智能手机的3种热管理方法

无论你是否在宣称摩尔定律已死或者你属于相信的阵营它还有机会在美国，有一件事仍然是正确的——如果你想在智能手机市场上保持竞争力，你就要继续把尽可能多的性能和功能整合到一款适合你手掌的设备中。

不幸的是，虽然摩尔定律在理论上有争议，但热力学第二定律是绕不开的。你在智能手机里装的能量(物理和数字)越多，这些内部部件就会越热。笔记本电脑和台式电脑制造商可以奢侈地使用风扇、液冷系统和大表面积散热器来保持设备的凉爽。但智能手机设计师有什么办法让手持设备保持凉爽呢?在这篇文章中，我们将看看设计师们用来防止智能手机过热的常用技术。

1.带有处理器节流的动态热管理(DTM)

智能手机热管理设计的第一条原则——保持凉爽从内部开始。ARM芯片上的处理器是智能手机的主要热源之一。热点可能导致电源泄漏，性能损失，并最终降级的芯片。虽然你不能在智能手机里安装风扇，但你仍然可以使用处理器节流来减少在高性能负载下产生的热量。

Temperature-Aware调度:一种软件技术，它涉及减慢热进程(或根据对多线程处理器中的int和fp寄存器文件的访问选择线程)，根据CPU活动和来自设备中的温度传感器的反馈进行识别。

热放牧:这种技术也称为分布式流量节流，它涉及在整个芯片组中引导网络流量以避免热点。这降低了3D功率密度，可以用来直接加热到芯片组中最靠近散热器的模具。

时钟门控:全局时钟门控涉及每次停止处理器逻辑的大部分几微秒。这种方法的缺点是比前面讨论的软件技术对性能的影响更大，但冷却影响更大。获取门控只涉及停止处理器的一部分，利用ILP来掩盖性能影响。虽然它在冷却方面不如全局时钟门控有效，但仍然不错。

动态电压和频率缩放(DVFS):DVFS通过调整GPU和CPU的频率来平衡性能和能源消耗。当进程变慢时，它可以在处理器继续运行时快速降低温度。

活动迁移:这项技术包括在芯片较冷区域的备用单元上运行计算，以降低整体功率密度。在最简单的情况下，这是通过一个单元和冗余单元之间的活动ping-pong来实现的。另外，也可以采用热感知超标量微处理器(TAM)，其中主管道是时钟门控的，系统采用更简单的超低功率次级管道。

2.材料选择

材料的选择对降低智能手机温度有很大影响。这就是为什么在你的设计中使用诸如Cadence摄氏度热求解器它包括一个有限元分析(FEA)求解器，可以开发出设备内部更好的热图像。高导热性和结构完整性是为智能手机机身选择正确材料的关键。

铝/铜:这些都是智能手机设计中使用的标准材料，因为它们无处不在，完整性和高导热性。通常用作手机PCB的背板。铝也可以用来形成底盘和外壳本身，既美观，又有利于散热到环境中。

石墨/石墨烯:从铅笔芯到电池电极，碳的晶体同素异形体已被广泛使用。凭借其优异的热学和电学性能，你可以在智能手机的电池和散热板中找到它，它可以作为被动冷却系统。石墨烯是石墨的单层(一个原子厚)，这使它具有更好的热学、电学和结构性能(比金刚石强40倍)。

3.散热

现在我们已经介绍了材料，让我们更仔细地看看智能手机内部用来散热的结构。在设计设备周围的特性时，一定要考虑到PCB本身的热阻。PCB热导率计算器可以提供帮助。

散热片:被动热交换器，使用风扇，引脚和其他几何方面来增加可用于对流冷却的表面积。由于缺少风扇，智能手机架构很少使用真正的散热器(尽管您经常听到人们使用术语散热器来指代一般的被动冷却功能)。然而，新的技术已经能够将表面积增加的几何图形处理成更小的形状因子。

散热器:一块由石墨等高导热材料制成的平板被用来从PCB中吸收热量，并将其传递到智能手机的外部机箱(通常是铝)，进而将其通过外壳传递到大气中。这是大多数现代智能手机设计的散热选择。

冷却板:智能手机的主动冷却很少见，但确实存在。石墨烯散热器已经提供了出色的被动冷却。在石墨烯上通电，就有可能通过热电冷却把这种热传导器变成一个主动的冷板。

热管道:另一种将散热器转变为冷板的方法是使用热管。虽然价格昂贵，但这种设计反映了工业规模的热交换器，其中流体被用于加强表面之间的热交换。虽然你可能会对在智能手机中使用水这样的液体感到警惕，但三星已经成功地在其手机中使用了充满水的铜管S7设备以及他们的S8和S9。只是要确保您做了尽职调查，并对您打算在设备中使用的任何流体执行热膨胀模拟。