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、聯發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，有限的內部空間就是散熱設計的天然瓶頸。想要將機器做輕，散熱系統的重量就會受到限制，而想要將機器做薄，散熱系統的空間又會受到擠壓。

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

問題來了，當手機持續處于高負載的工作環境時，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，本質上也只能延緩觸發溫度閾值（可理解為“溫控墻”）的時間而已。換句話說，散熱再好的無風扇手機，也無法長時間讓芯片滿血運行，在數十秒到數分鐘的時間內，積累的高溫便會觸發系統的降頻機制，從而降低芯片的發熱量，防止手機機身表面的溫度不會長時間超過行業標準的48℃上限。

要命的是，游戲恰好就是智能手機領域負載最大的應用環境，特別是《原神》級別的大作，哪怕是紅魔和拯救者這種內置風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扇排出的熱量趕不上散熱系統仍在不斷堆積溫度的情況。何況加裝風扇還會導致機身更加厚重，風扇存在高功耗、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”。

在風扇難以成為智能手機標配的情況下，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強相關，幀數越高體驗上就越穩定越流暢。想提升幀數，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”從而觸發降頻機制，結果就是幀數斷崖式的降低，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。當然，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），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沒電。在這種長時間的高負載環境下，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了降頻機制，很容易引起幀數上的波動。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》最高只能調到30FPS模式，這就是針對硬件性能制定的主動鎖幀，防止調高了跑不到還發熱費電。被動鎖幀和被動降頻其實是關聯的，當SoC觸發溫控墻后，不僅頻率會下降一個檔位，游戲幀數也會隨之下調一個檔位，比如《原神》剛玩時默認6 0 FPS，發熱降頻后會鎖定在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

降畫質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，會下調游戲實際運行的分辨率。在最高畫質下明明應該是720 P，但實際渲染的分辨率卻僅有650 P（圖8），由于降低了渲染負載，所以自然可以跑出更高的幀數，溫度和功耗也隨之降低。一般來說，除非用戶自行在設置中手動調低畫質和分辨率，這種降畫質的行為自然會引起玩家的抵觸。

游戲穩幀技術參上

目前主流手機廠商都將游戲體驗提升到了戰略高度，并給出了各自的或硬（加裝風扇、改進散熱設計等）或軟（系統優化）抑或軟硬結合的優化方案，在高端機型上也都有類似“游戲穩幀”的技術。以小米12 Pro主打的“動態性能調度技術”為例，它就能在游戲等待時低頻率運轉，節省功耗;對線時中頻率輸出，為大場面保存體力;團戰時性能爆發，穩穩抓住戰機（圖9）。同時，毫秒級動態響應收放自如，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全鏈路游戲穩幀技術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全鏈路游戲穩幀其實就是GPA極限穩幀、圖形異構和O-Sync超頻響應三項子技術的合集（圖10）。

GPA極限穩幀技術

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？

相信絕大多數用戶的選擇都是后者，一加也是。GPA穩幀技術的本質也是限頻，但它的中樞卻是一加自研的AI內核，除了游戲開發商提供的場景信息外，還會隨時抓取當前游戲的實時畫面、后臺進程、負載情況、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行預測，從而計算出一個當前最佳的頻率點，既能建立一條穩穩的幀率曲線，也不會導致過多的資源浪費（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行個性化調教，未來有望做到千人千面。

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

圖形異構技術

游戲畫面的生成，其實就是GPU按照CPU的指令進行畫圖和渲染的過程。問題是，無論高通還是聯發科，都不會公布CPU和GPU之間溝通指令的具體內容，對手機廠商而言這些內容就屬于“黑箱”，因此無法實現硬件底層的優化。

在過去，華為主打的G P UTurbo屬于一種基于硬件底層的優化技術，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主打的圖形異構技術，就是通過某種方式破解了“黑箱”里的內容（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。通過精細化拆解，區分渲染的優先級，精準找出可能導致卡頓的因素并優先分配硬件資源渲染，同時合并重復的指令，刪除無效的指令，進而使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的國產手機品牌（圖13）。

O-Sync超頻響應技術

在游戲的過程中，很多卡頓感其實并非鎖幀和降頻引起的，而是屏幕觸控響應延遲導致的操控不跟手，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才能給屏幕進行刷新，其初衷是為了防止畫面撕裂，但代價就是遇到復雜渲染畫面超過了16.7ms就會產生延時，游戲過程中給玩家的感覺就是不跟手。

一加10 Pro的O-Sync超頻響應技術，就是打破了各個環節交接的固定頻率，重構了Android系統的渲染和顯示機制，還在LTPO 2.0屏幕的基礎上定制了屏幕驅動IC，在系統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、打得更穩（圖15）。據悉，O-Sync超頻響應技術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極限穩幀、圖形異構和O-Sync超頻響應相輔相成，它們共同構建了一加10 Pro特有的HyperBoost全鏈路游戲穩幀技術。可以預見，這種軟硬結合的優化方案較之單純在散熱設計上堆料更易推廣，如果類似技術能在其他Androi d手機上普及，手機行業的游戲體驗必然會迎來新拐點。