Кто только не объявлял начало революции в мобильных технологиях за последние 3-4 года! Но все технологические новшества и развитие сервисов выводят на первый план вопросы эффективного энергопотребления. Настоящая революция в мобильных технологиях произойдет, когда телефон проработает дольше, чем день-два. Что для этого требуется.
Распространение смартфонов, появление магазинов приложений, сенсорный интерфейс, двуядерные процессоры, HD- и 3D-экраны – каждое из этих событий казалось тому или иному деятелю достаточно революционным изменением в нашей жизни. На мой взгляд, все перечисленное, знаменуя важные новшества и удобства, на революцию все же не тянет. Единственное реально значимое событие – окончательная победа дополнительных функций над некогда основной, совершением звонков и обменом SMS. Но дело к тому шло давно – примерно с момента появления «змейки» на телефонах Nokia. Все остальное – дюймы экрана, мегагерцы процессора, тысячи приложений – лишь примеры количественного роста.
Конечно, если вы уважаете диалектику, то можете ожидать, когда количество перерастет в качество, но я бы советовал с большим энтузиазмом ожидать совсем-совсем другого. В колонке «На зависть Азимову» уже поднимался вопрос о принципиально новом уровне интеллекта смартфонов, которые самостоятельно анализируют окружающую обстановку, контекст, в котором находится владелец. В принципе, приложения для такого анализа в примитивном виде существуют уже сегодня, а более умные и сложные разновидности активно тестируются в лабораториях. Но от широкого коммерческого применения эти технологии удерживает прежде всего… батарейка.
Бедный, многострадальный аккумулятор смартфона, который крайне медленно совершенствуется и не показывает рост емкости, хоть как-то сопоставимый с ростом мегагерц и гигабайт. На фоне улучшения всех числовых показателей смартфонов падает по сути всего один – время автономной работы. Владельцы Android-смартфонов знают, что еженощная подзарядка – святой ритуал. Для iPhone и Symbian это правило менее жесткое, но при сколько-нибудь активной нагрузке ситуация та же – к вечеру аппарат «на нуле». Поэтому все серьезные усовершенствования в смартфонной технологии, включая постоянно активное голосовое управление, анализ контекста и прочие, возможны только после настоящей революции в мобильном энергопотреблении.
Верхи не могут
Наиболее очевидный путь решения проблемы – увеличение объема аккумулятора – невозможен по причинам физического характера. Объем батареи особо не увеличишь – сдерживают размеры корпуса. Электролит внутри совершенно определенный, его составом и количеством полностью определяется величина запасаемой электроэнергии. При этом, хотя эксперименты с химией ведутся постоянно, значительно нарастить емкость все равно не удается – если переборщить с литием, можно получить чудесные самовозгорающиеся батареи-фейерверки, а литий водой не зальёшь. Некоторую надежду дают нанотехнологические эксперименты, но чудо-аккумуляторы, которые целиком заряжаются за считанные минуты, пока далеки от коммерческой эксплуатации.
Лучше дело обстоит с топливными элементами – электронику, которую можно заправлять жидким топливом (на водородной основе), мало-помалу начали производить. Но и здесь есть проблемы – для самых маленьких устройств, тех же смартфонов, произвести топливный элемент сложно, он громоздкий. А еще хуже то, что нужна столь же развитая инфраструктура их перезаправки, как бензиновые АЗС или автоматы по приему платежей. В общем, здесь в ближайшие год-два добрых новостей будет негусто.
Низы не хотят
Коль скоро значительно увеличить запас энергии пока не удается, нужно сосредоточиться на более экономном ее потреблении. В конце концов, недельный или даже месячный срок автономной работы некоторых телефонов связан именно с этим. Вот какие технологии выведут энергоэффективность наших смартфонов на недосягаемый ранее уровень.
Оптимизированные процессоры
Одновременно ARM и nVidia анонсировали гибридные процессоры, сочетающие производительные (и прожорливые) ядра с относительно простым и тихоходным «дежурным» ядром. Ожидание звонка, вывод на экран часов и контроль будильника берет на себя экономное и не мощное «дежурное» ядро, а при возникновении более сложной задачи, ото сна пробуждается одно или несколько основных ядер. Технологию мы увидим в смартфонах уже в ближайшие месяцы, но пока под нее будет оптимизирован софт пройдет минимум полгода.
Тонкие техпроцессы
Современные мобильные чипы делаются по техпроцессу 40 нм (ну не считая ГЛОНАСС, где как раз перешли на 90). Чем тоньше техпроцесс, тем больше транзисторов можно упаковать на плату, тем меньше затраты энергии и тепловыделение при выполнении тех же задач. Поэтому в Intel, компании, которая дальше других продвинулась в деле миниатюризации электроники, в этом году наладили производство по техпроцессу 32 нм, а в будущем году планируют ужаться до 22. Процессоры по прогнозам инженеров снизят свое энергопотребление на 50% при том, что производительность их вырастет на 20%. Неплохое сочетание, правда?
Молчаливое радио
Главный секрет «долгожительства» старых телефонов состоял в том, что GSM-радио создано очень умным и экономным. Телефон излучает сигнал крайне редко, только когда возникает нужда в перерегистрации (например, во время езды и перехода с одной соты на другую) или во время звонка. В остальное время аппарат лишь проверят эфир с заданной частотой. К сожалению, у современных смартфонов с экономией дела похуже – многочисленные приложения и мобильный интернет, гибридные сети 2G/3G побуждают аппарат то и дело «подавать голос», расходуя энергию. Адаптер Wi-Fi регулярно ищет окрестные сети и поддерживает соединение с домашней сетью – в общем, даже если «вы ничего не делаете», батарея неуклонно садится. Это легко проверить: включите на смартфоне режим «в полете» на полдня и вы увидите, как резко снизилась разрядка аппарата. Вернуться к былой «молчаливости» на уровне стандартов связи пока не удается, но отдельные исследования по снижению потребления в Wi-Fi и 3G есть. Надеюсь, они найдут свой путь в коммерческие продукты. Даже без оптимизации стандартов связи экономить можно, синхронизируя сеансы связи у различных приложений и сведя к минимуму их продолжительность. Если у вас есть три приложения, проверяющие что-то в сети, лучше бы им делать это всем вместе раз в десять минут, чем каждому по очереди будить смартфон каждые три минуты. Пока нечто в этом духе делает только один из производителей с унифицированным сервисом Push Notifications. Пример неплохой, между прочим, надо брать.
Бумажные экраны
Речь, конечно, об электронной бумаге. Она пока крайне несовершенна, но сама идея того, что изображение, однажды выведенное на экран, не пропадает и (почти) не требует энергии на поддержание, очень хороша. Технологий, которые лишены недостатков сегодняшнего e-ink, то есть прочны, контрастны, поддерживают цветную картинку и обновление изображения 25-50 раз в секунду, существует несколько. Начала коммерциализацию технология Mirasol, а вот ряд других интересных технологий (Quantum dot, TPD, FLD) выберутся из лабораторий еще не скоро – либо у прототипов проблемы с эксплуатацией, либо стоят они как самолет. Тем не менее, рано или поздно электронная бумага достигнет описанных потребительских качеств, и тогда, во-первых, планшеты окончательно сольются с электронными книгами, а во-вторых, значительное количество информации всегда будет доступно на экране смартфона, в дежурном режиме. Плюс ряд типичных сценариев использования аппарата (чтение, веб-браузинг, почта, и т.п.) станут драматически меньше нагружать батарею.
А на сдачу мы купим…
Комбинированное использование всех вышеперечисленных методов способно воплотить мечту любого гаджетомана – смартфон, который при умеренной нагрузке работает без подзарядки неделю. Но, честно говоря, я сомневаюсь, что индустрия уйдет от текущего стандарта «день-два». Ведь «излишки» энергии всегда можно пустить в дело – в постоянную работу голосового управления, GPS и камеры, в новые датчики, в фоновый анализ данных с помощью облачных сервисов… И вот тогда, хоть «запас хода» снова будет весьма скромным, но произойдет настоящая революция в мобильных технологиях.