三伏天，各大电商平台和评测网站越来越频繁地出现一个小物件——手机散热背夹。散热背夹贴在手机背面。是手机外置的风扇和空调，用来给手机降温。散热背夹的流行，说明了手机越来越热的事实。在手机计算能力几乎无所不能的当下，散热问题和芯片一样成为行业面临的瓶颈之一。手机配置提升，发热量大增理论上，手机配置越高，性能越强，散热也越好。事实上，手机越来越热，这与手机配置的提升有直接关系。理想情况下，虽然手机芯片制造工艺越先进，晶体管密度越高，但能带来更高的性能和更低的功耗，温度控制也会更好。但在实际应用中，性能更强的手机会处理更复杂的任务，满足更高的需求。典型的场景是玩游戏和看视频。近几年，手游的超清90Hz高帧率模式在更多手机上得到普及，视频网站也相继上线了4K、HDR等分辨率的视频。手机在处理这些任务时，功耗也相应增加，过程中产生的热量往往超过芯片级别带来的提升。苹果5nmA14仿生芯片内置118亿个晶体管，相比7nm芯片增加近40%。不过，iPhone12长期存在的游戏画面变暗、降频等问题依然会出现在iPhone12上，原因是游戏模式下手机温度过高。而拥有百亿晶体管的骁龙888也没有“让人失望”，成功从骁龙810手中接过了“火龙”的称号。除了芯片之外，5G手机整体提升配置也有所提升工作时发热。分辨率更高、刷新率更高的屏幕会导致更高的功耗。在一次测试中，某品牌手机在120Hz刷新率模式下的续航时间相比60Hz模式降低了20%-25%。更大更快的电池和充电模块也会增加发热的风险。另外，5G本身就意味着更高的传输损耗。5G网络的能耗是4G的2.4-2.8倍。也对手机天线数量和射频前端模块提出了更高的功耗要求。同时，目前弱的5G网络也让手机一直处于搜索信号的状态，导致更大的功耗和发热。手机越来越热是必然的。如何为手机散热也是业界重要的技术方向。由于手机体积大，厂商采用这三种方式给手机降温，手机很难像电脑那样内置风扇散热。虽然有些游戏手机内置了散热风扇，但那是专有设备的“赛博朋克”尝试。事实上，手机的散热技术近年来不仅发展缓慢，甚至在追求轻薄的过程中，也常常被视为牺牲点。说起来，手机散热的过程很简单，就是将手机内部的热量导出到手机外部。在相同的环境温度下，手机后盖与空气之间的热传导效率基本恒定，所以散热工作主要在手机内部，内部元器件尤其是SoC产生的热量，迅速指向手机壳。从iPhone4诞生到现在，手机的散热技术大致经历了三个迭代。第一代智能手机使用石墨片来散热。在手机的核心和后盖上粘贴石墨片，或者覆盖石墨散热膜，通过石墨传导热量。4G手机普及后，三星在GalaxyS7中采用了超薄热管技术，开启了热管散热风潮。热管散热就是我们通常所说的液冷。液体在热管或散热片中流动，在汽化和液化的循环中，吸收并带走手机关键部位的热量。但在液冷系统中，液体在热管中的流动是单向的，所以5G手机自带的VC散热进化版。VC散热板上布满了毛细管，可以理解为增加散热用热管“管”的密度，铺成一个“面”。现在的各大旗舰几乎都把VC散热作为卖点。VC散热效果如何，看看网上网友的反馈就知道了。事实上，三代手机的散热技术并无本质区别。它们都采用导热性能较好、在液体中会发生多晶型变化的散热材料。但是，材料的导热系数和液体的比热容是有物理限制的，这意味着除了寻找更好的导热材料之外别无他法。目前较好的替代材料是石墨烯，但导热性好的石墨烯量产技术还未完全成熟，但在此之前，手机内部的热浪已经汹涌澎湃。毫不夸张地说，散热已经是手机最大的短板。“散热可能是电子科技的核心竞争力。”在我们生活的世界里，任何物体都有阻力，而阻力就意味着热量的产生。这是电子技术注定要长期面对的问题。华为任正非曾将散热技术和算法列为华为竞争的瓶颈。任正非在2016年的一次演讲中提到，“大数据最大的难点是发热，硬件工程和电子技术最大的问题是散热”。核心竞争力是科研和技术同样重要。”任正非表达的意思之一是，当技术工程面临物理极限时，探索的方向是：如何在单位能量的消耗中产生最大的计算能力，同时最小的热辐射。“未来，50%的能源将消耗在芯片上。”手机降温的根本技术是减少发热。产品经理常说自己是站在上帝身边的人，不断为上帝创造东西。电子产品提供的是将物质能量转化为神经快感。从产品设计的角度来看，给机器加热就是加热机器。iPhone的解决方案是通过设计理念来应对物理化学的极限。iPhone通过对芯片、系统、软件的控制，在消耗相同电量的情况下，追求尽可能大的算力和最好的体验，尽可能将单位物质能量转化为神经性快感。这在测试中得到了验证。国外SoC测试机构A站对主流Soc进行了测试，结果显示A14的能耗比遥遥领先于其他Soc。同时，iPhone内部没有散热结构，给了内部工程足够的空间，将其转化为美观的观感。不过在实际使用中，iPhone面对突如其来的性能烧毁也无能为力。这时候安卓手机的VC散热就比较实用了，最简单粗暴的方法就是加个外置散热背夹，给手机加个空调。这也进一步说明，散热作为一项核心竞争力，未来需要从技术底层进行突破。手机散热是一门大生意。手机出货量大幅增长。面对手机内部的热浪，技术突破之前业务已经到来。现在的手机主要采用均热板+石墨/石墨烯组合散热方案，石墨散热方案将继续以辅助形式存在。据华泰证券报告，预计2021-2022年，全球手机用石墨散热膜市场规模分别为55.74亿元和60.71亿元；5G手机用石墨烯导热膜市场规模分别为1.23亿和1.73亿元。结论未来手机散热的方向是石墨烯等新材料在手机中的应用，尤其是新材料电池技术的突破。
