长续航的曙光

时间:2022-07-15 07:39:38

多项调查显示,电池使用时间是消费者对笔记本电脑最不满意的地方。正因为不能脱离市电太久,笔记本电脑的移动能力仍然是有限度的。何时它能像手机一样,一天只充一次电,将电源适配器扔在家里呢?

技术让我们逐步摆脱线缆的束缚,在电池的支持下,移动电话大行其道、平板电脑风起云涌。而做为有着26年发展历史的笔记本电脑,如今依然受制于电池使用时间,每天使用8小时而不用充电对多数人来说仍是个梦想。

电池规格的局限

相对于日新月异的IT技术及其推动下持续爆炸性增长的市场规模,化学和物理的技术提升十分艰难,电池容量就是其中最有代表性的例子。即便是燃料电池这种距离实用化最近的大容量电池技术,指望它近期投入工业化生产并改善笔记本电脑的续航能力都是不现实的。在“开源”道路被堵的情况下,“截流”是近乎唯一的选择。另一方面,电池对笔记本电脑的重量也有着很大影响,目前市场主流的电池规格是4芯、6芯和8芯,其中8芯电池重量已高达420g,只有少数高性能的笔记本电脑才会采用,而主流产品则会选用4芯或6芯的规格。

从CHIP累积多年的统计数据中不难看出,虽然笔记本电脑上最通用的18650电芯单个容量从2002年的2000mAh提升到如今的3100mAh,但是市场主流产容量仍停留在2600mAh,甚至使用2200mAh容量的的产品还有很多,显示出多年来电池容量的提升十分有限。与此同时,电池模块的重量基本维持在320g(6芯)上下。即便为了追求更轻、更薄而将电池组外壳去除,也只能减少20g左右的重量,对整机厚度的帮助也只有减少2mm左右,因此可以说去除电池外壳的这种做法,更实际的意义是使主机外壳设计变得简单,而在减重和减厚方面的作用比较有限,除非内置电池采用厚度更薄的块状造型。由于块状电池的价格较高,容量也相对较小,所以只有少数高端轻薄定位的笔记本电脑用得起它。

由此可见,通过电池容量大幅度提高来增强续航能力是不切实际的,除了技术的限制之外,成本也是不可忽略的因素。

不矛盾的性能

要想延长主流笔记本电脑的续航时间,在不采用特殊零部件的情况下,使其续航时间超过8小时,从而满足全天工作不插电的需要,节能是唯一的出路。这就牵扯到和能耗密切相关的性能。

今天,我们已经看到了关于节能与性能平衡的多种解决方案,其中最为成熟的,莫过于有着近10年历史的低电压CPU,然而成本高、性能受限是它难以推而广之的根本原因。

除此之外,降低平台功耗的另一种方式就是降低待机功耗,简单地说就是如果不能在工作时减少电力消耗(低电压),那么就缩短工作时长、降低工作强度。无论是依据负载和供电情况调整零部件运转的速度,还是定时关闭不工作的设备,都是在这种思想体系下衍生的节电措施,前者主要依靠硬件技术而改进,而后者则基于操作系统的能源配置方案。

通过SpeedStep/PowerNow!等CPU降频技术和PowerMizer/PowerPlay等GPU降频技术,可使处于非高负载状态的主要芯片耗电量大大降低;TurboBoost和TurboCore等“超频”技术,又能在散热系统可承受的情况下,短时间提供超额性能,缓解性能瓶颈。

CPU不可或缺,而图形性能与电池续航时间冲突时,它往往成为可以放弃的对象,而对绝大多数笔记本电脑来说,GPU是不能后期升级的。曾几何时,GPU对整机性能及应用的影响不断加大,是否配置GPU一度成为电脑定位的核心因素。面对配备时的节能和不配备时的低能,用户往往无所适从。

随着Intel Switchable Graphics、NVIDIA Optimus和AMD CrossfireX技术日臻成熟,控制GPU功耗的方式在降低频率的基础上增加了关闭的选项,这一改变直接促成了高性能笔记本电脑使用时间超8小时目标的实现。三个业界领导厂商在图形卡切换技术上的合纵连横,造就了如今特别的市场格局:英特尔没有独立显示卡技术,只能提供Sandy Bridge的接口给英伟达和AMD;英伟达的Optimus对平台依赖度低,各项特性突出,但被排斥在AMD平台之外;AMD既为英特尔平台提供具备可切换功能的GPU,又在自己平台上使用可并用集成和独立图形核心的CrossfireX技术。

平衡的价值

负载平衡涉及的因素十分复杂,除了硬件上的改进之外,对负载平衡控制机制的要求更高,具体到PC平台上,CPU与GPU之争以及后来的GPGPU、APU,都是这种背景下的产物。什么应用或线程被设置在CPU或GPU上运行,如何判断最优(包括性能和功耗)运行模式,操作系统层还没给出答案,目前通过API或线程调取的资源进行判断是最常见的方式,切换也仅限于独立和集成图形核心之间,如Optimus通过Direct3D相关指令的运行情况进行切换,而CrossfireX则通过标识线程的方式启动双显工作模式。虽然这样的判断方式在一定程度上实现了CPU与GPU的平衡,但是这种切换比较机械,不能动态平衡负载。而无论是AMD主推的OpenCL还是英伟达主推的CUDA,都力求通过中间件层实现负载平衡的诉求,也还不够智能。相比在PC平台只有GPU业务的英伟达和以CPU业务为主导的英特尔,AMD的APU概念更有前瞻性,不过与之相关的整个软件体系尚未完善。目前这几种平衡机制的博弈还在进行中。

电池基本规格确定后,还要平衡电池续航能力与体积/重量的关系。屏幕尺寸、零件类型、功能取舍、结构材质是主要平衡点。不同尺寸的LED屏幕功耗相差不大,同时加大的机身便于放入散热器、光驱等零部件,因此如今的轻薄产品不再忌讳使用13英寸或14英寸的“大”屏幕。随着机身尺寸的增大,散热器受限更小,采用标准电压版本CPU、芯片组以及添加独立显示芯片都不成问题。功能和材质与产品价格相关度较高,只有高端定位的产品才会考虑使用金属或复合材料,而主流产品则仍采用塑胶材质。

借助现有技术平台,笔记本电脑的续航时间普遍延长到4~6小时,而经过优化设计的产品,则开始直接冲击8小时的全天工作时限。

产品点评

索尼VAIO VPC-SA27GC

在本次测试中,索尼VAIO VPC-SA27GC的配置、设计、材质都高人一筹,然而它在索尼自己的产品线中都只能算作中档,因为新的VAIO Z已经于日前,不过该机不是本文要讨论的产品。

被Z系列取代顶级定位的S系列并没有停下品质提升的脚步,并且衍生出多个型号,它们具有相近的设计理念,不过产品细节和定位有所差异。本次测试的SA系列是S系列中相对高端的型号,它与价位更主流的SD系列相比,外壳和框架全部采用合金制成,整机厚度更薄,前后均只有23mm,而重量略微下降至1.62kg(SD系列为1.70kg)。材料的改进为该机带来更好的外观和更佳的质感,而金属特有的直线锐角造型,一改统治市场的“柔”、“圆”设计风格。金属材质的底壳设计并不常见,除了制造成本高,优化结构也成问题。SA的设计十分巧妙,它将电池改为内置,解决了电池外壳与机身质感不统一的问题。此外,针对金属散热口温度高的问题,SA的散热口被移至中置屏幕转轴处、机身侧面无出风口,同时出风口局部换用塑料格栅,避免了与使用者直接接触。

做为一款超薄机型,SA27GC有着较高的硬件配置,不仅有着高性能的Core i7-2620M处理器、750GB大容量硬盘、一半集成在主板上的8GB内存和1600×900分辨率的13.3英寸LED屏幕,同时配备了Radeon HD 6630M独立显示芯片。在历经3年不断技术改进后,索尼独家的显示卡切换技术已非常成熟,并仍采用硬件开关的可靠切换方式。

在实际测试中,SA27GC的表面温度非常理想,控制在32℃以下,丝毫没有MacBook那样转轴隐藏式散热导致的机体温度偏高的问题。硬件图形模式开关设计虽不能实现显示卡自动切换,但是其可靠性以及更出色的功耗表现,帮助SA27GC实现最长达657分钟的待机时间;并在独立显示芯片帮助下,获得8397分的PCMark05成绩。

宏基Aspire 3830TG-2412G50nbb

宏基的Timeline是最早将待机时间指向8小时数量级的主流笔记本电脑,做为它的第三代产品,Aspire 3830TG-2412G50nbb为继承这个设计目标而改变了自身外观。该机采用了笔记本电脑中非常少见的珠光蓝色金属顶盖,质感和美观程度上了一个台阶。

13英寸的3830TG重量中规中矩,但是其25mm的厚度优于平均水平,这与它采用大尺寸的主板有关。同时为GeForce GT 540M显示芯片和Core i5-2410M处理器散热的双热管散热器重量也不小。为了减少可拆卸电池增加的外壳及机构重量,特别是降低整机厚度,3830TG的6芯18650电池组被设计为内置,并且安放在不易拆卸的机身最远端,直接使用排线与主机相连。该机通过特殊的工作舱盖开启方式,在更换内存、硬盘等零部件时,自动切断电池供电,确保系统安全。

在做到机身厚度低于1英寸的同时,3830TG也付出了不少代价。其键盘下层的固定框架为零件让出众多穿孔空间,因此几乎无法起到支撑作用,这样也就不难理解为什么其主板被设计成整块,且底壳较厚了。

随着Optimus技术的引入,3830TG获得了远超前辈机型的图形性能,3DMark06成绩高达8482分,能与高性能游戏笔记本电脑一较高下。在高性能的同时,该机没有忘记Timeline系列的基本特征,使用标准电压处理器的它,满负荷电池使用时间即达692分钟,整机平均功耗仅6.4W,表现甚至优于传统的超便携笔记本电脑。

富士通LifeBook SH761

做为S系列新的旗舰产品,富士通LifeBook SH761不仅进行了平台升级,而且硬件规格也同步升级,在保持13英寸机身、内置模块化可拆卸光驱的设计下,重量仅为1.72kg。

相对其他竞争机型,SH761的表面配置并不占优,但是它的零部件素质非常高,同时具备相当的扩展能力,这是高端产品必须的素质。它使用了目前容量最高的3100mAh电芯,6芯电池的最长使用时间达561分钟。如将光驱更换为减重模块,整机重量可下降140g,而更换为第二电池模块的话,电池使用时间将再延长50%左右,这样超长的电池使用时间对商务用户意义非凡。当然,SH761出色的电池表现,不仅只和电池容量有关,该机还整合了eco系列节能技术,不仅可以一键进入节能状态,同时可自动切换电池使用模式。此外,SH761的绿色环保设计出色,其电源适配器获得“GreenIT”认证,线损更低、转换效率更高。

在很多产品为更薄机身而放弃诸如ExpressCard扩展插槽的时候,SH761以小巧机身全部内置了这些扩展功能,USB 3.0、HDMI、多功能读卡器等接口一应俱全。虽然机身厚度有所增加,但SH761具备更坚固的机身结构,更符合商用可靠性需求。

惠普ProBook 4230s

与其他机型不同,惠普ProBook 4230s是一款12英寸的产品,面向SMB用户的它,价格明显低于其他同尺寸的机型,相应的设计质量、软硬件配置以及移动能力都稍显逊色。虽然我们测试的这款机型最长电池使用时间只有359分钟,但是考虑到该机电池仅4芯,然而其电池模块设计与6芯完全相同,仅仅是少装两个电芯而已,即便改配高容量的6芯电池也不会令整机体积增加,因此可以说它同样具备提供8小时电池续航能力的潜质。

身为ProBook系列成员,这一代S系列产品的设计向高端的EliteBook系列靠近,最典型的地方莫过于金属拉丝质感的顶盖和整机的金属灰配色。唯一与高端机型不同的是,4230s顶盖的金属部分为贴附,装饰效果胜于对机身的保护效果。同时,4230s机身结构强度略有逊色,内部散热结构和键盘性能都有所缩水。

12英寸机型便携性上的优势还是非常明显的,1.省略

收稿日期:2011-08-25

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