智能手机电池续航能力和SoC功耗基准测量

智能手机电池续航能力和SoC功耗基准测量

       电池续航能力是手持/移动终端用户体验的一个重要方面，而且鉴于现在智能手机的广泛使用和紧凑外形，电池续航能力的重要性更为突出。随着我们的智能终端越变越薄，电池体积越变越小，而屏幕却越来越大（将消耗更多功率），芯片运行速度越来越快，电池续航能力也面临着日益增长的挑战。这一问题引发了媒体和智能手机用户群体对智能终端电池续航能力的广泛关注。在过去一年里，关于该话题的文章数量激增，主要都是关于如何量化电池续航能力以及比较不同手机和作为这些移动终端核心的基础芯片组（通常也称为系统级芯片或SoC）的功耗差异。

       
       现在，业内已经有好几种方法可以用来量化功耗/电池续航能力。接下来，我们将详尽地帮助大家了解智能手机在智能手机级和SoC级的电池续航能力和功耗，同时剖析量化功率的各路流行方法，并讨论在此量化过程中需要考虑的几个重要因素。

什么是电池续航能力？

       电池续航能力是指在给定的“使用模式”下，手机单次充电可运行的时间。使用模式非常关键，因为它会对电池续航能力产生巨大影响。使用模式既可是单一用例模式，如视频播放或网页浏览，一般来说智能手机所宣传的电池续航能力对应的就是这种模式（例如支持10小时视频播放），也可是一套针对某些特定使用类型的复杂用例模式。

电池续航能力和功耗有什么关系？

? 电池续航能力=[电池容量（瓦时）]/ [功耗（瓦特）]

? 功耗（瓦特）=[电压（伏特）]* [电流（安培）]

       这里需要注意的重点是，计算功耗时需要将电压和电流考虑在内。这一点在比较多个终端功耗时显得尤为重要——因为我们常常会比较各终端的电流消耗（毫安）。然而，只有在所有参与对比的终端都是在相同（电池）电压条件下进行测试时，电流消耗对比才有效。如果电压不同，对比结果就不准确。保险起见，我们通常进行功耗对比，而不是电流对比。

测量电池续航能力的方法有哪些？

流行的方法有两种：

       1. 在电池充满电后，开启手机连续进行一种操作，直到手机由于电池电量过低自动关机

       例如，连续播放视频直到手机电量过低自动关机。视频播放的时间大致就是这一单一用例模式下的电池续航时间。

       这种方法易于使用但受限于其应用——通常适合测量单一循环用例的功耗。此外，该方法还受各种变量的影响，如电池本身已使用的时间和组件间的差别，或者由于测试一开始电池未完全充满而导致测量误差。

       2.使用功率测量工具测量功耗

       功率测量工具提供了更加灵活、快速、准确的方法来测量功耗和估算电池续航能力。

       它可以测量和对比单个用例的功耗，也可以采用“时间加权率”合并单个用例的功耗，以此来估算包含多种用例的复杂使用模式下（例如商业用户）的电池续航能力，模拟最真实的使用情况。

       使用该方法时，手机需要借助仪器装备，以使得智能终端消耗的是外部电源（通常是测量设备自身的部件），而不是手机电池。此方法一般采用市面上销售的测量工具。

功率测量和分析时需要考虑哪些因素？

? 智能手机级 vs.SoC级测量

       用手机电池所测量出的功率反映的是整体“智能手机”级的功耗，其中包括移动SoC的单个组件（调制解调器、CPU和GPU等）、显示屏、传感器及其他PCB上的组件在特定用例使用模式下的功耗。因此，不同手机之间电池功率的对比只能反映出它们在“手机总体水平”上的功耗差别，却无法直接反映相关SoC的功耗差别。，这也就是为什么两个基于相同SoC的不同型号手机在“手机总体水平”上会出现不同的功耗情况。软件组件（操作系统、用户界面自定义及驱动程序优化）也会对一款智能手机的功耗产生显著影响。总之，“智能手机电池级”功耗对比并不能直接反映“SoC级”的功耗，测量SoC级的功耗水平还需要依赖于其他努力和实验。

       为得到有效的SoC/系统级功耗估算值，我们需要单独计算出显示屏（主要功耗者）和SoC外部其他耗电部件的功耗，才能排除它们的影响，这个过程非常复杂，需要进行仔细分析。

       此外，这种方法能够有效地估算出基于同一SoC的各款智能手机/设计的功耗，从而比较出哪一款OEM设计最充分地利用了这款SoC的功率特性。

? 显示屏对功耗的影响
       在许多需要开启显示屏的用例下（如流媒体、用户界面交互、网页浏览及游戏），显示屏会是整体电池电量消耗的主要因素。通常情况下，不同手机制造商使用不同规格的显示屏（从而造成不同的功耗）。在许多情况下，尤其是显示屏较大的情况下，显示屏的功耗甚至超过其他所有元件的总功耗。因此，要得到公平的功耗对比，就必须对显示屏的功耗进行仔细评估、控制和消除（如果必要的话）。

       进行“智能手机级”对比时，应确保所有参与对比的终端的显示屏亮度设置在标准/可用的水平（例如200尼特）。人们常常不按同等条件对比，从而导致对比结果不准确。事实上每一个显示屏都有不同的最大可实现亮度。有时候，人们仅仅是将各款手机的显示屏亮度设置为同一百分比（如50%）来比较它们的功耗，这种情况下，虽然软件设置是相同的，实际的绝对屏幕亮度却是明显不同的。

       进行“SoC级”对比时，我们必须极为细心地将显示屏功耗与整体电池功耗分开测量。鉴于显示屏功耗的重要性，任何显示屏功耗测量中的微小误差都可能严重影响“SoC级”对比的精确性。

? 同等性能/体验质量下的功耗测量

       确保在提供同等性能或体验质量的条件下进行功耗对比是公平比较的一个重要方面。如果二者负载/质量不同，就难以对它们的“性能/功耗”状态进行公平的比较。

       示例：视频录制/摄录像机在SoC级的功耗对比应解决以下问题，如功耗是否由同一摄像头传感器或功耗相当的传感器测量？录制是否在相同分辨率和帧速率下进行？以及最终录制的视频在两个终端上质量是否一样？如果手机之间录制视频的质量区别很大，那么不考虑性能/质量的情况而只单独进行功耗对比是没有意义的。

       玩游戏时测量功耗，关键的一点就是要确保它们的帧速率和显示品质相同。

? 全面把握功耗

       要获得功耗的真实评估，重要的是涵盖所有关键的智能手机技术领域和用例。这需要包括调制解调器（语音、数据）、多媒体（音频、视频、图形）、浏览、流媒体以及其他实际使用情况，而不仅仅专注于一个或两个方面，如在运行特定CPU或GPU合成基准时测量功耗。而且鉴于移动芯片组架构越来越向异构方向发展，越来越多地将不同的处理任务分配到各自最适合（最有效的）模块中进行处理，考虑整体情况就显得更为重要了。在SoC级中，这相当于整体分析所有的SoC组件，而不是只专注于一个数据块或处理组件。

? 了解并最小化引起差异的原因

       不同终端间的构造差异以及在什么温度下操作终端(热差异)都将对我们的功耗测量结果产生极大影响。因此，在同一温度水平下测量多个终端才能获得更有意义的对比结果。