游戏体验新拐点

2022-05-30

电脑爱好者 2022年5期

智能手机的散热困局

每一年，智能手机的性能提升，几乎都源于高通、联发科和三星等芯片厂商旗下SoC的迭代升级。比如2022年旗舰机将要搭载的新骁龙8、天玑9000和Exynos 2200（图1），性能较之上代骁龙888、天玑1200和Exynos 2100就都有了大幅提升，安兔兔跑分可以跨过百万分门槛。但正如上期《旗舰首秀第一批新骁龙8 手机值得选吗》文中所述，跑分成绩的提升和游戏体验的改善并不对等。

原因也很简单，如今智能手机都在追求轻薄和好手感，有限的内部空间就是散热设计的天然瓶颈。想要将机器做轻，散热系统的重量就会受到限制，而想要将机器做薄，散热系统的空间又会受到挤压。

除了红魔和拯救者这类专业的游戏手机能塞进迷你涡轮风扇，其他手机只能依靠优化主板布局，增加石墨、铜箔、热管、VC均热板的面积来提升散热效率（图2）。近期能在散热设计玩出花样的，则是主打“高导热稀土合金散热材料”的iQOONeo5S，该产品首次在手机的散热系统中加入镧（La）、铈（ Ce）等稀土元素（图3），通过从原子层面对金属材料的优化，使得材料的导热性能能够达到原本的200%。

问题来了，当手机持续处于高负载的工作环境时，温度是会不断累加的。在无法将热量快速排出机身的情况下（或使用散热背夹），散热面积越大可以堆积的热量越多，本质上也只能延缓触发温度阈值（可理解为“温控墙”）的时间而已。换句话说，散热再好的無风扇手机，也无法长时间让芯片满血运行，在数十秒到数分钟的时间内，积累的高温便会触发系统的降频机制，从而降低芯片的发热量，防止手机机身表面的温度不会长时间超过行业标准的48℃上限。

要命的是，游戏恰好就是智能手机领域负载最大的应用环境，特别是《原神》级别的大作，哪怕是红魔和拯救者这种内置风扇的游戏手机也会感觉“亚历山大”（图4），长时间游戏时依旧存在风扇排出的热量赶不上散热系统仍在不断堆积温度的情况。何况加装风扇还会导致机身更加厚重，风扇存在高功耗、高噪音的问题，长期使用还会堆积灰尘，影响手机的气密性，防水能力更差等“后遗症”。

在风扇难以成为智能手机标配的情况下，又该如何改善游戏体验？

驾驭旗舰级SoC的三种方法

游戏体验与实际运行帧数强相关，帧数越高体验上就越稳定越流畅。想提升帧数，最简单粗暴的方法就是让So C（处理器）放开了跑，但此时又会特别容易撞上前文提到的“温控墙”从而触发降频机制，结果就是帧数断崖式的降低，卡顿感也就因此而生（图5）。

面对新骁龙8这种旗舰级SoC，手机厂商普遍采取的措施普遍就是降频、锁帧和降画质。当然，处于白名单之中的安兔兔等跑分APP除外。

由于跑分APP运行的时间不长（多为5分钟内），满血运行时撑一撑也就过去了，更高的跑分成绩也有利于宣传。但是，真实的游戏玩起来普遍就是30分钟起步，不少重度玩家能从满电一直玩到没电。在这种长时间的高负载环境下，就需要用上前面提到的3种方法了。

方法一：降频

降频包含主动降频和被动降频。被动降频就是温度过高触发了降频机制，很容易引起帧数上的波动。主动降频也很好理解，像《王者荣耀》完全不需要高端SoC满血运行，只需60% 的频率就能流畅，何必火力全开呢（图6）。

方法二：锁帧

锁帧同样分为主动锁帧和被动锁帧。很多中低端手机玩《合平精英》最高只能调到30FPS模式，这就是针对硬件性能制定的主动锁帧，防止调高了跑不到还发热费电。被动锁帧和被动降频其实是关联的，当SoC触发温控墙后，不仅频率会下降一个档位，游戏帧数也会随之下调一个档位，比如《原神》刚玩时默认6 0 FPS，发热降频后会锁定在45FPS上，除非温度降低否则最高也就是45FPS上下浮动了（图7）。

方法三：降画质

降画质是一种不太友好的方式。还是以《原神》为例，很多手机厂商为了提升实际帧率，会下调游戏实际运行的分辨率。在最高画质下明明应该是720 P，但实际渲染的分辨率却仅有650 P（图8），由于降低了渲染负载，所以自然可以跑出更高的帧数，温度和功耗也随之降低。一般来说，除非用户自行在设置中手动调低画质和分辨率，这种降画质的行为自然会引起玩家的抵触。

游戏稳帧技术参上

目前主流手机厂商都将游戏体验提升到了战略高度，并给出了各自的或硬（加装风扇、改进散热设计等）或软（系统优化）抑或软硬结合的优化方案，在高端机型上也都有类似“游戏稳帧”的技术。以小米12 Pro主打的“动态性能调度技术”为例，它就能在游戏等待时低频率运转，节省功耗;对线时中频率输出，为大场面保存体力;团战时性能爆发，稳稳抓住战机（图9）。同时，毫秒级动态响应收放自如，既保证了游戏的完美体验，又可以有效降低功耗。

而一加10 Pro主打的HyperBoost全链路游戏稳帧技术和其他厂商的方案都不太一样，效果也是极为出众的。

简单来说，HyperBoost全链路游戏稳帧其实就是GPA极限稳帧、图形异构和O-Sync超频响应三项子技术的合集（图10）。

GPA极限稳帧技术

大家可以先自问一个问题：在游戏的过程中，究竟是更高的平均帧速重要，还是减少或消除帧速的大幅波动更重要？

相信绝大多数用户的选择都是后者，一加也是。GPA稳帧技术的本质也是限频，但它的中枢却是一加自研的AI内核，除了游戏开发商提供的场景信息外，还会随时抓取当前游戏的实时画面、后台进程、负载情况、温度和功耗等一系列因素，利用这些信息对接下来的帧率和温度进行预测，从而计算出一个当前最佳的频率点，既能建立一条稳稳的帧率曲线，也不会导致过多的资源浪费（图11）。AI的介入可减轻人工适配的压力，还能针对单一用户进行个性化调教，未来有望做到千人千面。

以《王者荣耀》为例，在关闭极限稳帧时，可能平均帧数高达89FPS，偶尔的帧率波动在5FPS以内。开启极限稳帧后，平均帧数可能会降到88FPS，但却能将帧率波动控制到2FPS以内，游戏负载越高，帧率波动越轻微，杜绝帧数的断崖式下降，感官上游戏运行得越平稳。

图形异构技术

游戏画面的生成，其实就是GPU按照CPU的指令进行画图和渲染的过程。问题是，无论高通还是联发科，都不会公布CPU和GPU之间沟通指令的具体内容，对手机厂商而言这些内容就属于“黑箱”，因此无法实现硬件底层的优化。

在過去，华为主打的G P UTurbo属于一种基于硬件底层的优化技术，因为华为手机搭载的是自家的海思麒麟芯片，C P U和GPU之间的沟通指令全程可见。一加10 Pro主打的图形异构技术，就是通过某种方式破解了“黑箱”里的内容（图12），知道哪条指令渲染的是UI、哪条指令是英雄、哪条是技能动效、哪条是草木。通过精细化拆解，区分渲染的优先级，精准找出可能导致卡顿的因素并优先分配硬件资源渲染，同时合并重复的指令，删除无效的指令，进而使GPU计算效率提升36%，单局游戏功耗降低5%，也使一加成为了第二个能对芯片指令动手术的国产手机品牌（图13）。

O-Sync超频响应技术

在游戏的过程中，很多卡顿感其实并非锁帧和降频引起的，而是屏幕触控响应延迟导致的操控不跟手，总感觉从点击游戏画面到游戏给出反馈慢了半拍。究其原因，是通过垂直同步渲染的游戏画面每帧都要等16.7ms再去合成（图14），然后还需等16.7ms才能给屏幕进行刷新，其初衷是为了防止画面撕裂，但代价就是遇到复杂渲染画面超过了16.7ms就会产生延时，游戏过程中给玩家的感觉就是不跟手。

一加10 Pro的O-Sync超频响应技术，就是打破了各个环节交接的固定频率，重构了Android系统的渲染和显示机制，还在LTPO 2.0屏幕的基础上定制了屏幕驱动IC，在系统底层融入了自研的低延迟算法，相比其他手机开镜更快、瞄得更准、打得更稳（图15）。据悉，O-Sync超频响应技术可以将游戏中屏幕与处理器之间的同步频率提升至3倍，从游戏渲染到显示输出阶段的延迟降低了30ms，极大提升游戏触控的跟手性。