واحد خبر mobile.ir : مشخصات پردازشی گوشی‌های هوشمند در حال حاضر از برخی کامپیوترهای جدید نیز پیشی گرفته و نقش برجسته این ابزارهای ارتباطی در آینده تکنولوژی کاملا بدیهی به نظر می‌رسد. قدرت بالاتر در یک مجموعه پردازشی از یک سو به معنای انجام سریع‌تر کارها و از سوی دیگر مساوی با تولید گرما و حرارت بیشتر توسط پردازنده‌هاست و گوشی‌های موبایل نیز در این زمینه مستثنی نیستند؛ کنترل و انتقال گرما در یک گوشی‌ موبایل متفاوت از کامپیوترهاست و از همین رو همواره ایده‌های جدیدی در این رابطه مطرح می‌شود که در کارائی و پرفورمنس گوشی تأثیر مستقیمی برجای می‌گذارند. در ادامه این مطلب با شیوه‌های دفع این حرارت به ویژه سیستم‌های خنک‌کننده مایع آشنا می‌شویم.

تولید حرارت یکی از نکات مشترک تمامی پردازنده‌ها اعم از موبایلی و غیر موبایلی‌ست که فارغ از قیمت و رده کاربری‌ در هر سیستم کامپیوتری رخ می‌دهد؛ انرژی الکتریکی در پردازنده‌ها به دلیل مقاومت (resistance) مدارهای ارتباطی به حرارت تبدیل می‌شود و با توجه به ناممکن بودن حذف مقاومت حتی از پیشرفته‌ترین مدارهای الکتریکی، تولید حرارت جزء جدائی ناپذیری از هر پروسه پردازشی به حساب می‌آید. تولید گرمای بیش از اندازه جدا از خطراتی که ممکن است برای اجزای حیاتی سیستم به همراه داشته باشد، در عملکرد و پروفورمنس مجموعه پردازشی نیز تأثیر منفی به‌سزائی داشته و به کند شدن این مجموعه می‌انجامد. تجربه ناگوار چیپ‌ست Snapdragon 810 به عنوان فاجعه‌ تمام‌عیاری در شرکت کوالکام که ارتباط مستقیمی با حرارت بیش از اندازه این پردازنده داشت، از جمله مثال‌های مشخص در این زمینه است.

مسابقه نانومتر: کاندید اول کاهش حرارت

یکی از راه‌های کاهش حرارت در یک مجموعه پردازشی، ساخت مجموعه کوچک‌تری‌ست که برای انجام یک کار مشخص، به انرژی کمتری نیاز داشته و در نتیجه حداقل روی کاغذ گرمای کمتری را نیز تولید ‌کند. معیار اندازه در یک پردازنده به اندازه و فاصله مابین ترانسیستورهای آن وابسته است که در حال حاضر با واحد نانومتر یا nm مشخص شده و از آن با عنوان لیتوگرافی ساخت نیز یاد می‌شود. یک نانومتر واحدی در طول به اندازه 10 به توان منفی 9 یا یک میلیاردم متر است که به خوبی اندازه میکروسکوپی پردازنده‌های فعلی را توصیف می‌کند. چیپ‌ست‌های با نانومتر پائین‌تر در مقایسه با یک چیپ‌ست مشابه با نانومتر بالاتر، فضای کمتری را اشغال کرده و حرارت پائین‌تری را نیز تولید می‌کند اما در عمل اکثر شرکت‌های فعال در زمینه ساخت پردازنده از این فرایند کوچک‌سازی برای جا دادن تعداد بیشتری ترانسیستور در یک فضای ثابت استفاده می‌کنند که تأثیرات مثبت ناشی از حرارت کمتر را به میزان زیادی خنثی می‌کند. از سوی دیگر، یک پروسسور موبایلی کوچک‌تر، مساحت کمتری برای منتشر کردن حرارت داشته و گرمای آن به جای گسترش در سطح، در یک نقطه بسیار داغ متمرکز می‌شود. بدین‌ترتیب با وجود آنکه کاهش لیتوگرافی ساخت روی کاغذ می‌تواند به کاهش حرارت کمک کند اما این انتظار در عمل چندان به وقوع نپیوسته و باید به دنبال راه‌های دیگری برای کاهش حرارت در این مجموعه بود.

کنترل سرعت: کاهش حرارت، عملکرد ضعیف‌تر

بیشترین حرارت ایجاد شده در پردازنده‌های مختلف در زمان کارکرد آنها در حداکثر بار رخ داده و پائین آوردن فرکانس CPU راه‌حلی عملی برای ایجاد گرمای کمتر در این مجموعه‌هاست. برای کاهش فرکانس یک پردازنده می‌توان از ولتاژ کمتری برای تغذیه آن استفاده کرد یا سرعت کلاک را تقلیل داد. راه‌حل‌هائی مثل معماری big.LITTLE شرکت ARM که در آن پردازنده‌های قوی‌تر با فرکانس بالاتر در یک دسته‌ (cluster) جداگانه قرار داشته و پردازنده‌های ضعیف‌تر نیز دسته دیگری را تشکیل می‌دهند از جمله دیگر راه‌های کنترل حرارت به این شیوه است؛ در این راه‌حل از پردازنده‌های قدرتمند تنها در زمانی که واقعا به آنها نیاز است استفاده شده و در باقی موارد، وظیفه پردازش بر عهده هسته‌های ضعیف‌تر با فرکانس کمتر (که طبیعتا حرارت کمتری تولید می‌کنند) خواهد بود.

پائین‌ آوردن فرکانس برای کنترل حرارت (thermal throttling) با توجه به کاهش قدرت پردازنده، شیوه چندان محبوبی در بین کاربران محسوب نمی‌شود و بنابراین از این روش نیز نمی‌توان به عنوان یک راه‌حل دائمی و کاربردی یاد کرد.

هیت‌سینک: راه‌حل اولیه

در لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترهای شخصی ساده‌ترین و بدیهی‌ترین راه‌حل برای کنترل حرارت و انتقال آن به جائی خارج از مجموعه، اتصال یک قطعه فلزی (اغلب مسی یا آلومینیومی) به پردازنده برای دریافت گرما است. این هیت‌سینک‌ها غالبا با ماده هادی حرارتی همچون چسب‌های سیلیکونی به پردازنده متصل هستند و یک فن دمنده در بخش خارجی آن‌ها، بازده عملیات خنک‌سازی را دو چندان می‌سازد. هیت‌سینک‌ها با وجود بازده بالا به دلائلی مثل وزن، حجم، صدای تولیدی و قیمت برای همه کاربری‌ها مناسب نیستند و از آن گذشته در گوشی‌های موبایل نیز به دلیل محدودیت جا و انرژی، نمی‌توان از آنها استفاده کرد.

سیستم خنک‌کننده مایع: راه‌کاری عملی

مکانیزم هیت‌سینک در کامپیوترها براساس حرکت هوا پیرامون اجزای پردازشی سیستم شکل گرفته که در اکثر کاربری‌های معمول کفایت می‌کند این سیستم‌ اما در مواقع تولید حرارت بیش از اندازه (مثلا در مورد گیمرها و اورکلاکرها) چندان کارآمد نیست و به همین علت از خنک‌کننده‌های مبتنی بر آب در این سیستم‌ها استفاده می‌کند. در سیستم‌های خنک‌کننده با آب، بلاک‌های مخصوصی به CPU و GPU (یا هر جزء دیگر تولیدکننده حرارت) متصل شده که خود به لوله‌های آبی که به مخزن و پمپ متصلند، مرتبط بوده و با گردش آب و ترکیبی مشابه رادیاتور اتومبیل، حرارت را به طرز مشهودی نسبت به سیستم‌های هوا-خنک کاهش می‌دهند. این سیستم با وجود کارائی بالا، تنها در PCهای حرفه‌ای و خاص کاربرد داشته و نه‌تنها در گوشی‌های موبایل بلکه در لپ‌تاپ‌ها نیز اغلب نمی‌توان استفاده کرد.

برای سیستم‌های کوچک‌تر و به خصوص گوشی‌های موبایل از راه‌کار مشابه‌ای به اسم سیستم خنک‌کننده مایع (Liquid cooling) استفاده می‌شود که در آن همچنان بلاک‌های متصل به پردازنده حفظ می‌شود اما لوله‌های بزرگ و حجیم حاوی آب جای خود را به لوله‌های تخت و باریک فلزی (heat pipe) داده که درون آن با ماده گرماگیر خاصی که در دمای محیط به صورت مایع است، پر شده اما با رسیدن حرارت چیپ‌ست پردازشی به حداکثر خود، با دریافت گرما، به گاز تبدیل شده و به سمت دیگر این پایپ یعنی قسمت خنک‌تر حرکت می‌کند. این گاز در بخش خنک‌تر دوباره به مایع تبدیل شده و به سیکل قبلی برای گرفتن حرارت پردازنده و تبدیل به گاز باز می‌گردد. سیستم خنک‌کننده مایع برخلاف خنک‌کننده آبی، نیازی به پمپ ندارد. سیستم‌های خنک‌کننده Liquid cooling قابلیت جدید و نوظهوری به حساب نمی‌آیند و سال‌‌هاست از آنها به عنوان خنک‌کننده در کارت‌های گرافیک کامپیوتر و پردازنده‌های لپ‌تاپی (برای انتقال گرمای پردازنده به فن) استفاده می‌شود نکته جدید در این میان اما حضور این سیستم خنک‌کننده در گوشی‌های موبایل است.

اسمارت‌فون‌هائی نظیر مایکروسافت Lumia 950 XL، سامسونگ گلکسی S7 و سونی XPERIA Z5 از جمله اولیه گوشی‌های مجهز به قابلیت heat pipe بودند و در طی یکی دو سال گذشته با مطرح شدن ایده اسمارت‌فون‌های مخصوص بازی، تعداد بیشتری از گوشی‌های موبایل به این ویژگی مجهز شده‌اند. گوشی‌های مختلف در این میان با استراتژی‌های متفاوتی از هیت‌ پایپ‌ها استفاده می‌کنند. برای نمونه Razer Phone گوشی مخصوص بازی شرکت ریزر بخش بزرگی از نیمه پائینی گوشی را به لوله‌های انتقال حرارت اختصاص داده و یک صفحه مسی نیز به هدایت گرما کمک می‌کند.

در ZTE nubia Red Magic به عنوان یک گوشی گیمینگ دیگر، شیوه نسبتا متفاوتی به‌کار گرفته شده است؛ در این مدل از یک لایه گرافیت برای انتقال حرارت از پردازنده به هیت‌پایپ استفاده شده و شکل محدب و متفاوت بخش پشتی نیز فضای بیشتری را برای انتقال حرارت فراهم آورده است. برای خروج حرارت از بدنه گوشی نیز چهار دریچه در چهار سمت بخش پشتی قرار دارد که البته ظاهرا دریچه پائین سمت راست،‌ نقش اسپیکر اصلی دستگاه را نیز ایفا می‌کند. طبق ادعای ZTE با اتخاذ این استراتژی، این گوشی در گرم‌ترین حالت خود 10 درجه خنک‌تر از آیفون X خواهد بود.

شیائومی Black Shark گوشی مخصوص بازی دیگری‌ست که از سیتم خنک‌کننده مایع چند مرحله مخصوصی بهره می‌برد که طبق ادعای شرکت سازنده، دمای پردازنده را تا 8 درجه کاهش می‌دهد و با کمک آن می‌توان پردازنده را در 70 درصد مواقع بدون ایجاد حرارت اضافی در بالاترین فرکانس ممکن نگاه داشت.

دیگر گوشی مخصوص بازی یعنی Asus ROG Phone از مکانیزم متفاوتی با نام تجاری GameCool بهره می‌برد که به یک بخش خنک‌کننده به نام 3D steam chamber، یک صفحه نسبتا بزرگ مسی با ضخامتی نزدیک به 1 میلی‌متر و یک پد خنک‌کننده کربنی مجهز است. برای خنک‌سازی هرچه بیشتر یک قطعه خارجی قابل اتصال به نام AeroActive Cooler مجهز به فن نیز برای این گوشی در نظر گرفته شده که در موقعیت‌های دشوارتر به کار گرفته می‌شود. طبق ادعای ایسوس این سیستم تا 16 برابر سطح انتشار حرارت بیشتری داشته و تا 47 درصد کارائی بیشتری در خنک‌سازی پردازنده دارد.

سامسونگ در گلکسی نوت9 سیستم خنک‌کنندگی S7 را بهبود بخشیده و در آن از یک لوله حرارتی عریض‌تر و لایه‌ای از مس مابین دو پخش‌کننده حرارتی برای انتقال بهتر حرارت استفاده کرده‌ است. کل سیستم انتقال حرارت در این گوشی به صورت لایه‌لایه و درست روی پردازنده قرار دارند. اولیه لایه متصل به پردازنده از جنس فیبر کربن است که عملکرد فوق‌العاده‌ای در انتقال حرارت دارد. بالاتر از این قسمت نیز لایه‌های انتقال حرارتی دیگری قرار دارند که مساحت اتلاف حرارتی را به 350 میلی‌متر مربع افزایش می دهند و در نهایت در بالاترین قسمت به لوله حرارتی مسی بر می‌‌خوریم.

استفاده از سیستم‌ خنک‌کننده مایع در گوشی‌های موبایل رو به افزایش است و نشان آن را این روزها در اکثر گوشی‌های پرچمدار بازار می‌توان مشاهده کرد تا جائی‌که نمونه‌های کاملا ارزان‌قیمتی همچون شیائومی Pocofone F1 از نیز با این سیستم خنک‌سازی به بازار عرضه‌ شده و می‌توان انتظار داشت که در سال‌های آینده از این فناوری در گوشی‌های ارزان‌قیمت‌تر رده میانی نیز استفاده شود.