游戲體驗新拐點

智能手機的散熱困局

每一年，智能手機的性能提升，幾乎都源于高通、聯(lián)發(fā)科和三星等芯片廠商旗下SoC的迭代升級。比如2022年旗艦機將要搭載的新驍龍8、天璣9000和Exynos 2200（圖1），性能較之上代驍龍888、天璣1200和Exynos 2100就都有了大幅提升，安兔兔跑分可以跨過百萬分門檻。但正如上期《旗艦首秀 第一批新驍龍8 手機值得選嗎》文中所述，跑分成績的提升和游戲體驗的改善并不對等。

原因也很簡單，如今智能手機都在追求輕薄和好手感，有限的內(nèi)部空間就是散熱設(shè)計的天然瓶頸。想要將機器做輕，散熱系統(tǒng)的重量就會受到限制，而想要將機器做薄，散熱系統(tǒng)的空間又會受到擠壓。

除了紅魔和拯救者這類專業(yè)的游戲手機能塞進(jìn)迷你渦輪風(fēng)扇，其他手機只能依靠優(yōu)化主板布局，增加石墨、銅箔、熱管、VC均熱板的面積來提升散熱效率（圖2）。近期能在散熱設(shè)計玩出花樣的，則是主打“高導(dǎo)熱稀土合金散熱材料”的iQOONeo5S，該產(chǎn)品首次在手機的散熱系統(tǒng)中加入鑭 （La）、鈰 （ Ce）等稀土元素（圖3），通過從原子層面對金屬材料的優(yōu)化，使得材料的導(dǎo)熱性能能夠達(dá)到原本的200%。

問題來了，當(dāng)手機持續(xù)處于高負(fù)載的工作環(huán)境時，溫度是會不斷累加的。在無法將熱量快速排出機身的情況下（或使用散熱背夾），散熱面積越大可以堆積的熱量越多，本質(zhì)上也只能延緩觸發(fā)溫度閾值（可理解為“溫控墻”）的時間而已。換句話說，散熱再好的無風(fēng)扇手機，也無法長時間讓芯片滿血運行，在數(shù)十秒到數(shù)分鐘的時間內(nèi)，積累的高溫便會觸發(fā)系統(tǒng)的降頻機制，從而降低芯片的發(fā)熱量，防止手機機身表面的溫度不會長時間超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的48℃上限。

要命的是，游戲恰好就是智能手機領(lǐng)域負(fù)載最大的應(yīng)用環(huán)境，特別是《原神》級別的大作，哪怕是紅魔和拯救者這種內(nèi)置風(fēng)扇的游戲手機也會感覺“亞歷山大”（圖4），長時間游戲時依舊存在風(fēng)扇排出的熱量趕不上散熱系統(tǒng)仍在不斷堆積溫度的情況。何況加裝風(fēng)扇還會導(dǎo)致機身更加厚重，風(fēng)扇存在高功耗、高噪音的問題，長期使用還會堆積灰塵，影響手機的氣密性，防水能力更差等“后遺癥”。

在風(fēng)扇難以成為智能手機標(biāo)配的情況下，又該如何改善游戲體驗？

駕馭旗艦級SoC的三種方法

游戲體驗與實際運行幀數(shù)強相關(guān)，幀數(shù)越高體驗上就越穩(wěn)定越流暢。想提升幀數(shù)，最簡單粗暴的方法就是讓So C（處理器）放開了跑，但此時又會特別容易撞上前文提到的“溫控墻”從而觸發(fā)降頻機制，結(jié)果就是幀數(shù)斷崖式的降低，卡頓感也就因此而生（圖5）。

面對新驍龍8這種旗艦級SoC，手機廠商普遍采取的措施普遍就是降頻、鎖幀和降畫質(zhì)。當(dāng)然，處于白名單之中的安兔兔等跑分APP除外。

由于跑分APP運行的時間不長（多為5分鐘內(nèi)），滿血運行時撐一撐也就過去了，更高的跑分成績也有利于宣傳。但是，真實的游戲玩起來普遍就是30分鐘起步，不少重度玩家能從滿電一直玩到?jīng)]電。在這種長時間的高負(fù)載環(huán)境下，就需要用上前面提到的3種方法了。

方法一：降頻

降頻包含主動降頻和被動降頻。被動降頻就是溫度過高觸發(fā)了降頻機制，很容易引起幀數(shù)上的波動。主動降頻也很好理解，像《王者榮耀》完全不需要高端SoC滿血運行，只需60% 的頻率就能流暢，何必火力全開呢（圖6）。

方法二：鎖幀

鎖幀同樣分為主動鎖幀和被動鎖幀。很多中低端手機玩《合平精英》最高只能調(diào)到30FPS模式，這就是針對硬件性能制定的主動鎖幀，防止調(diào)高了跑不到還發(fā)熱費電。被動鎖幀和被動降頻其實是關(guān)聯(lián)的，當(dāng)SoC觸發(fā)溫控墻后，不僅頻率會下降一個檔位，游戲幀數(shù)也會隨之下調(diào)一個檔位，比如《原神》剛玩時默認(rèn)6 0 FPS，發(fā)熱降頻后會鎖定在45FPS上，除非溫度降低否則最高也就是45FPS上下浮動了（圖7）。

方法三：降畫質(zhì)

降畫質(zhì)是一種不太友好的方式。還是以《原神》為例，很多手機廠商為了提升實際幀率，會下調(diào)游戲?qū)嶋H運行的分辨率。在最高畫質(zhì)下明明應(yīng)該是720 P，但實際渲染的分辨率卻僅有650 P（圖8），由于降低了渲染負(fù)載，所以自然可以跑出更高的幀數(shù)，溫度和功耗也隨之降低。一般來說，除非用戶自行在設(shè)置中手動調(diào)低畫質(zhì)和分辨率，這種降畫質(zhì)的行為自然會引起玩家的抵觸。

游戲穩(wěn)幀技術(shù)參上

目前主流手機廠商都將游戲體驗提升到了戰(zhàn)略高度，并給出了各自的或硬（加裝風(fēng)扇、改進(jìn)散熱設(shè)計等）或軟（系統(tǒng)優(yōu)化）抑或軟硬結(jié)合的優(yōu)化方案，在高端機型上也都有類似“游戲穩(wěn)幀”的技術(shù)。以小米12 Pro主打的“動態(tài)性能調(diào)度技術(shù)”為例，它就能在游戲等待時低頻率運轉(zhuǎn)，節(jié)省功耗;對線時中頻率輸出，為大場面保存體力;團(tuán)戰(zhàn)時性能爆發(fā)，穩(wěn)穩(wěn)抓住戰(zhàn)機（圖9）。同時，毫秒級動態(tài)響應(yīng)收放自如，既保證了游戲的完美體驗，又可以有效降低功耗。

而一加10 Pro主打的HyperBoost全鏈路游戲穩(wěn)幀技術(shù)和其他廠商的方案都不太一樣，效果也是極為出眾的。

簡單來說，HyperBoost全鏈路游戲穩(wěn)幀其實就是GPA極限穩(wěn)幀、圖形異構(gòu)和O-Sync超頻響應(yīng)三項子技術(shù)的合集（圖10）。

GPA極限穩(wěn)幀技術(shù)

大家可以先自問一個問題：在游戲的過程中，究竟是更高的平均幀速重要，還是減少或消除幀速的大幅波動更重要？

相信絕大多數(shù)用戶的選擇都是后者，一加也是。GPA穩(wěn)幀技術(shù)的本質(zhì)也是限頻，但它的中樞卻是一加自研的AI內(nèi)核，除了游戲開發(fā)商提供的場景信息外，還會隨時抓取當(dāng)前游戲的實時畫面、后臺進(jìn)程、負(fù)載情況、溫度和功耗等一系列因素，利用這些信息對接下來的幀率和溫度進(jìn)行預(yù)測，從而計算出一個當(dāng)前最佳的頻率點，既能建立一條穩(wěn)穩(wěn)的幀率曲線，也不會導(dǎo)致過多的資源浪費（圖11）。AI的介入可減輕人工適配的壓力，還能針對單一用戶進(jìn)行個性化調(diào)教，未來有望做到千人千面。

以《王者榮耀》為例，在關(guān)閉極限穩(wěn)幀時，可能平均幀數(shù)高達(dá)89FPS，偶爾的幀率波動在5FPS以內(nèi)。開啟極限穩(wěn)幀后，平均幀數(shù)可能會降到88FPS，但卻能將幀率波動控制到2FPS以內(nèi)，游戲負(fù)載越高，幀率波動越輕微，杜絕幀數(shù)的斷崖式下降，感官上游戲運行得越平穩(wěn)。

圖形異構(gòu)技術(shù)

游戲畫面的生成，其實就是GPU按照CPU的指令進(jìn)行畫圖和渲染的過程。問題是，無論高通還是聯(lián)發(fā)科，都不會公布CPU和GPU之間溝通指令的具體內(nèi)容，對手機廠商而言這些內(nèi)容就屬于“黑箱”，因此無法實現(xiàn)硬件底層的優(yōu)化。

在過去，華為主打的G P UTurbo屬于一種基于硬件底層的優(yōu)化技術(shù)，因為華為手機搭載的是自家的海思麒麟芯片，C P U和GPU之間的溝通指令全程可見。一加10 Pro主打的圖形異構(gòu)技術(shù)，就是通過某種方式破解了“黑箱”里的內(nèi)容（圖12），知道哪條指令渲染的是UI、哪條指令是英雄、哪條是技能動效、哪條是草木。通過精細(xì)化拆解，區(qū)分渲染的優(yōu)先級，精準(zhǔn)找出可能導(dǎo)致卡頓的因素并優(yōu)先分配硬件資源渲染，同時合并重復(fù)的指令，刪除無效的指令，進(jìn)而使GPU計算效率提升36%，單局游戲功耗降低5%，也使一加成為了第二個能對芯片指令動手術(shù)的國產(chǎn)手機品牌（圖13）。

O-Sync超頻響應(yīng)技術(shù)

在游戲的過程中，很多卡頓感其實并非鎖幀和降頻引起的，而是屏幕觸控響應(yīng)延遲導(dǎo)致的操控不跟手，總感覺從點擊游戲畫面到游戲給出反饋慢了半拍。究其原因，是通過垂直同步渲染的游戲畫面每幀都要等16.7ms再去合成（圖14），然后還需等16.7ms才能給屏幕進(jìn)行刷新，其初衷是為了防止畫面撕裂，但代價就是遇到復(fù)雜渲染畫面超過了16.7ms就會產(chǎn)生延時，游戲過程中給玩家的感覺就是不跟手。

一加10 Pro的O-Sync超頻響應(yīng)技術(shù)，就是打破了各個環(huán)節(jié)交接的固定頻率，重構(gòu)了Android系統(tǒng)的渲染和顯示機制，還在LTPO 2.0屏幕的基礎(chǔ)上定制了屏幕驅(qū)動IC，在系統(tǒng)底層融入了自研的低延遲算法，相比其他手機開鏡更快、瞄得更準(zhǔn)、打得更穩(wěn)（圖15）。據(jù)悉，O-Sync超頻響應(yīng)技術(shù)可以將游戲中屏幕與處理器之間的同步頻率提升至3倍，從游戲渲染到顯示輸出階段的延遲降低了30ms，極大提升游戲觸控的跟手性。

總之，GPA極限穩(wěn)幀、圖形異構(gòu)和O-Sync超頻響應(yīng)相輔相成，它們共同構(gòu)建了一加10 Pro特有的HyperBoost全鏈路游戲穩(wěn)幀技術(shù)。可以預(yù)見，這種軟硬結(jié)合的優(yōu)化方案較之單純在散熱設(shè)計上堆料更易推廣，如果類似技術(shù)能在其他Androi d手機上普及，手機行業(yè)的游戲體驗必然會迎來新拐點。