05.10.2017 12:58

Dlaczego dobry smartfon to zimny smartfon?

Nawet najgorętsza smartfonowa nowość może wylać na głowę użytkownika kubeł zimnej wody i zamiast obiecywanej wysokiej wydajności zaoferować przeciętne osiągi, a nawet odmówić na chwilę działania. To potencjalne wyniki przegrzania.

Dlaczego dobry smartfon to zimny smartfon?
foto: materiały prasowe

Problem z zapewnieniem odpowiedniego chłodzenia jest bardzo dobrze znany użytkownikom komputerów - nieodłącznym elementem większości modeli dostępnych w sprzedaży są wiatraczki, których zadaniem jest chłodzenia procesora i innych układów scalonych.

Na taki komponent nie ma jednak miejsca w obudowach smartfonów, które stają się coraz smuklejsze i lżejsze, mimo ukrywania w nich coraz wydajniejszych, bardziej skomplikowanych i wydzielających pod obciążeniem dużo ciepła komponentów. Flagowy smartfon musi nie tylko błyskawicznie działać, lecz także dobrze wyglądać – widać to między innymi po eleganckim designie Nokii 8.

Przegrzanie się smartfona może być albo tylko uciążliwe, albo wręcz niebezpieczne. O ile o ten ostatni przypadek nie ma się co martwić – wprowadzane do sprzedaży konstrukcje są rygorystycznie testowane pod względem zapewnienia odpowiednich parametrów pracy – o tyle czasami, gdy telefon zrobi się zbyt gorący, trzeba się pogodzić z jego mimowolnym buntem.

Dlaczego smartfony mogą się przegrzewać?

W mieszczącym się w ręku smartfonie znajdują się zminiaturyzowane komponenty, które niegdyś przyjmowały postać kilku niezależnych – i zdecydowanie większych – urządzeń. Miniaturyzacja sprawia, że podzespoły są bardzo gęsto upakowane.

Najnowocześniejsze układy spotykane w smartfonach, takie jak na przykład Qualcomm Snapdragon 835 stosowany w Nokii 8, to ośmiordzeniowy procesor, szybki układ graficzny oraz dodatkowe moduły niezbędne do funkcjonowania telefonu. Łącznie zawierają one 3 miliardy gęsto upakowanych tranzystorów.

Efektem ubocznym ich pracy jest ciepło – zgodnie z prawem Joule’a, część energii przepływającego prądu elektrycznego nieubłaganie zamieniana jest na energię wewnętrzną przewodnika, czyli ciepło. Zależy to w dużej mierze od natężenia prądu, napotykanego oporu elektrycznego i czasu przepływu. Krzem, który jest budulcem kładów scalonych, jest półprzewodnikiem – oznacza to, że nie można skonstruować układu, w którym ciepło by się nie wydzielało.

Gdy wskutek pracy temperatura układu scalonego wzrośnie za bardzo, delikatna i precyzyjna struktura może ulec uszkodzeniu, zmieniają się także parametry pracy procesora. Jeśli nadmiarowego ciepła nie uda się oddać do otoczenia – smartfon może zacząć zachowywać się dziwnie.

Czym grozi przegrzanie smartfona?

Najlepiej widać to na przykładzie akumulatora – gdy jest on za bardzo rozgrzany, traci część pojemności, przez co smartfon pracuje zauważalnie krócej i częściej trzeba go ładować.
Uruchamianie wymagających dużej mocy obliczeniowej aplikacji – takich jak na przykład gry albo korzystanie z efektów specjalnych w programach obsługujących aparaty fotograficzne – stanowi duże obciążenie dla procesora.

Jeśli jego temperatura, wynikająca z intensywności obciążenia, zbliży się do granicy zapewniającej bezproblemową pracę, system automatycznie przełączy go na tryb wolniejszej pracy. W skrajnych przypadkach może to oznaczać, że nawet najszybszy smartfona po kilku minutach pracy będzie oferował wydajność modeli mniej zaawansowanych – a nawet odmawiać uruchomienia wybranych funkcji.

Może to być nawet możliwość robienia zdjęć czy kręcenia filmów – przy zmniejszonej wydajności procesor może być zbyt wolny, żeby nadążyć z rejestrowaniem i procesowaniem wszystkich danych.

Z czym muszą sobie radzić flagowe smartfony?

Najbardziej oczywistym wyzwaniem dla smartfonów są gry – konieczność generowania trójwymiarowej grafiki wraz ze skomplikowanym efektami oraz jednoczesnego przeliczania algorytmów sterujących zachowaniem przeciwników i fizyką w danym tytule potraf wycisnąć układów scalonych wszystkie moce przerobowe.

Bardzo absorbujące jest robienie zdjęć i kręcenie filmów – jest to szczególnie widoczne w przypadku smartfonów, które oferują podwójne (lub nawet potrójne, jak w przypadku Nokii 8) aparaty fotograficzne.

Zanim użytkownik zobaczy zdjęcie, w smartfonach tego typu łączone są dane pochodzące z różnych aparatów – musi to być robione w czasie rzeczywistym, żeby użytkownik nie widział opóźnienia między pstryknięciem fotki a pojawianiem się jej na ekranie – nawet wtedy, gdy korzysta z zaawansowanych funkcji, takich jak manipulacja głębią ostrości (w Nokii 8 znana jako Live Bokeh).

Jeszcze więcej mocy obliczeniowej potrzeba na nagrywanie filmów w rozdzielczości 4K, szczególnie przy wykorzystaniu funkcji bothie, a więc łączenia nagrań z dwóch kamer.

Jak działają wydajne systemy chłodzenia w smartfonach?

Należy pamiętać, że w najszybszych dostępnych na rynku modelach pojawiają się układy, które stopniem skomplikowania dorównują procesorom wykorzystywanym w komputerach.

Qualcomm Snapdragon 835, najbardziej wydajny układ mobilny stosowany w smartfonach z Androidem, obecny w praktycznie wszystkich flagowcach z najnowsza Nokią 8 na czele, oferuje użytkownikowi 8 rdzeni. Mogą pracować z prędkością maksymalną 2,46 Ghz.

Mają one wbudowane mechanizmy zapobiegające przegrzaniu – poszczególne rdzenie mogą być spowalniane, jeśli sytuacja nie wymaga ich pełnych możliwości. Jeśli jednak użytkownik zamierza korzystać z pełnej mocy znajdującej się pod smartfonową maską – tak system sam w sobie nie pomoże.

Najważniejszym elementem pozwalającym na chłodzenie smartfona jest jego obudowa – jeśli jest ona wykonana z plastiku, będzie nagrzewać się punktowo, w miejscu, w którym występuje wydzielający ciepło element. Nie sprzyja to jego chłodzeniu.

Metalowa obudowa, oprócz zalet estetycznych i większej wytrzymałości, jest także dobrym przewodnikiem ciepłym. Jeśli w jednym jej rejonie pojawi się wyższa temperatura, jest ona szybko rozprowadzana po całej powierzchni, co powoduje jej zmniejszenie. Dzięki temu, że większa powierzchnia przewodząca ciepło ma styk z chłodzącym powietrzem, jest ono szybciej oddawane – a smartfon może pracować wydajniej.

Duże znaczenie ma także rozmieszczenie elementów w środku obudowy. Głównym źródłem ciepła jest procesor i układ graficzny – dobrze zaprojektowane konstrukcje przewidują kilka dróg, którymi można odprowadzić generowaną przez nie energię.

Można uciec się na przykład do stosowania rurek cieplnych – znajdująca się w nich woda jest ogrzewana ciepłem wydzielanym przez procesor, a następnie schładzana podczas przemieszczania się wewnątrz układu.

Istnieją prostsze i tak samo skuteczne sposoby – taki zastosowano na przykład w Nokii 8. Specjalnie zaprojektowana, miedziana wkładka może wyglądać niepozornie, jednak pozwala na obniżenie temperatury pracy Snapdragona 835 o dobre kilka stopni. Zadaniem blaszki jest jak najszybsze odebranie ciepła z układu scalonego i przekazanie go dalej – do służącej jako główna chłodnica obudowy. Dzięki temu, że nie jest to proces punktowy (element chłodzący ma styk z obudową na całej długości), wymiana ciepła przebiega sprawnie i szybko.

A to pozwala na korzystanie z szybkości Nokii 8 oraz możliwości oferowanych przez podwójny aparat bez obawy, że stracimy do nich dostęp, gdyż procesor będzie potrzebował chwili czasu na schłodzenie.

 Materiał powstał we współpracy z marką Nokia.

Tagi: #Mobile #Nokia #Technologia