Как работает водяное охлаждение в смартфонах

Одним из популярных технических решений в смартфонах 2018 года стало использование систем водяного охлаждения — например, трубки с жидкостью стоят в Pocophone F1, Honor Note 10, Xiaomi Black Shark и Samsung Galaxy Note 9. Новинкой это решение назвать едва ли получится, поскольку впервые это было использовано в NEC Medias X в далеком 2013 году, в 2015 появились Lumia 950 и 950 XL 2015 с водяным охлаждением, позже такая система стояла в Samsung Galaxy S7. Но именно в тренд это оформилось только сейчас и связано со значительным ростом производительности чипов, наличием со-процессоров для искусственного интеллекта и машинного обучения, увеличением тепловыделения и ростом требований к производительности топовых мобильных игр.

Системы водяного охлаждения в смартфонах позволяют не только снизить температуру начинки (а значит, и корпуса) под нагрузкой и не допустить дискомфортного перегрева, но также обеспечивают более стабильную производительность устройств при продолжительной игре и выполнении любых других ресурсоемких операций. Все дело в том, что контроллеры тепловыделения и энергопотребления могут снижать производительность процессора при продолжительной нагрузке и увеличении температуры, что негативно сказывается на пользовательском опыте. За примерами далеко ходить не надо — достаточно несколько раз подряд прогнать бенчмарки типа AnTuTu и сравнить полученные данные. Это станет отличной иллюстрацией того, как меняется производительность устройств в играх с продолжительными сессиями типа Vainglory, PUBG или WoT Blitz.

Водяное охлаждение должно способствовать более эффективному отведению тепла и снижению температуры процессора, однако пока далеко не все пользователи доверяют этим системам. Есть мнение, что все это — маркетинговая уловка и водяное охлаждение в рамках смартфонных габаритов не может помогать в эффективном снижении температуры. Впрочем, тесты устройств с наличием и отсутствием этого компонента говорят об обратном. Компания Samsung решила рассказать о том, как в смартфонах Galaxy Note9 им удалось не просто установить водяное охлаждение, но также повысить его эффективность за счет новой системы водяного охлаждения с применением углеволоконных технологий – Water Carbon Cooling.. Ниже приводим текст из пресс-рума компании.

Смартфон Galaxy Note9 создан для пользователей, стремящихся повысить свою продуктивность, – он построен на базе новейших, самых высокопроизводительных чипов, имеет до 8ГБ памяти и оснащен батарей емкостью 4000мАч. При всей его высокой мощности требуется настоящая инженерная магия, чтобы обеспечить должное охлаждение компонентов смартфона, когда вы запускаете игры или работаете с ресурсоемкими многозадачными приложениями. Компания Samsung разработала инновационное решение для охлаждения Galaxy Note9 и представила принципиально новую систему водяного охлаждения с применением углеволоконных технологий – Water Carbon Cooling.

Проблема

Как работает водяное охлаждение в смартфонах

При создании телефонов, способных работать от батареи в течение всего дня и запускать игры как на игровых приставках, мы сталкиваемся с тем, что телефон ощутимо нагревается. Если внутренности смартфона нагреваются слишком сильно, то срабатывает защита от перегрева (thermal throttling), и процессор автоматически снижает частоту своей работы, что приводит к потере производительности. Зависающие игры и медленная работа многозадачных приложений – две важных проблемы, решить которые помогает грамотно разработанная система охлаждения.

Цель

Как работает водяное охлаждение в смартфонах

При создании Galaxy Note9 в Samsung поставили перед собой сразу несколько целей: получить смартфон, который бы мог работать от батареи в течение всего дня, который можно было бы использовать в качестве обычного ПК при подключении к док-станции Samsung DeX, и который позволял бы запускать игры с насыщенной графикой, такие как Fortnite. Это означало, что смартфон должен быть оснащен батареей большой емкости и мощным процессором, а это, в свою очередь, предъявляло повышенные требования к системе охлаждения. Новая система охлаждения должна была работать быстрее и эффективнее, чем системы предыдущих поколений.

Идея

Как работает водяное охлаждение в смартфонах

В водяной системе охлаждения на смартфонах Galaxy S7 применялся радиатор пористого типа (porous thermal spreader), наполненный водой, которая поглощает тепло, и, превращаясь в пар, передает тепло по трубке. После того, как тепло рассеивается, пар снова конденсируется в воду. Эта система послужила прототипом для водяного охлаждения Water Carbon Cooling, которое используется в Galaxy Note9, однако новая система стала более комплексной и эффективной.

Решение

Как работает водяное охлаждение в смартфонах

Первоначально в системе использовалось два материала термоинтерфейсов (Thermal Interface Materials, TIM), один из которых был выполнен из углеволокна с высокой теплопроводностью и был предназначен для отвода тепла от процессора. Новое решение заключалось в добавлении слоя меди между этими двум материалами, что позволило передавать еще больше тепла между ними, чтобы потом обеспечить его более эффективное рассеяние. Кроме того, в Samsung разработали более широкий радиатор охлаждения объемом 350 кубических миллиметров по сравнению с 95-мм радиатором Galaxy S9, что позволило рассеивать тепло через большую площадь поверхности.

Результат

Как работает водяное охлаждение в смартфонах

Благодаря улучшенной системе охлаждения Water Carbon Cooling, смартфон Galaxy Note9 способен эффективно рассеивать тепло, генерируемое его процессором. За счет более широкого радиатора охлаждения и улучшенного термоинтерфейса, выполненного из углеволокна, система охлаждения хорошо справляется с отводом тепла с процессора на поверхность устройства. Это позволяет непрерывно использовать смартфон в режиме максимальной производительности. В сравнении с Galaxy Note8, обновленная система охлаждения обладает втрое большим теплопоглощением и 3.5 раза более высокой теплопроводностью.