2024年3月14日发(作者：崔吉)
龙源期刊网
关于手机SOC发热和功耗问题的分析
作者：刘佩林
来源：《电子技术与软件工程》2015年第18期
随着移动互联网时代的到来，智能手机用户越来越多。手机的功能也越来越强大，这与手
机的心脏——SOC发展密切相关。手机功能的越来越全面和性能的提升，随之而来的是手机
发热导致用户使用的不舒适和电池的使用时间的缩短。可以说，手机SOC直接影响着我们使
用手机时的用户体验。本文针对手机SOC的发热和功耗问题进行了初步探讨，分析了其问题
产生的原因，进而对其提出了可行的对策。
【关键词】soc内核 功耗 发热
1 手机SOC发展现状
一个现代的手机SOC不仅包括CPU，还包含了GPU，基带，DSP，内存控制器等部件，
手机SOC中的CPU从诺基亚时代的性能羸弱且单一的32bit、arm9内核到现在最新的64bit、
cortex-A57内核与Silvermont内核群雄争霸的局面。其综合性能已经超越了当年的主机ps3及
其XBOX360；但是手机的散热性能决定了SOC的发热量不能过大，在当前电池技术没有突破
性进展的情况下，功耗也不能过大。当前手机SOC厂家在研发时，考虑的性能优先级占多，
但是对于移动设备，SOC厂家应该考虑的是和手机厂家合作，在做到不影响用户体验的情况
下追求性能提升。
2 手机SOC功耗大和发热大的主要原因
任何电器工作就会产生功耗，由P=U*I可知：在我们当前的技术条件下，任何用电器只要
接通电流就会产生热量，这是不可避免的。要降低手机功耗的最基本原理就是降低SOC要维
持运行频率所需要的电压和电流。
2.1 制造工艺因素
制造工艺的发展限制。现代集成电路的发展是以硅芯片为主的。所谓的制造工艺，其实就
是指的芯片的制程，现在主流的制程有22nm，28nm，32nm，最先进的有14nm，在当前条件
下，制程越小，芯片集成度越高，发热也越小。但是随着制程的减小，手机SOC的规模却在
增大，相互抵消，所以这就是每当有新制程使用时我们实际使用的感觉却变化不大的原因。而
且制程的发展也有局限，在目前来看，10nm就是硅晶体制造的极限，超过之后就会发生漏电
不可控和电子之间的相互影响等量子物理学和相对论问题。因此，在尚未有新的技术和理论出
现之前，制程的减小已经到了尽头。
2.2 设计因素
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2.2.1 从研发角度来看
人类的发展总是在追求更好的工具，而“更好”则被SOC厂商理解成为了性能更强的处理
器，因此，厂商研发的方向总是为了推出性能更加强大的处理器。
2.2.2 从宣传角度来看
社会中，有一大部分人总是喜欢买具有噱头的产品，因此，推出更有噱头的产品更有利于
厂家产品的销售，于是就有了所谓的“真八核”处理器，甚至于某厂家还在最近推出了10核心
的手机处理器。
3 解决手机SOC发热大和功耗大问题的方法和手机SOC未来的发展
3.1 因制造因素造成问题的解决方法
使用越小的制程不仅会让芯片的集成度更高，而且还会大幅降低芯片的功耗。以Nvidia
9600gt为例，该芯片前期使用的工艺为65nm，后期产品中使用的工艺为55nm，而且两个版本
芯片除了制程不同之外所有硬件规模都相同。在55nm产品中，维持相同频率所使用电压降低
了降低了0.15v。在满载使用时，65nm版功耗为90w，而55nm版满载功耗则为70w，满载功
耗足足降低了20w。由此可见，制程的降低，能大幅的减少芯片的功耗。
在同样制程中采用更好的工艺也是减少功耗和发热的一个途径，以高通骁龙800和骁龙
600为例，其内核都基于krait架构，但是由于定位不同（骁龙800定位高于骁龙600），骁龙
800采用了28nmHPM（High Performance for mobile，高性能移动计算）工艺，而骁龙600只
采用了28nmLP工艺。使得骁龙800的最高频率能够达到2.3Ghz，而骁龙600只能达到
1.7Ghz。在实际使用中，骁龙600由于发热过高而降低频率的问题也比骁龙800常见。
使用新的材料（如石墨烯）来制造芯片，可以改善芯片导电率和增强芯片的电气性能，但
是由于还在处于研发阶段，这里不做讨论。
当厂商采用更好的工艺，消费者都认可其生产的芯片时，销量自然会上升，当销量增大以
后，整体利润也会上升。
3.2 因设计因素造成问题的解决方法
纵观手机SOC的发展历史，不难发现，手机SOC的发展历程其实和个人PC的CPU发展
历程极为相似。但是，个人PC作为一个多媒体娱乐中心和生产力工具是和手机不同的。个人
PC可以追求性能的极限，手机作为随身终端，有着续航，散热面积等限制，就不能去以追求
性能为唯一目标了。
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现在手机SOC的发展有两个方向，一个是以Apple，nvidia为主的以单核性能和GPU性
能为主的派系和以联发科、高通为主的以多核心为目标的派系。Apple的SOC中，以iPhone
5s为例，它采用的是A7处理器，其晶体管数量超过了10亿个，与因特尔桌面处理器i5晶体
管规模持平，超过了高通同期的产品骁龙800。而它却是一个双核处理器，频率只有1.4Ghz。
在实际运算测试中，其运算能力甚至超越了高通公司的骁龙800。因为其频率低，所以整体功
耗相对低。这种思路是低频、大核心且核心数量少的SOC。
在我们实际体验中中，对多线程或者大规模数据处理并不多。因而手机对通用处理器
（CPU）的要求并不像PC上那么大。在现代化手机操作系统中，都对硬件图形加速提供了支
持。其原理为将重复的、简单的数据处理交给GPU来完成。而在实际使用中，手机所处理的
数据大多为简单重复的数据（如图形绘制，简单读点运算）。所以，利用好硬件加速多将设计
重心放在GPU上减少CPU的规模也是降低功耗的一个办法。
3.3 手机SOC未来的发展
未来随着云计算的普及和移动网络速率的提升，对手机SOC本身的运算能力的要求将会
减弱。届时，手机SOC只需要做好画面的渲染和大量数据的吞吐。因此，未来手机SOC的发
展将会是以图形能力和数据吞吐能力为主的，低功耗，低发热产品。
4 结论
手机SOC的发热、功耗，对手机整体素质有着重要意义，不仅能够让手机更凉爽，还能
在有限条件下增加待机时间和使用寿命。解决手机SOC的发热问题和功耗问题，首先要从设
计问题入手，在实际应用中，手机SOC厂商应该遵循大位宽，低频，和单线程能力，并结合
手机实际使用场景来设计手机SOC，不应以性能为第一指标，此外，制造工艺的选用也是厂
商该考虑的一大方面。
作者单位
西南科技大学 四川省绵阳市 621000
2024年3月14日发(作者：崔吉)
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关于手机SOC发热和功耗问题的分析
作者：刘佩林
来源：《电子技术与软件工程》2015年第18期
随着移动互联网时代的到来，智能手机用户越来越多。手机的功能也越来越强大，这与手
机的心脏——SOC发展密切相关。手机功能的越来越全面和性能的提升，随之而来的是手机
发热导致用户使用的不舒适和电池的使用时间的缩短。可以说，手机SOC直接影响着我们使
用手机时的用户体验。本文针对手机SOC的发热和功耗问题进行了初步探讨，分析了其问题
产生的原因，进而对其提出了可行的对策。
【关键词】soc内核 功耗 发热
1 手机SOC发展现状
一个现代的手机SOC不仅包括CPU，还包含了GPU，基带，DSP，内存控制器等部件，
手机SOC中的CPU从诺基亚时代的性能羸弱且单一的32bit、arm9内核到现在最新的64bit、
cortex-A57内核与Silvermont内核群雄争霸的局面。其综合性能已经超越了当年的主机ps3及
其XBOX360；但是手机的散热性能决定了SOC的发热量不能过大，在当前电池技术没有突破
性进展的情况下，功耗也不能过大。当前手机SOC厂家在研发时，考虑的性能优先级占多，
但是对于移动设备，SOC厂家应该考虑的是和手机厂家合作，在做到不影响用户体验的情况
下追求性能提升。
2 手机SOC功耗大和发热大的主要原因
任何电器工作就会产生功耗，由P=U*I可知：在我们当前的技术条件下，任何用电器只要
接通电流就会产生热量，这是不可避免的。要降低手机功耗的最基本原理就是降低SOC要维
持运行频率所需要的电压和电流。
2.1 制造工艺因素
制造工艺的发展限制。现代集成电路的发展是以硅芯片为主的。所谓的制造工艺，其实就
是指的芯片的制程，现在主流的制程有22nm，28nm，32nm，最先进的有14nm，在当前条件
下，制程越小，芯片集成度越高，发热也越小。但是随着制程的减小，手机SOC的规模却在
增大，相互抵消，所以这就是每当有新制程使用时我们实际使用的感觉却变化不大的原因。而
且制程的发展也有局限，在目前来看，10nm就是硅晶体制造的极限，超过之后就会发生漏电
不可控和电子之间的相互影响等量子物理学和相对论问题。因此，在尚未有新的技术和理论出
现之前，制程的减小已经到了尽头。
2.2 设计因素
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2.2.1 从研发角度来看
人类的发展总是在追求更好的工具，而“更好”则被SOC厂商理解成为了性能更强的处理
器，因此，厂商研发的方向总是为了推出性能更加强大的处理器。
2.2.2 从宣传角度来看
社会中，有一大部分人总是喜欢买具有噱头的产品，因此，推出更有噱头的产品更有利于
厂家产品的销售，于是就有了所谓的“真八核”处理器，甚至于某厂家还在最近推出了10核心
的手机处理器。
3 解决手机SOC发热大和功耗大问题的方法和手机SOC未来的发展
3.1 因制造因素造成问题的解决方法
使用越小的制程不仅会让芯片的集成度更高，而且还会大幅降低芯片的功耗。以Nvidia
9600gt为例，该芯片前期使用的工艺为65nm，后期产品中使用的工艺为55nm，而且两个版本
芯片除了制程不同之外所有硬件规模都相同。在55nm产品中，维持相同频率所使用电压降低
了降低了0.15v。在满载使用时，65nm版功耗为90w，而55nm版满载功耗则为70w，满载功
耗足足降低了20w。由此可见，制程的降低，能大幅的减少芯片的功耗。
在同样制程中采用更好的工艺也是减少功耗和发热的一个途径，以高通骁龙800和骁龙
600为例，其内核都基于krait架构，但是由于定位不同（骁龙800定位高于骁龙600），骁龙
800采用了28nmHPM（High Performance for mobile，高性能移动计算）工艺，而骁龙600只
采用了28nmLP工艺。使得骁龙800的最高频率能够达到2.3Ghz，而骁龙600只能达到
1.7Ghz。在实际使用中，骁龙600由于发热过高而降低频率的问题也比骁龙800常见。
使用新的材料（如石墨烯）来制造芯片，可以改善芯片导电率和增强芯片的电气性能，但
是由于还在处于研发阶段，这里不做讨论。
当厂商采用更好的工艺，消费者都认可其生产的芯片时，销量自然会上升，当销量增大以
后，整体利润也会上升。
3.2 因设计因素造成问题的解决方法
纵观手机SOC的发展历史，不难发现，手机SOC的发展历程其实和个人PC的CPU发展
历程极为相似。但是，个人PC作为一个多媒体娱乐中心和生产力工具是和手机不同的。个人
PC可以追求性能的极限，手机作为随身终端，有着续航，散热面积等限制，就不能去以追求
性能为唯一目标了。
龙源期刊网
现在手机SOC的发展有两个方向，一个是以Apple，nvidia为主的以单核性能和GPU性
能为主的派系和以联发科、高通为主的以多核心为目标的派系。Apple的SOC中，以iPhone
5s为例，它采用的是A7处理器，其晶体管数量超过了10亿个，与因特尔桌面处理器i5晶体
管规模持平，超过了高通同期的产品骁龙800。而它却是一个双核处理器，频率只有1.4Ghz。
在实际运算测试中，其运算能力甚至超越了高通公司的骁龙800。因为其频率低，所以整体功
耗相对低。这种思路是低频、大核心且核心数量少的SOC。
在我们实际体验中中，对多线程或者大规模数据处理并不多。因而手机对通用处理器
（CPU）的要求并不像PC上那么大。在现代化手机操作系统中，都对硬件图形加速提供了支
持。其原理为将重复的、简单的数据处理交给GPU来完成。而在实际使用中，手机所处理的
数据大多为简单重复的数据（如图形绘制，简单读点运算）。所以，利用好硬件加速多将设计
重心放在GPU上减少CPU的规模也是降低功耗的一个办法。
3.3 手机SOC未来的发展
未来随着云计算的普及和移动网络速率的提升，对手机SOC本身的运算能力的要求将会
减弱。届时，手机SOC只需要做好画面的渲染和大量数据的吞吐。因此，未来手机SOC的发
展将会是以图形能力和数据吞吐能力为主的，低功耗，低发热产品。
4 结论
手机SOC的发热、功耗，对手机整体素质有着重要意义，不仅能够让手机更凉爽，还能
在有限条件下增加待机时间和使用寿命。解决手机SOC的发热问题和功耗问题，首先要从设
计问题入手，在实际应用中，手机SOC厂商应该遵循大位宽，低频，和单线程能力，并结合
手机实际使用场景来设计手机SOC，不应以性能为第一指标，此外，制造工艺的选用也是厂
商该考虑的一大方面。
作者单位
西南科技大学 四川省绵阳市 621000