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nand掉电探秘手机内部挖出那些影响续航的硬件芯片

发布时间 : 2024-10-11

作者 : 小编

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探秘手机内部挖出那些影响续航的硬件芯片

除了屏幕，手机内部集成的各种芯片和零部件同样需要电力驱动，而不同的芯片搭配，往往也会影响到最终的续航结果。

内存芯片

如今手机内存主要以LPDDR4和LPDDR4X为主。和更早期的LPDDR3内存相比，LPDDR4将运行频率从933MHz提升到了1600MHzMHz，工作电压也从1.2V降低到1.1V；LPDDR4X的Vddq电压则进一步从1.1V降至0.6V（Vdd2电压保持1.1V不变），运行频率最高可达2133MHz，不仅效率（性能）更高，功耗最多也能下降40%。

通过内存生产工艺的升级，其功耗还能进一步降低。

据悉，三星第二代10nm工艺的LPDDR4X内存已经量产，相比第一代虽然性能没有提升，但是功耗却可再降10%，可使手机平板等移动设备更省电。

因此，在电池和其他硬件一致时，手机如果能搭配10nm工艺的LPDDR4X内存，在续航潜力的表现上自然更加值得期待。

此外，内存性能越高，意味着手机可以在更短的时间内完成数据交互，同样有利于节省电力。

以LPDDR4X内存为例，它就可以运行在单通道（多与骁龙4系搭配）、双通道（骁龙6/7系）和四通道（骁龙8系，麒麟980）模式，通道数越多性能越强。

在不久的将来（预计2020年），手机内存还会进化到LPDDR5时代，抛开性能不谈，LPDDR5内存较LPDDR4X的功耗还能再降30%，它自然又是可以延长续航时间的芯片之一。

闪存芯片

闪存芯片大家应该会更熟悉一些，目前手机领域主要以eMMC5.1和UFS2.1为主，而一加7、三星Note10、黑鲨2 Pro和ROG2等手机都用上了UFS3.0闪存。以持续读取速度为例，eMMC5.1最高约400MB/s，UFS2.1平均在900MB/s左右，而UFS3.0则可突破1500MB/s大关。

速度的增加，可以让UFS闪存在更短时间完成数据的读写，从而更快进入省电待机状态。

最新的UFS3.0还进一步通过2.5V VCC电压降低功耗，并支持最新NAND Flash技术，工作温度范围也从-25摄氏度~85摄氏度扩展到了-45摄氏度~105摄氏，可避免在极高/低温环境下手机停止工作的情况。

可见，当手机用上UFS2.1或UFS3.0闪存后，无论是性能、功耗（主要在效率更高）还是可靠性都能进一步提升，当它们与10nm LPDDR4X或LPDDR5内存搭配后，就手机存储单元的功耗表现将更加理想。

通信芯片

手机内置的通信芯片（4G+蓝牙+Wi-Fi+GPS）同样是手机硬件耗电的主要来源，再上层的应用都是通过调取这些器件产生耗电。

其中，基带和射频模块会影响4G+蓝牙+Wi-Fi的性能和功耗，苹果去年发售的iPhone XS和iPhone XS Max之所以4G信号和续航不理想，很多业内人士就都将矛头指向了其内置的英特尔基带芯片上。

当我们启动定位或导航应用时，就该轮到GPS芯片运行了，它是否支持GPS、GALILEO、QZSS和GLNONASS四大定位系统，采用了单天线还是双定位天线设计都会影响其定位能力。

当然，耗电量也是考核GPU芯片的指标之一，以国内首款支持新一代北斗三号信号体制的多系统多频高精度SoC芯片HD8040为例，它的定位精度最高可达±1米的亚米级，而且连续定位功耗也降低了30％，待机功耗最低只有1uA。

如果你从事车辆运营行业，需要长时间定位导航，选择一款定位更准、导航时更省电的手机还是很有必要的。

移动平台

手机搭载的处理器（准确来说是SoC或移动平台），应该是耗电量最高的芯片，而关于它的功耗等级，很多用户还存在一些误解。

比如，采用最新工艺的新款处理器，它的耗电量就一定远低于上代前辈吗？

这个问题的答案自然是否定的。

以台积电7nm工艺为例，官方对其的描述是——新工艺性能可提升35%或者功耗降低65%。请注意其中的“或”字，骁龙855相对骁龙845、麒麟980相对于麒麟970，它们的实际表现都是功耗保持不变或小幅下降的同时大幅提升性能。毕竟，在宣传上更省电远没有更强悍让人印象深刻。

另一个误解则是，高端处理器就一定比主流处理器费电吗？

在工艺相同时（比如都是10nm），高端处理器比主流处理器还要省电并非不可能。比如骁龙855和骁龙710的工艺相同，前者满负载时的功耗更高。

但是，很少有APP需要处理器始终满负载输出，而是属于阶段性的忽高忽低。而高端处理器，能在更短的时间完成处理任务然后进入休息期，而主流处理器则需要更长的时间去处理相同的任务，所以反而会耗费更多的电力。

现在很多手机都主打“游戏模式”，只要启动游戏，手机就会自动清理后台，将处理器设定为“满血”状态。实际上，只要你的手机搭载了骁龙710或更高级别的处理器，游戏模式往往会带来不必要的耗电。

原因很简单，以《王者荣耀》为例，哪怕是骁龙660，在没有游戏模式加持的情况下也能跑出40fps到60fps的帧数，基本感觉不出卡顿。

同理，骁龙710可以维持在50fps到60fps、骁龙855可以稳定在55fps到62fps。所谓“游戏模式”，只能帮手机减少帧数的波动，比如让骁龙855稳定在60fps满帧运行，波动范围在1fps左右。

问题来了，在游戏的过程中如果不看帧数监测，你能感觉得出50fps和60fps这两种帧数时的差异吗？

答案是不能，而游戏模式带来的后遗症，就是让处理器在不知不觉中产生了更多的耗电，得不偿失。

从小编的经验来看，游戏模式其实最适用于骁龙6/7系玩《和平精英》、骁龙7系玩《崩坏3》这种级别的游戏，将最低帧数从25fps提升到30fps，让平均帧数从35fps变成39fps，这才有意义。因此，当你用手机玩原本就很流畅的游戏时，最好可以关闭游戏模式（如何可以关闭的话），如此才能更大限度延长手机的续航潜力。

不止是丢数据固态硬盘面临的异常掉电考验

很多朋友都遇到过电脑强制关机之后再次启动时不能上网的情况，这是由于异常断电导致了网卡驱动程序的损坏或丢失。对于固态硬盘来说，异常断电除了丢文件还有更可怕的后果：硬盘像手机刷机失败一样直接变砖。

为了增强写入性能，电脑硬盘默认都开启了写入缓存，允许程序在写入数据时由操作系统先放入内存缓冲，程序可以继续执行后边的任务，缓冲区内数据可以慢慢写入到硬盘里。但这一过程中如果发生停电或强制关机，就有可能会丢文件了。

除了启用写入缓存之外，下方还有一个“关闭设备上写入缓冲区刷新”的选项，NVMe固态硬盘必须要勾上这个选项才能全速运行，但显然这样做会增加更多的数据丢失风险。这也是目前NVMe不如普通SATA固态硬盘成熟的一个表现。

我们先来看机械硬盘是如何预防断电数据丢失的：东芝在最新的10TB企业级机械硬盘上增加了一颗原本固态硬盘上才会使用的闪存芯片。在断电时借助盘片旋转的惯性发电，供主控将DRAM缓存内数据转移到闪存中安全保存，完美实现了断电数据不丢失，设计非常巧妙。

企业级固态硬盘通常使用断电保护电容供电来实现缓存内数据的紧急写入。不过电容寿命限制较多，很可能会在闪存之前损坏并导致严重的故障，所以家用固态硬盘中并没有这个功能。另外固态硬盘的DRAM缓存内主要存放FTL闪存映射表，只有至多16MB容量用来短时缓存用户读写的数据，随着Flush指令的下达，这部分数据就会写入到NAND闪存中永久保存下来。

Flush指令是由Windows系统自动定时发送的，会强制固态硬盘缓存区内数据实际写入到闪存永久保存。下面以东芝Q200 240G固态硬盘来进行测试。Q200是东芝原厂8通道MLC闪存SSD，当前性价比最高的原厂固态硬盘之一。

使用名为sync的手动Flush软件来检验一下Flush指令的作用：

文件复制完成后立刻断电，重新开机后文件MD5会出错，因为还有部分数据留在缓存中没有实际写入闪存：

如果文件复制后执行Flush命令，然后立刻断电，再次校验MD5是正确的，说明文件被完整写入到了固态硬盘内。

Windows系统自动向固态硬盘发送Flush指令的频率是很快的，所以偶尔强制关机并不一定出现问题。此外家用电脑的断电保护和有无DRAM缓存关系不大：即便你能保护住硬盘缓存数据，主机没有UPS不间断供电的话，主内存数据依然会丢，断电瞬间发送到SATA接口上的指令也有可能是错误的。

家用固态硬盘断电防护的主要目标是避免闪存写飞，破坏到同单元的原有数据位内容。东芝Q200主要应用了Copy on Write的方式来实现保护：如下图所示，当固态硬盘要修改Page 3时，会先将Page 3原有内容拷贝一份到保留区域，然后再写入Page 3的数据。如果写入被停电打断而出错，固态硬盘还能通过提前拷贝出来的数据进行恢复。

总的来说，家用固态硬盘防断电主要靠聪明的主控与固件搭配，当然如果大家能养成良好习惯，最大限度减少强制关机的发生才是对固态硬盘最好的保护。

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