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揭秘华为Mate 20X石墨烯散热技术!将诺奖材料装进手机

发布时间:2018-11-23 09:34:06  来源:智东西    背景:

  近年来,随着手机游戏的兴起,智能手机作为游戏机的功能也越来越突出,因此在智能手机领域中出现了游戏手机的新品类。

  与此同时,用户对智能手机玩游戏时流畅不卡顿、稳定不掉帧、电池大、待机时间长等体验要求也越来越高,因此智能手机的性能也遇到了空前考验,这也成为一直困扰智能手机厂商的问题。

  不久前,华为重磅推出了华为Mate 20 X,在业内首次运用了VC液冷+石墨烯膜的散热技术,配合此前华为推出的GPU Turbo和智能AI调度系统,将智能手机的手游体验推向了新高度。

  近日,智东西与华为的研究团队进行了深入交流,其中不仅有因猎豹奔跑而脑洞大开获得灵感的有趣故事,更有软件和硬件专家彼此磨合,散热方案两次被推翻一波三折的经历。

  VC液冷+石墨烯膜构筑Mate 20 X两道散热防线

  华为Mate20 X集合了7.2英寸大屏、5000mAh超大电池等诸多看点。然而,Mate 20 X最具看点,也最让业内震惊的是其首次采用了VC液冷+石墨烯膜的散热技术。

  即使在大型游戏场景下,Mate 20 X特效全开也能持久鏖战,带给玩家更快速、更流畅、更酷爽的竞技体验。

  VC液冷+石墨烯膜散热技术在Mate 20 X内构筑起两大散热防线:

  第一道防线:在CPU体系上搭建了VC(Vapor Chamber)液冷系统,可以将热源的热量快速从热源芯片传出,并通过整机均温措施,避免局部热点的形成。

  第二道防线:以石墨烯膜替代传统的石墨作为散热材料,将手机产生的热量快速散发出去。

  在手机开启手游时,这两道防线将一起发挥作用。此外,再配合华为此前推出的图像加速处理技术GPU Turbo以及智能AI调度系统方案,可以将Mate 20 X在开启游戏时保持极高的散热效率,平均功耗持续控制在3W。

  从传统方案到让猎豹能跑马拉松

  传统的散热方案也非常多,包括石墨片、铝合金、铜架构等,华为为何要挑战石墨烯这种新材料呢?

  起初研发人员接到的需求是开发一款Mate新旗舰,在保留Mate科技创新基因的基础上,实现卓越的游戏体验,超过行业所有的竞争对手。

  为了让方案目标更明确,华为召集了100名顶级游戏玩家,通过与这些游戏高手的深入交流,获得了掉帧、卡、发热等游戏痛点问题的几个关键词。

  随后,针对这几个痛点问题,华为基于石墨片、铝合金、铜架构等传统散热材料,作出了第一版方案,并对其进行了测试。

  在《刺激战场》60帧情况下特效全开,数据结果是整个功耗为4瓦,35分钟时温度达45度。同时硬件启动了自我的保护机制,导致手机开始掉帧、变频,而这与当初提出的极致相距甚远。

  如何在第一版方案上做迭代?如何将测试数据进一步提升?

  其中一位华为人员在周末陪女儿看《动物世界》时,留意到片中提到的猎豹虽然爆发速度可以高达每秒30米,但这样的速度也仅仅能维持两三分钟。这是因为猎豹身上没有汗腺,缺乏出汗散热的系统,猎豹身体温度达到41度后,速度就会下降。

  受猎豹启发,华为决定要做一款做能跑马拉松的“猎豹”,专门攻克散热难题。

  首先,为了让CPU、GPU等硬件在游戏时发挥最佳效果,华为研发了一套智能AI调度系统,配合华为此前推出的图像处理加速技术GPU Turbo,硬是将手机功率降到3瓦,可以持续30分钟以上的满帧运行,满足85%的用户使用需求。

  但这对于玩游戏时长三四个小时的深度用户来说,并称不上是极致。而软件方面的优化能力已经被华为挖掘到了极点,于是,研发人员开始试图在硬件方面寻求突破。

  从诺贝尔物理学奖到落地智能手机

  想要更强的散热系统,只能在CPU防控体系上作改变,改变传统的散热架构,最后研发人员在2012实验室里找到了解决方案——石墨烯膜散热技术。

  石墨烯技术源于2004年曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫分离出了一种超薄石墨薄片,这种薄片是一种呈蜂巢晶格的平面二维材料。两位发现者也凭借这项技术获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

  华为研究石墨烯技术的起源则可以追溯到2015年,在2015年华为2012实验室就启动了这项技术的行业合作,致力于将石墨烯技术落地。在石墨膜散热架构上,华为2012实验室已经深入研发了三年时间。

  可能很多人不理解,既然石墨膜获诺贝尔奖八年了,为什么需要三四年才能落地?

  华为研究人员告诉智东西,从实验室转化为真正可量产、可做产品的过程中,还有很多坎要过。

  华为花了十几吨石墨烯原材料,搞了一年多的时间,才实现纳米材料均匀涂布,烧出高导热的石墨烯膜。

  同时,石墨烯膜质地柔软,在切割的时候由于不易切断,会出现“藕断丝连”的情况,早期良率不到10%,但量产至少要达到良品率85%。石墨烯膜生产工艺路线完全不同于传统石墨膜,为此几乎更换了所有设备。

  最终,华为与产业界合作伙伴一起将石墨烯散热片的良品率做到了商用级别。

  至此,推翻两次、几经周折,VC液冷+石墨烯膜散热技术的新型散热方案终于尘埃落地,并为Mate 20 X极致游戏体验提供了坚实的技术后盾。

  创新产品背后是科研实力和产业链把控的比拼

  坦率讲,近年来全球智能手机整体市场增长趋势放缓,业内厂商都在寻求新的突破和增长点。

  AI芯片、全面屏创新解决方案、多摄系统、系统加速技术、3D结构光、新兴散热技术等一大批新科技、黑科技涌现在智能手机行业。

  而即将到来的5G时代,更是将智能手机行业推向技术竞争阶段的关口期。

  在这个关口期,研发实力、产业链把控成为了智能手机玩家实现市场突围的关键。

  华为作为全球智能手机行业的头部玩家,近年来在智能手机技术领域的动作和布局越来越加紧,如P20的后置三摄、图像加速处理技术GPU Turbo、AI芯片麒麟980、Mate 20的3D结构光以及Mate 20 X的VC液冷+石墨烯膜的散热技术。

  在华为等头部玩家的带领下,智能手机市场的技术竞争门槛在进一步拉高。

  结语:华为在智能手机领域的势力与野心

  深究其背后原因则有两个,一方面是华为手机对用户需求痛点问题的精准捕捉;另一方面则是华为在新技术研发上的深厚积淀。

  在华为每一项新产品、新技术推出的背后,都有着一大批工程师、研发人员、产品经理等华为人共同的努力,他们不断将最新的技术带到普通的智能手机用户身边。

  而也正是在他们的努力下,华为智能手机也凭借敏锐的行业洞察力和技术实力引领着全球智能手机行业的发展。

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