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手机中的风林山火,DVFS功耗控制策略简介

2025年11月1日

“故其疾如风,其徐如林,侵掠如火,不动如山,难知如阴,动如雷震”  - 《孙子兵法·军争》

武田信玄靠捡到的一部孙子兵法,将其作为格言征战四方,横行日本,鞭笞群雄,被称为“甲斐之虎”,他的军旗赫然印着上面的字。

进攻时应如烈火燎原般迅猛,但未行动时要像大山那样沉稳、持重。

在手机供电领域,有一种与“风林山火”相似的控制机制。该机制称为DVFS,全称Dynamic Voltage Frequency Scaling,是手机中最核心、最有效的节能技术。并能实现功耗和性能的均衡,从而延长手机的续航时间,并保证性能稳定。就像一个将军,根据战况调整兵力一样,既能让你玩游戏时爽到,又能让手机在待机时省电。

反应在波形上,我们通常可看见某些电源的输出(如大、小核的电源),并非是一个固定电压值,而是处于跳变的。

DVFS核心思想

依据公式P ∝ f * V²,其核心思想是:能量供给是根据实时需求而调整的,不是固定不变的。需要全力运行时,就把频率和电压拉满;不需要全力运行时,就降低芯片的工作频率和供电电压,从而节省功耗。

  • 对于高负载场景,比如大型游戏或视频剪辑等场景,需要极强的算力。此时DVFS会将处理器的频率调高,为了维持高频率下的稳定性,供电电压也会相应提高。这时性能最强,但功耗和发热也最大。
  • 低负载场景,比如待机、电子书或听音乐等,计算需求很低。此时DVFS会将频率大幅降低,同时供电电压也大幅降低。

可以使用安兔兔软件的压力测试,使系统处于不同的负载状况,可以观测到供电电源跳动的波形,如下图。请注意这不是异常波形,而是DVFS在暗中调兵遣将。

DVFS控制流程

处理器内部含有系统负载采集模块,会持续监控所有任务的负载情况,根据负载状况来动态调节处理器频率,然后通过SPMI通信调节处理器的供电电压,电压越低,功耗越小。其控制流程大致如下:

  1. 采集负载信号,计算当前的系统负载状况,就像大战前清点兵马一样。
  2. 根据当前负载状况,预测系统在下一时间段所需要的性能。
  3. 将预测的性能转换成需要的频率,然后调整芯片的时钟配置。
  4. 根据新的频率计算相应的供电电压,然后通知PMIC调整供给处理器的电压值。

标签: DVFS 功耗控制 动态调频 手机续航 节能技术
最后更新:2026年1月6日


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夜枭

夜枭,暗夜里的精灵,雅典娜在凡间的使者,不瞩目于明亮的日光,在意的是万物的启迪。

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