擺脫一天一充？手機完全節(jié)電技術(shù)解析

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

　　然而隨著蘋果iPhone的盛行，以及Android手機的普及，智能手機的屏幕越來越大，機身越來引薄，性能越來越強。雖然技術(shù)的進步給我們帶來了更加良好的用戶體驗和更為豐富的功能，但是與此同時，巨大的屏幕和強大的處理器這些“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，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)成為了手機發(fā)展的主要障礙，面對這種情況，各大手機廠商、元器件廠商以及軟件公司都在投入大量的經(jīng)歷和財力研發(fā)各種節(jié)點技術(shù)，以使智能手機在性能提升的同時保證正常的續(xù)航時間。今天筆者就為大家細數(shù)一下各個手機及軟硬件廠商在節(jié)電技術(shù)上作出的貢獻，讓大家對智能手機有一個更加全面的了解。

智能手機電池的現(xiàn)狀

　　據(jù)互聯(lián)網(wǎng)消費調(diào)研中心ZDC監(jiān)測的數(shù)據(jù)顯示，目前中國手機市場中，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)手機采用了3000mAh以上的電池。可見，目前智能手機的電池容量主要集中在1500mAh左右，而2000mAh以上的智能手機僅集中在少數(shù)高端智能手機當中。（統(tǒng)計數(shù)據(jù)不包含未標明電池容量的產(chǎn)品，故比例之和并非100%）

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

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

目前智能手機普遍采用1500mAh電池

　　有人說，如果在低端手機上配備一塊2000mAh以上的大容量電池，起碼可以保證低配置的手機待機時間翻倍。當然這類手機也并不是沒有，一些主打高續(xù)航的商務(wù)手機就采用了這種方式，不過并不普遍。而手機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，其成本也許遠不是消費者愿意接受的，雖然說需求決定了市場，但是廠商在進行一項決策的同時，更傾向于考慮成本和收益。所以，保證手機1天的續(xù)航時間就已經(jīng)足夠了，增加在電池上的投入，遠遠沒有把更多精力被放在處理器、新系統(tǒng)等參數(shù)上更能吸引消費者眼球，因此導(dǎo)致了手機產(chǎn)品性能的提升要快于電池容量增長的速度。

智能手機系統(tǒng)耗電情況分析

　　如今的智能手機，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，我們的生活會是怎樣的糟糕場面。然而這些功能都離不開巨大的觸摸屏，強大的CPU和GPU以及通訊網(wǎng)絡(luò)的支持?？梢娛謾C的屏幕，處理器和網(wǎng)絡(luò)才是手機耗電的元兇。

 
點心省電軟件系統(tǒng)耗電檢測

　　從智能手機的關(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以及小米手機等，這些手機的共同特點是性能強勁，屏幕巨大，而且現(xiàn)在的熱門智能手機普遍以雙核和四核為主并且主頻最高已經(jīng)達到了1.7GHz，而且屏幕普遍都在3.5英寸以上，三星I9220甚至達到了5.3英寸。當你在看視頻或者玩游戲時，這些強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，讓它安靜的自己呆上一晚，早晨起來我們也會發(fā)現(xiàn)，電量也會不知不覺的消耗了大半。

 
點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，智能手機有很多自動連接網(wǎng)絡(luò)的同步設(shè)置，比如你安裝了一個微博或者新聞客戶端，它會自動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，它們雖然單個軟件耗電量并不大，但是它們幾乎時時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)。這個過程也是相當耗電的，如果在信號較弱的地方，手機還會加大發(fā)射功率，耗電則更加嚴重。

屏幕省電技術(shù)

　　通過上文的分析我們得知，屏幕是手機最大的耗電部件，那么手機的節(jié)電技術(shù)首先要拿屏幕開刀。今年的MWC上，索尼公司發(fā)布了一項新的屏幕技術(shù)——WhiteMagic技術(shù)，這項技術(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屏幕每個像素點由四個子像素點組成，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屏幕可以自動切換兩種亮度模式：

　　戶外模式，在戶外強光下，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時間）。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。

　　索尼移動采用WhiteMagic時，調(diào)整了對輸入影像的圖像處理。這是因為，如果只單純追加W，影像的對比度感會降低。索尼移動與索尼共同反復(fù)調(diào)整了將RGB影像信號轉(zhuǎn)換成RGBW時的圖像處理參數(shù)。由此，“實現(xiàn)了在室內(nèi)使用時可削減耗電量，在戶外時畫面明亮容易看清的效果”。目前這項技術(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，但將其分配給兩個像素的“Pentile”方式。由于將一個像素的子像素數(shù)從以往的3個減為2個，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面板中導(dǎo)入將RGBW四色子像素分配給兩個像素的“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，當像素顯示為純白色時，像素完全發(fā)光，此時耗電量最大，而顯示黑色時，像素則不發(fā)光，此時耗電量也基本為零。所以當顯示畫面主體為深色系時，相比LCD屏幕要節(jié)省耗電。如果當畫面主體為淺色系時，理論上比LCD更加費電，但是此時系統(tǒng)會自動降低屏幕的亮度，來節(jié)省電量。

手機處理器節(jié)電技術(shù)

　　目前手機的硬件“軍備競賽”越發(fā)嚴重，手機處理器從原來的單核芯迅速過度到雙核，甚至眾多高端手機都采用了四核處理器，如此強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)計上想方設(shè)法省電，再設(shè)計方面各家處理器廠商都有各自的方法。

Tegra 3具有5個核心

　　英偉達的Tegra 3是最早上市的四核移動處理器，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，英偉達給Tegra 3加了一個協(xié)核心，正式名稱為“4-PLUS-1”，也就是說，Tegra 3實際上是5核處理器，當手機待機時，其它核心全部處于關(guān)閉狀態(tài)，只有一個主頻為500MHz的協(xié)核心工作，當你瀏覽網(wǎng)頁時，只會啟用一個高頻核心；多任務(wù)時，打開兩個高頻核心；玩3D游戲時，才會使用四個高頻核心。綜合算下來，在通常情況下，實際上Tegra 3的手機相比之前的雙核手機反而更省電。推薦機型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的32nm制程，整合了四個A9架構(gòu)核心，雖然不像Tegra 3一樣通過第五個低功耗核心來節(jié)省耗電，但是每一個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動態(tài)變化，也就是說，如果三星Galaxy S III只運行一些較小的程序時，手機并不會全力工作，而是僅用一個較低的頻率工作，從而達到省電的目的。推薦機型三星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研發(fā)項目。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，而實際上，這正是高通公司為了降低功耗采用的設(shè)計方案，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核心分別運行在不同的頻率上，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使用相同的頻率的兩顆核心，更加省電。推薦機型：小米手機、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，可以在后臺進行實時的電源管理。

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

　　BRITE技術(shù)解決了背光強度問題及其對電池消耗的影響。這項技術(shù)能根據(jù)屏幕上正在顯示的內(nèi)容，動態(tài)調(diào)整背光亮度并利用自然光，在適當?shù)臈l件下可以降低高達50％的功耗，同時不影響圖像質(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，用戶總是在不斷地點擊圖標、滑動屏幕，從一個應(yīng)用切換到另一個。但是某些終端每次刷新應(yīng)用列表，圖標是依次出現(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，同時也降低了CPU和內(nèi)存的使用率（高達1.5倍），從而為用戶節(jié)約電量。

結(jié)束語：

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

更多精彩文章：

省錢能買iPhone 4！強機行水差價TOP榜
最高優(yōu)惠1000元 網(wǎng)商超值促銷機大搜羅
1500元能買啥？小編力薦8款最值強機
兩年不用換手機 精品耐用智能強機推薦
手機CPU大混戰(zhàn) 八大處理器最強機盤點

版權(quán)所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載