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2015-09-02

芯太熱斋扰,這或許是做移動產品最大的技術問題

視頻監(jiān)控領域也正在經歷這樣的變革渡八。但幾乎所有的移動解決方案,都必然面臨一個最大障礙:芯片太熱了传货!「芯太熱」是一個普遍現象屎鳍,以下我嘗試用專業(yè)技術知識來剖析下,為什么會太熱问裕?

本文由楊作興博士授權「深圳灣」發(fā)表逮壁,在原文基礎上有略微改動。

未來是移動的天下粮宛,這已經是不爭的趨勢窥淆!視頻監(jiān)控領域也正在經歷這樣的變革。

百度的「小度 i 耳目」攝像頭巍杈,360 的小水滴智能攝像機忧饭,還有丁丁拍和極路客等這些產品,都不迫不及待地擺脫了數據線的束縛筷畦,邁出了從固定向移動的重要一步词裤。而 GoPro刺洒,騰訊的 Qlippie,多軸無人機等則更加徹底一些吼砂,已經完全放棄了有線數據傳輸逆航,真正實現了移動監(jiān)控攝像頭的功能。從固定到無線渔肩,可謂是大勢所趨因俐。

但幾乎所有的移動解決方案,都必然面臨一個最大障礙:芯片太熱了周偎!「芯太熱」是一個普遍現象女揭,以下我嘗試用專業(yè)技術知識來剖析下,為什么會太熱栏饮?

我們先看看一個基本物理規(guī)律:

P=K_c2s * deltT_c2s=K_s2a * deltT_s2a吧兔。
P:監(jiān)控設備芯片的總功耗;
K_c2s:監(jiān)控設備從芯片的 PN 結到設備表面的散熱系數袍嬉,跟監(jiān)控設備的散熱表面積的大小有關境蔼,表面積越小,這個系數越大伺通;
deltT_c2s:監(jiān)控設備從芯片的 PN 結到監(jiān)控設備表面的溫差箍土;
K_s2a:監(jiān)控設備表面到大氣環(huán)境的散熱系數,跟監(jiān)控設備的散熱表面積的大小有關罐监,表面積越小吴藻,這個系數越大;
deltT_s2a:監(jiān)控設備表面到大氣環(huán)境的溫差弓柱。

舉個例子沟堡,一個監(jiān)控設備的功耗 P 是 3W,散熱系數 K_c2s 是 0.1W/度矢空, 那么溫差 deltT_c2s 就是 30 度航罗,散熱系數 K_s2a 是 0.2W/度, 那么溫差 deltT_s2a 就是 15 度屁药。如果大氣溫度是 25 度粥血,那么產品表面溫度就是 40 度(25 度+15 度=40 度),芯片 PN 結結溫就是 70 度(40 度+30 度=70 度)酿箭。

我們知道芯片是移動智能產品的核心复亏,最關鍵的部件。一件合格的移動產品缭嫡,需要保證兩個溫度不能超標:一個是芯片 PN 結的結溫不要超過 120 度缔御,超過 120 度就不在芯片的安全保證范圍了,可能讓芯片過熱械巡,出現永久損壞刹淌;另外一個是設備表面的溫度不要超標饶氏,40 度以內為好,55 度就有些燙手了有勾。根據上面那個公式疹启,我們來看看以下三個應用領域實際效果和問題。

一蔼卡、家用無線監(jiān)控攝像頭

假定居室溫度平均溫度為 25 度喊崖,那么:

1. 如果,將產品做小雇逞,表面積縮小一半荤懂,那溫升基本會 double,即產品的表面溫度將從 40 度提高到 55 度(25 度+30 度=55 度)塘砸,芯片 PN 結溫將從 70 度提高到 115 度(55 度+60 度=115 度)节仿。

2. 如果,將圖像分辨率從 720P 提高到 1080P掉蔬,功耗 P 基本會 double,溫升會 double廊宪,即產品表面的溫度,將會從 40 度提高到 55 度女轿,芯片 PN 結溫將從 70 度提到到 115 度箭启。

3. 如果,將解碼芯片從 H264 升級到 H265蛉迹,功耗 P 基本會 double傅寡,溫升會 double,即產品表面的溫度將從 40 度提高到 55 度北救,芯片 PN 結溫將從 70 度提到到 115 度荐操。

也就是說,以現有芯片的技術和特性扭倾,目前家用監(jiān)控攝像頭的溫度控制情況是——通過控制散熱面積和功耗淀零,將設備表面溫度控制在 50 度左右,雖然略微有點高膛壹,但還可以接受。不過唉堪,如果接下去技術繼續(xù)革新模聋,開始使用 1080P 分辨率和 H265 芯片,那么唠亚,家用監(jiān)控攝像頭的溫控效果链方,恐怕就要面臨比較大的挑戰(zhàn)了。

二灶搜、行車記錄儀

行車記錄儀面臨的挑戰(zhàn)比家用監(jiān)控攝像頭更大:

1. 此類攝像頭的視頻分辨率基本上以 1080P 為主祟蚀,功耗基本上是家用的兩倍工窍,溫升也是加倍。

2. 汽車一個新的趨勢是「24 小時監(jiān)控」前酿,這里的一個主要技術難題是室外停車:在汽車被暴曬的情況下患雏,車內溫度可能達到 70-80 度,即行駛記錄儀的大氣環(huán)境提高了 50 度左右罢维,這時淹仑,可能造成芯片過熱,形成產品永久損壞肺孵。

所以匀借,理論上來說,行車記錄儀在溫控方面的挑戰(zhàn)平窘,要遠遠大于家用無線監(jiān)控產品吓肋。此時,芯片的功耗如果沒有數倍的降低瑰艘,「24 小時監(jiān)控」也許只能是一個夢想而已蓬坡。

三、穿戴式攝像頭

以目前的應用場景來了解磅叛,我認為穿戴式攝像頭在溫控上的挑戰(zhàn)可能是最大的屑咳,理由如下:

1. 體積適宜方面,對穿戴式攝像頭要求更高弊琴。作為上述三種攝像頭里邊體積最小兆龙,表面積也最小的設備,在同樣功耗下敲董,產品表面溫度也會更高紫皇。

2. 客戶體驗方面,用戶希望設備表面的溫度最好是比體溫低一點腋寨,一種涼爽感覺為適宜聪铺,如果超出范圍,會直接導致用戶體驗過差萄窜,影響產品效果铃剔。

顯然,由于穿戴用品的兩個必然前提方面查刻,對芯片的技術耗能要求非臣担苛刻,苛刻到目前的主流監(jiān)控芯片穗泵,可能都無法滿足這個要求普气。

綜上所述,從固定到移動是一個共同夢想佃延,但卻面臨著「芯太熱」這個大門檻现诀。如何有效解決這個難題夷磕?是減低產品性能,還是在低功耗方面發(fā)力仔沿?希望芯片業(yè)界的低功耗專家能在低功耗方面有所突破坐桩,這樣我們才能在保持高性能的基本前提下,讓「移動的夢想」飛起來于未。

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童圣 2015-09-06 12:06

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