yīng)用切換到另一個(gè)。但是某些終端每次刷新應(yīng)用列表，圖標(biāo)是依次出現(xiàn)的，而GridView可以智能地以整頁生成的方式刷新界面。這不僅能加快刷新速度，同時(shí)也降低了CPU和內(nèi)存的使用率（高達(dá)1.5倍），從而為用戶節(jié)約電量。

結(jié)束語：

　　由于時(shí)間的關(guān)系，上文僅從硬件方面介紹了手機(jī)及元器件廠商在節(jié)電技術(shù)方面的成果，隨后，筆者將會(huì)從系統(tǒng)、軟件、電池技術(shù)等方面繼續(xù)為大家介紹智能手機(jī)的節(jié)電技術(shù)，想要了解更多請關(guān)注手機(jī)中國的后續(xù)文章，或加新浪微博@CNMO徐小磊進(jìn)行交流。

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