智能機(jī)電池對(duì)策

越來(lái)越多的用戶對(duì)智能手機(jī)的“電池耐用性”感到不滿。雖然智能手機(jī)還有望進(jìn)一步高性能化，但電池容量的增大卻無(wú)法抱有太大的期待。不放過任何可能性，徹底減少耗電量的挑戰(zhàn)已經(jīng)開始。

你的智能手機(jī)電池能用一天嗎？

智能手機(jī)已經(jīng)完全成為了手機(jī)的主角。估計(jì)2011年度智能手機(jī)在日本國(guó)內(nèi)的銷量將首次超過傳統(tǒng)手機(jī) 注1）。在智能手機(jī)順利普及的同時(shí)，用戶對(duì)一個(gè)問題的不滿也爆發(fā)了。這就是電池的電量減少得太快了，也就是常說(shuō)的“電池耐用性”非常差。在日本MMD研究所于2011年10月實(shí)施的調(diào)查中，四分之三的智能手機(jī)用戶對(duì)電池耐用性“非常不滿”或“比較不滿”注2）。

注1）日本MM總研于2012年3月13日宣布，預(yù)計(jì)2011年度（2011年4月～2012年3月）的手機(jī)供貨量為4190萬(wàn)部，其中智能手機(jī)為2340萬(wàn)部（整體的55.8％）。該公司預(yù)測(cè)，智能手機(jī)的供貨量比例在2012年度將達(dá)到68.7％，2013年度達(dá)到75.1％，2014年度達(dá)到79.3％，2015年度達(dá)到81.9％。

注2）日本MMD研究所于2011年10月6～12日實(shí)施了在線調(diào)查。有效回答人數(shù)為272人。

手機(jī)廠商也開始有了危機(jī)感。某手機(jī)廠商的技術(shù)人員表示，“我們最初只是著眼于推出智能手機(jī)產(chǎn)品，而近一年來(lái)則是將提高電池耐用性放在了優(yōu)先位置”。手機(jī)廠商正在部件廠商的協(xié)助下，采取措施兼顧手機(jī)的高性能化和低功耗化。

而且，還有更大的障礙在等待著手機(jī)廠商和部件廠商。這就是估計(jì)今后智能手機(jī)的性能提高幅度將超過電池容量的增幅（圖1），因而迫切需要進(jìn)一步推進(jìn)低功耗措施。

圖1：電池容量與性能之間的鴻溝逐漸擴(kuò)大
智能手機(jī)運(yùn)行的處理今后將更加復(fù)雜，而充電電池的容量卻無(wú)望增加。必須通過減少浪費(fèi)耗電、提高處理的電力效率等措施，來(lái)降低性能提高所帶來(lái)的耗電量。

智能手機(jī)的耗電量顯著增加

智能手機(jī)的電池耐久性之所以成為一個(gè)問題是因?yàn)榕c傳統(tǒng)手機(jī)相比，前者的耗電量顯著增加。智能手機(jī)用戶大多采用4英寸以上的大尺寸顯示屏，以便瀏覽數(shù)據(jù)量較多、用于個(gè)人電腦的Web網(wǎng)站。而且，隨著智能手機(jī)的各項(xiàng)功能越來(lái)越便利，用戶操作的時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。

傳統(tǒng)手機(jī)的充電電池容量在800mAh左右，由于顯示屏的大屏幕化，智能手機(jī)的電池容量已經(jīng)增至1500mAh左右。盡管如此，用戶仍感覺“電池不經(jīng)用”。即使將現(xiàn)有的電池容量增加近兩倍，也無(wú)法滿足普通智能手機(jī)用戶一天消耗的電量（圖2）。

圖2：智能手機(jī)的耗電量逐漸增加
圖中是澳大利亞研究機(jī)構(gòu)NICTA的研發(fā)小組得出的智能手機(jī)耗電量分析結(jié)果。針對(duì)谷歌的“Nexus One”，在自主設(shè)定的多種狀態(tài)下測(cè)量了平均耗電量。

重視這個(gè)問題的手機(jī)廠商，開始力推延長(zhǎng)智能手機(jī)電池耐久性的“節(jié)電”功能。比如，NEC卡西歐移動(dòng)通信公司、夏普和松下移動(dòng)通信公司都各自在智能手機(jī)中配備了被分別叫做“環(huán)保模式”、“環(huán)保技巧”以及“環(huán)保導(dǎo)航”的節(jié)電模式。

這些節(jié)電功能可以讓用戶簡(jiǎn)單地進(jìn)行旨在降低耗電量的設(shè)定，比如關(guān)閉無(wú)線LAN和藍(lán)牙等通信功能，或降低顯示屏亮度等。還配備了根據(jù)時(shí)間和電池剩余電量自動(dòng)改變?cè)O(shè)定的功能。

夏普的智能手機(jī)還配備了可減少屏幕在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)所消耗電量的“節(jié)能待機(jī)”功能（圖3）。夏普通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)本部全球營(yíng)銷中心主任兼產(chǎn)品策劃部長(zhǎng)河內(nèi)嚴(yán)表示，“在24個(gè)小時(shí)中，屏幕處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間大概有20個(gè)小時(shí)左右。減少該狀態(tài)下的后臺(tái)（Background）處理動(dòng)作，也不會(huì)影響手機(jī)的易用性”。所以，手機(jī)會(huì)在屏幕關(guān)閉時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行部分后臺(tái)處理。

圖3：手機(jī)廠商配備可減少無(wú)用耗電的應(yīng)用
夏普在2012年2月上市的“AQUOS PHONE 104SH”等機(jī)型中配備了“環(huán)保技巧設(shè)定”應(yīng)用，可輕松進(jìn)行節(jié)電設(shè)定（a）。為了減少屏幕關(guān)閉時(shí)的耗電量，還配備了可自動(dòng)停止部分后臺(tái)處理和通信的“節(jié)能待機(jī)”功能（b）。

致力于部件的節(jié)能

手機(jī)廠商一直致力于在不讓用戶察覺到的前期下，減少各個(gè)部件的耗電量。NEC卡西歐移動(dòng)通信公司商品開發(fā)本部第一硬件設(shè)計(jì)部高級(jí)專家并木秀夫表示，在應(yīng)用處理領(lǐng)域，“我們一直致力于如何才能更好地利用處理器和存儲(chǔ)器的節(jié)電機(jī)構(gòu)”。包括根據(jù)處理負(fù)荷改變CPU內(nèi)核的電源電壓和工作頻率的機(jī)構(gòu)，以及根據(jù)不同范圍停止向存儲(chǔ)器供電的機(jī)構(gòu)等。各大公司都在絞盡腦汁地對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以便明確何種狀態(tài)下應(yīng)該如何進(jìn)行使用。

顯示屏中引進(jìn)了可動(dòng)態(tài)下調(diào)背照燈亮度的技術(shù)。比如，夏普可以對(duì)影像信號(hào)進(jìn)行分析，掌握畫面的亮度和對(duì)比度趨勢(shì)，從而調(diào)整各個(gè)像素的亮度成分，同時(shí)降低背照燈的亮度?？梢栽诓唤档鸵曈X質(zhì)量的情況下，將背照燈的亮度最大降低50％。

對(duì)性能的要求沒有止境

此前一直致力于低功耗化的手機(jī)廠商和部件廠商，今后必須具備更為出色的低功耗化技術(shù)。原因就是開篇提到的，因?yàn)槭謾C(jī)性能的提高幅度很可能會(huì)大于電池容量的增幅。

智能手機(jī)中使用的鋰離子充電電池的單位體積能量密度，在10年后的2022年估計(jì)也僅會(huì)提高到現(xiàn)有的1.3倍左右。而對(duì)性能的提高要求則永無(wú)止境。在新一代智能手機(jī)中，估計(jì)應(yīng)用處理將增加CPU和GPU內(nèi)核的數(shù)量、提高工作頻率，顯示方面將支持顯示屏的大屏幕化和高精細(xì)化，通信方面將支持LTE（Long Term Evolution）等新型無(wú)線通信方式

是放棄提高性能？還是忍受配備又大又重電池的厚重手機(jī)？如果僅僅依靠此前開發(fā)的低功耗化技術(shù)，那么遲早有一天會(huì)不得不面臨這個(gè)選擇。實(shí)際上手機(jī)業(yè)界已經(jīng)得出了一個(gè)測(cè)量結(jié)果：支持LTE的智能手機(jī)在LTE通信時(shí)的電池耐久性低于3G通信時(shí)（圖5）。

圖5：利用LTE后電池耐久性惡化
圖中是美國(guó)2011年下半年以后上市的主要4G（LTE或移動(dòng)WiMAX）機(jī)型以及“iPhone 4S”，在瀏覽Web時(shí)的連續(xù)使用時(shí)間。摘自美國(guó)在線媒體“AnandTech”（http://www.anandtech.com/）實(shí)施的基準(zhǔn)測(cè)試所獲得的數(shù)據(jù)。

細(xì)小浪費(fèi)都不放過

手機(jī)廠商和部件廠商開始意識(shí)到電池耐久性會(huì)在將來(lái)成為一個(gè)大問題，從企業(yè)采取的各項(xiàng)措施中可以看出的趨勢(shì)是，業(yè)界正在從各個(gè)角度徹底削減電力的浪費(fèi)。這種削減電力的出發(fā)點(diǎn)本身并不是什么新穎的東西。不過，與此前截然不同的是細(xì)微之處也不放過。

比如，將某個(gè)部件引進(jìn)的低功耗化技術(shù)擴(kuò)展至智能手機(jī)內(nèi)的其他部件，或者將控制電力的部件和時(shí)間單位進(jìn)行更為細(xì)致地劃分。單看每項(xiàng)低功耗化技術(shù)的節(jié)電成效也許較小，但一項(xiàng)一項(xiàng)地積累起來(lái)，就能大幅削減功耗。

智能手機(jī)具有用戶購(gòu)買后可以追加應(yīng)用軟件（以下簡(jiǎn)稱應(yīng)用）的特點(diǎn)，因此今后讓應(yīng)用開發(fā)人員注重耗電量將變得很重要。九州大學(xué)系統(tǒng)LSI研究中心副教授久住憲嗣表示，“對(duì)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)際分析后，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)部分的特定處理會(huì)徒勞消耗電力。如果應(yīng)用開發(fā)人員能夠仔細(xì)掌握自己所開發(fā)應(yīng)用的耗電量及其詳細(xì)情況，就可以間接地為智能手機(jī)的低功耗化做出貢獻(xiàn)”注3）。

注3）九州大學(xué)系統(tǒng)LSI研究中心開發(fā)出了制作智能手機(jī)耗電模型的方法。采用該模型可以根據(jù)應(yīng)用的CPU使用時(shí)間、無(wú)線通信量、存儲(chǔ)量和傳輸量等信息，推測(cè)應(yīng)用在智能手機(jī)上運(yùn)行時(shí)的耗電量。

低功耗化成為廠商形成差異化的因素

挑戰(zhàn)并徹底實(shí)現(xiàn)低耗電量，有助于強(qiáng)化手機(jī)廠商和部件廠商的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于追求低耗電量極限的部件廠商來(lái)說(shuō)，徹底降低功耗后不僅在智能手機(jī)市場(chǎng)上的業(yè)務(wù)量會(huì)越來(lái)越多，而且還能夠以此為契機(jī)涉足要求低功耗化的其他應(yīng)用領(lǐng)域。

在手機(jī)廠商方面，僅組裝標(biāo)準(zhǔn)部件的廠商與專注于部件易用性的廠商之間的差距，在電池耐久性這個(gè)指標(biāo)上將表現(xiàn)得越來(lái)越明顯。原因是僅憑充電電池容量和部件性能參數(shù)難以檢測(cè)的要素會(huì)產(chǎn)生很大的影響。夏普的河內(nèi)表示，“在如何利用充分部件的調(diào)整部分，整體的耗電量將會(huì)發(fā)生很大變化。能否在不犧牲性能和外觀設(shè)計(jì)的前提下，找到電池容量和耗電量的最佳平衡點(diǎn)，這會(huì)是手機(jī)廠商之間實(shí)現(xiàn)差異化的一個(gè)重要因素”。