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芯太熱,這或許是做移動(dòng)產(chǎn)品最大的技術(shù)問(wèn)題
視頻監(jiān)控領(lǐng)域也正在經(jīng)歷這樣的變革。但幾乎所有的移動(dòng)解決方案,都必然面臨一個(gè)最大障礙:芯片太熱了!「芯太熱」是一個(gè)普遍現(xiàn)象,以下我嘗試用專業(yè)技術(shù)知識(shí)來(lái)剖析下,為什么會(huì)太熱?
本文由楊作興博士授權(quán)「深圳灣」發(fā)表,在原文基礎(chǔ)上有略微改動(dòng)。

未來(lái)是移動(dòng)的天下,這已經(jīng)是不爭(zhēng)的趨勢(shì)!視頻監(jiān)控領(lǐng)域也正在經(jīng)歷這樣的變革。
百度的「小度 i 耳目」攝像頭,360 的小水滴智能攝像機(jī),還有丁丁拍和極路客等這些產(chǎn)品,都不迫不及待地?cái)[脫了數(shù)據(jù)線的束縛,邁出了從固定向移動(dòng)的重要一步。而 GoPro,騰訊的 Qlippie,多軸無(wú)人機(jī)等則更加徹底一些,已經(jīng)完全放棄了有線數(shù)據(jù)傳輸,真正實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)監(jiān)控?cái)z像頭的功能。從固定到無(wú)線,可謂是大勢(shì)所趨。
但幾乎所有的移動(dòng)解決方案,都必然面臨一個(gè)最大障礙:芯片太熱了!「芯太熱」是一個(gè)普遍現(xiàn)象,以下我嘗試用專業(yè)技術(shù)知識(shí)來(lái)剖析下,為什么會(huì)太熱?
我們先看看一個(gè)基本物理規(guī)律:
P=K_c2s * deltT_c2s=K_s2a * deltT_s2a。
P:監(jiān)控設(shè)備芯片的總功耗;
K_c2s:監(jiān)控設(shè)備從芯片的 PN 結(jié)到設(shè)備表面的散熱系數(shù),跟監(jiān)控設(shè)備的散熱表面積的大小有關(guān),表面積越小,這個(gè)系數(shù)越大;
deltT_c2s:監(jiān)控設(shè)備從芯片的 PN 結(jié)到監(jiān)控設(shè)備表面的溫差;
K_s2a:監(jiān)控設(shè)備表面到大氣環(huán)境的散熱系數(shù),跟監(jiān)控設(shè)備的散熱表面積的大小有關(guān),表面積越小,這個(gè)系數(shù)越大;
deltT_s2a:監(jiān)控設(shè)備表面到大氣環(huán)境的溫差。
舉個(gè)例子,一個(gè)監(jiān)控設(shè)備的功耗 P 是 3W,散熱系數(shù) K_c2s 是 0.1W/度, 那么溫差 deltT_c2s 就是 30 度,散熱系數(shù) K_s2a 是 0.2W/度, 那么溫差 deltT_s2a 就是 15 度。如果大氣溫度是 25 度,那么產(chǎn)品表面溫度就是 40 度(25 度+15 度=40 度),芯片 PN 結(jié)結(jié)溫就是 70 度(40 度+30 度=70 度)。
我們知道芯片是移動(dòng)智能產(chǎn)品的核心,最關(guān)鍵的部件。一件合格的移動(dòng)產(chǎn)品,需要保證兩個(gè)溫度不能超標(biāo):一個(gè)是芯片 PN 結(jié)的結(jié)溫不要超過(guò) 120 度,超過(guò) 120 度就不在芯片的安全保證范圍了,可能讓芯片過(guò)熱,出現(xiàn)永久損壞;另外一個(gè)是設(shè)備表面的溫度不要超標(biāo),40 度以內(nèi)為好,55 度就有些燙手了。根據(jù)上面那個(gè)公式,我們來(lái)看看以下三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H效果和問(wèn)題。
一、家用無(wú)線監(jiān)控?cái)z像頭
假定居室溫度平均溫度為 25 度,那么:
1. 如果,將產(chǎn)品做小,表面積縮小一半,那溫升基本會(huì) double,即產(chǎn)品的表面溫度將從 40 度提高到 55 度(25 度+30 度=55 度),芯片 PN 結(jié)溫將從 70 度提高到 115 度(55 度+60 度=115 度)。
2. 如果,將圖像分辨率從 720P 提高到 1080P,功耗 P 基本會(huì) double,溫升會(huì) double,即產(chǎn)品表面的溫度,將會(huì)從 40 度提高到 55 度,芯片 PN 結(jié)溫將從 70 度提到到 115 度。
3. 如果,將解碼芯片從 H264 升級(jí)到 H265,功耗 P 基本會(huì) double,溫升會(huì) double,即產(chǎn)品表面的溫度將從 40 度提高到 55 度,芯片 PN 結(jié)溫將從 70 度提到到 115 度。
也就是說(shuō),以現(xiàn)有芯片的技術(shù)和特性,目前家用監(jiān)控?cái)z像頭的溫度控制情況是——通過(guò)控制散熱面積和功耗,將設(shè)備表面溫度控制在 50 度左右,雖然略微有點(diǎn)高,但還可以接受。不過(guò),如果接下去技術(shù)繼續(xù)革新,開(kāi)始使用 1080P 分辨率和 H265 芯片,那么,家用監(jiān)控?cái)z像頭的溫控效果,恐怕就要面臨比較大的挑戰(zhàn)了。
二、行車記錄儀
行車記錄儀面臨的挑戰(zhàn)比家用監(jiān)控?cái)z像頭更大:
1. 此類攝像頭的視頻分辨率基本上以 1080P 為主,功耗基本上是家用的兩倍,溫升也是加倍。
2. 汽車一個(gè)新的趨勢(shì)是「24 小時(shí)監(jiān)控」,這里的一個(gè)主要技術(shù)難題是室外停車:在汽車被暴曬的情況下,車內(nèi)溫度可能達(dá)到 70-80 度,即行駛記錄儀的大氣環(huán)境提高了 50 度左右,這時(shí),可能造成芯片過(guò)熱,形成產(chǎn)品永久損壞。
所以,理論上來(lái)說(shuō),行車記錄儀在溫控方面的挑戰(zhàn),要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于家用無(wú)線監(jiān)控產(chǎn)品。此時(shí),芯片的功耗如果沒(méi)有數(shù)倍的降低,「24 小時(shí)監(jiān)控」也許只能是一個(gè)夢(mèng)想而已。
三、穿戴式攝像頭
以目前的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)了解,我認(rèn)為穿戴式攝像頭在溫控上的挑戰(zhàn)可能是最大的,理由如下:
1. 體積適宜方面,對(duì)穿戴式攝像頭要求更高。作為上述三種攝像頭里邊體積最小,表面積也最小的設(shè)備,在同樣功耗下,產(chǎn)品表面溫度也會(huì)更高。
2. 客戶體驗(yàn)方面,用戶希望設(shè)備表面的溫度最好是比體溫低一點(diǎn),一種涼爽感覺(jué)為適宜,如果超出范圍,會(huì)直接導(dǎo)致用戶體驗(yàn)過(guò)差,影響產(chǎn)品效果。
顯然,由于穿戴用品的兩個(gè)必然前提方面,對(duì)芯片的技術(shù)耗能要求非常苛刻,苛刻到目前的主流監(jiān)控芯片,可能都無(wú)法滿足這個(gè)要求。
綜上所述,從固定到移動(dòng)是一個(gè)共同夢(mèng)想,但卻面臨著「芯太熱」這個(gè)大門檻。如何有效解決這個(gè)難題?是減低產(chǎn)品性能,還是在低功耗方面發(fā)力?希望芯片業(yè)界的低功耗專家能在低功耗方面有所突破,這樣我們才能在保持高性能的基本前提下,讓「移動(dòng)的夢(mèng)想」飛起來(lái)。
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