5G手機耗電大，它是怎樣幫你偷偷省電的？

最近我在做幾款新手機的續航測試，發現這些手機雖然都是5G 高性能手機，但它們的續航卻能跟過去的4G 手機幾乎保持同一水準。

按道理說，手機在加入5G模塊后，天線增多、吞吐能力更強，所消耗的電量理應比4G 手機更大，但為何像 Galaxy S20這種電池只有4000mAh 的小身板5G手機，也能有4-5小時的（重度）亮屏時長？

如果我們再往前看，還能發現一個有趣的現象，過去幾年里，旗艦手機的電池容量普遍都是在3500-4500mAh 這個標準范圍內。

而且即便手機性能在一直升級，手機每次的亮屏時長也依然還是在5-6個小時，如果電池更大那甚至還能達到7小時左右。

實際上，隨著手機所承載的功能越來越多，在目前電池技術沒有取得突破性進步的條件下，電池內的每1% 電量，對于手機來說都是彌足珍貴的。

除非像 Galaxy S20 Ultra 用更大的機身容納5000mAh 的電池，但這樣便損失了手機的便攜性，也同時增加了手機重量。

▲ 華為 Mate 20 X（5G）擁有大機身，能容納更大的電池和方便散熱

既然不能改變電池技術，那就改變耗電技術。手機廠商在大力升級硬件的同時，其實也不忘考慮到手機續航，他們通過積少成多的方式，給手機運行騰出更多電量。

我在之前一篇關于高刷新率屏幕的文章中，提到了 iPad Pro 采用的是一塊120Hz 屏幕，這塊屏幕表現細膩、順滑，但同時也比普通60Hz 屏要增加消耗更多的電量。

而為了能延長 iPad 的續航時間，蘋果其實并沒有讓這塊屏幕以120Hz 全局運行，而是通過 Promotion 這項技術讓系統根據內容自動調節屏幕刷新率，進而控制屏幕的對電池消耗。

比如說，120Hz 是屏幕刷新率的最高值，當使用 Apple Pencil 書寫、游戲這種需要高精度的操作時，系統會自動啟用高刷新率；但如果像播放30/60Hz 視頻這種本身不需要120Hz 的內容，系統就會自動切換到內容的最高速率。

至于像在電子書或者靜態圖片這種并不需要太高刷新率的場景，系統也會將刷新率降到最低，控制屏幕在靜態顯示下的電池消耗。

隨著高刷新率屏在手機上出現，一些手機廠商也在手機系統內提供了類似于 Promotion 的「智能調配」刷新率的機制供用戶使用，相比固定全局120Hz 運行，這種智能調配機制能給手機省下約5% 的電量。

▲ ColorOS 系統設置頁

當然，雖然有些手機沒有單獨提供智能切換選項，但他們也會根據場景來自動調節刷新率。比如一加、黑鯊手機，盡管只提供60/90Hz 的選項，但在90Hz 下也會動態調節刷新率，工作原理其實也和 Promotion 相似。

▲ 一加手機氫 OS 系統設置頁

近些年手機屏幕從 LCD 大量變為 OLED，這一方面是因為 OLED 更容易被廠商「捏造」出不同形態，另一方面是 OLED 相對要比 LCD 省電一些，但實際上 OLED 在硬件層面上給手機帶來的節能還是比較有限，所以廠商也在利用 OLED 的一些特性來減少屏幕的消耗。

這里比較知名的莫過于如今各大廠商標配的「夜間模式」，這個能讓 OLED 屏幕大量減少發光像素點的功能，無疑能讓手機屏幕的消耗降到最低。

在前幾天一篇關于黑暗模式的文章中，我們曾探討過無論是 Google 還是蘋果，這些廠商都在利用 OLED 屏幕來延長手機續航，而在 PhoneBuff 的測試里，夜間模式甚至能給 iPhone XS 多出30% 的電量，這對于續航本身就一般的 iPhone XS 來說，可以說是非常明顯的續航提升了。

除了從屏幕這個「耗電大戶」入手以外，手機的其他關鍵零件也在給續航時間騰出更多電量。

想必大家都有留意到，每逢像 SoC、新手機這些產品發布時，廠商除了展示出新品在性能上比舊品強多少以外，也不忘花時間去介紹「功耗降低 XX%」這個關鍵信息。

▲ 圖片來自：Android Authority

這對手機續航有什么幫助？

實際上隨著 SoC 的 CPU 架構、制程工藝、調度設計的變化，當前 SoC 的功耗已經比過去遞減下降，而性能效率也隨新處理器的加入和工藝遞增上升。

用簡單的語言來說，現在花同樣的力氣，辦的事比以前更多了。

在 Anandtech 對驍龍865幾款一線處理器的對比測試中，我們能看到驍龍865的能量消耗在和驍龍855是非常接近，但前者比后者的性能卻有20% 的提升，這側面證明高通介紹驍龍865時對比驍龍855有能效提升的說法。

▲ 圖片來自：Anandtech

但 Anandtech 第一次所測試的只是驍龍865工程機的數據，而不能代表量產驍龍865表現，更具參考意義的是之后對 Galaxy S20 Ultra 的測試。

在這次測試中，這枚驍龍865的功耗不但比驍龍855低，甚至還比之前在工程機上的測試成績更低，這要歸功于高通和三星對量產版 SoC 的能效優化。

當然，臺積電的7nm、A77這些技術也應享有給手機省電的功勞。

▲ 工程機測試成績（左）/S20 Ultra 測試成績（右）. 圖片來自：Anandtech

不過需要備注的是，Anandtech 的這個排名只是基于測試得出的「平均功耗」參考數據，要得出 SoC 的總功耗還應該結合使用時間和其他綜合因素。

但能看到驍龍865的功耗比過去更低，其實我們也能了解到新處理器在「節能」這方面有著更出色的表現。

▲ 麒麟990的多核 NPU 組合

而對于近年廠商加入的 AI 系統，手機廠商則是用「專核專功」的方式去減輕 CPU 的負擔，比如說麒麟990里面的 NPU 就是用類似于 big.LITTLE 的「大核＋微核」去節省 AI 所需用電。

像人臉解鎖這些小任務用的是微核，而像拍照渲染則是用大核工作。

▲ 華為 AI 相機渲染

然而，通過 SoC 節省出來的去補充5G 所消耗的電量也只是杯水車薪，手機廠商還需要從其他方面「擠」出寶貴的電量。

同樣是花小力氣辦大事的還有 LPDDR 5和 UFS 3.1兩個新標準，表面上看，兩個新標準只是循例提升了內存和存儲芯片的帶寬和速率。

可實際上，這兩個新標準都分別增加了節能方面的特性。

有人說 LPDDR5和 UFS 3.1都是為 AI 和5G 準備的東西，我認為這其實是一句雙關語，兩個標準除了在速度上滿足 AI 和5G 需求外，它們也在提升性能的同時也節省了更多電量。

按照三星在公布 LPDDR5時的實驗室數據，LPDDR5內存在功耗上要比 LPDDR4X 節省20%。雖然這20% 幾乎可以被忽略不計，但我們并不能將它切開來看，需要和其他環節綜合起來。

▲ 圖片來自：中國三星

能讓 LPDDR5更省電的原因主要是這次新增的 Data-Copy（將單個針腳數據復制到其他針腳）和 Write-X（減少數據在 SoC 與內存之間傳輸時的耗電）兩項減少數據來回傳輸耗能的技術。

用小學都能理解的話來說，就是「數據少來回跑，少折騰，少消耗。」

但是，內存所省下來的電量并不會完全轉化到手機里，而是像 SoC 以同樣的力氣做更多的事。所以三星的 LPDDR5內存的工作電壓依然還是保持和 LPDDR4X 一致的1.1V（Vddq/Vdd2），運行功耗沒有變化，但它的傳輸速度卻比 LPDDR4X 快1.3倍，而且容量也增大了。

▲ 圖片來自：PC-Tablet

盡管 UFS 3.1在性能上和加了 TurboWrite 的 UFS 3.0不相伯仲，但新增加的 Deep Sleep 成了這個0.1的升級被5G 手機選擇的理由之一。

之所以叫做 Deep Sleep，是因為這個功能只會在手機閑置狀態下才會觸發，芯片會根據當前環境進入低功耗模式，繼而節省像用戶晚上睡覺時手機所消耗的待機電量。

不過 Deep Sleep 注定是一項用戶感知不強的節能技術，畢竟在每次睡醒啟用手機時你也不會關注到手機節省下來那2-3% 的電量。

▲ 圖片來自：AndroidCentral

除了在硬件方面下手以外，Google 也曾經在 Android P 系統中嘗試加入 Deepmind 的 AI 優化系統，通過軟件層面上的機器學習能力和 Adaptive Battery 調配軟件資源，延長電池續航時間。

而蘋果則是通過調頻、關閉部分后臺功能的低電量模式來延長手機續航時間，雖然犧牲了一些諸如「嘿，Siri」等蘋果特色功能，但換來更長的續航時間，能給人帶來和世界不失聯的安全感。

更有一種方法則是直接讓系統根據場景自動調節網絡策略，ColorOS 的做法是在系統中加入 Smart 5G 依據手機溫度、電量、當前網絡環境自動切換 WiFi、4G/5G 網絡，它的原理有點像屏幕刷新率自切換，按照 ColorOS 方面的說法，這項技術能給手機提升30% 的續航時間。

所以即便5G 手機的消耗比4G 手機大，隨著更先進的硬件和軟件優化技術出現，5G 手機的續航問題已經從這些細節中被逐步解決。

其實自5G 手機在國內開始普及起，我至今一直認為，手機性能、功能和續航都應該是以三駕馬車同步并進，手機硬件、軟件除了朝向更快、更多功能兩方面發展，同時也要在電池容量的限制條件下，用更多節省耗能的方式，支持手機在未來的5G 環境中實現更多新功能。

當然，今天的5G 手機和我們見面還不到一年，許多節能優化的方法還有待我們繼續摸索，比如改變5G 基帶的裝配方式、減少多天線工作的消耗、使用更省電的屏幕……

不過說到底，我還是希望在不久的將來有更好的電池技術出現，畢竟續航的根本，還是在于電池的性能上。

來源: 愛范兒