Handys sind so leistungsfähig wie PCs, warum brauchen sie also keine Lüfter?

Mobiltelefone werden von Jahr zu Jahr leistungsfähiger. Ein Premium-Handy ist weitaus leistungsfähiger als ein Mittelklasse-PC und hat sogar eine stärkere Grafikverarbeitung als ein Ultrabook mit integrierter Intel-Grafik. Aber ist Ihnen trotz all dieser Leistung schon einmal aufgefallen, dass Ihr Handy keinen Lüfter hat? Warum ist das so?

Bewegliche Teile brauchen mehr Platz und können kaputt gehen

Die Hersteller von Mobiltelefonen haben jahrelang daran gearbeitet, ihre Geräte so dünn wie möglich zu machen, und diese Geräte wären nicht nur ein paar Millimeter dick, wenn sie Lüfter hätten. Lüfter sind sperrig, und sie brauchen Platz, um sich zu bewegen. Außerdem gehen sie ziemlich schnell kaputt, wenn sie falsch eingesetzt werden.

Was kann man als Missbrauch bezeichnen? Nun, so ziemlich alles, was man mit einem Telefon macht. Man wirft es auf die Couch. Man schnallt es sich beim Joggen um das Handgelenk. Sie stoßen es aus dem Bett auf den Boden, mit oder ohne Hülle. Alles andere in Ihrem Telefon überlebt vielleicht, aber Ihr Lüfter würde anfangen zu rattern. Er kann immer noch seinen Dienst tun, nur eben lauter. Oder er kann seine Aufgabe nicht mehr richtig erfüllen, was dazu führt, dass alles andere allmählich überhitzt und ausfällt.

Lüfter mögen keine kleinen dunklen Räume

Geräte, die zur Kühlung auf Lüfter angewiesen sind, mögen es im Allgemeinen nicht, wenn sie in engen, beengten Räumen untergebracht sind. Legen Sie Ihren Laptop bei intensiver Arbeit auf ein Kissen, und Sie werden sehen, wie schnell das Gerät ins Stocken gerät.

Stellen Sie sich nun vor, Sie hätten eine kleinere Version Ihres Laptops in Ihrer Tasche. Wenn es nicht so heiß wird, dass es sofort Ihre Aufmerksamkeit erregt, würde es sich wahrscheinlich irgendwann einfach abschalten. Die Lebensdauer des Akkus wird mit Sicherheit darunter leiden. Eine Handtasche ist besser, aber wahrscheinlich nicht viel besser. Schließlich kommt ein Laptop nur deshalb gut mit einer Umhängetasche zurecht, weil sie entweder ausgeschaltet ist oder nur fast.

mobile CPUs verbrauchen weniger Strom und erzeugen weniger Wärme

Wenn Sie herausfinden wollen, wie energieeffizient Ihre CPU ist, gibt es einen Schlüsselbegriff, nach dem Sie suchen: Thermal Design Power. Die TDP wird in der Regel in Watt angegeben und gibt die maximale Wärmemenge an, die die CPU bei voller Auslastung erzeugen kann. Dies sagt nichts darüber aus, wie viel Energie Ihr Gerät pro Stunde verbraucht, aber es gibt Ihnen einen Anhaltspunkt, was Sie erwarten können.

Der Qualcomm Snapdragon 8 Gen 3 ist das Spitzenmodell seiner Klasse, ein mobiler Chip, der für High-End-Smartphones entwickelt wurde, die auch die anspruchsvollsten Spiele spielen können. Er hat eine TDP von 12,5 W. Das ist zwar höher als die 5 W der frühen Snapdragon-CPUs, aber vergleichbar mit einer leistungsschwächeren Intel-CPU.

Eine NVIDIA GeForce RTX 4090 Grafikkarte hat einen TDP von 450 W, und das ist nur eine Komponente eines PCs. Ein derartiger Energieverbrauch ist für ein mobiles Gerät, das mit einem Akku betrieben werden muss, nicht machbar und erzeugt zudem mehr Wärme, als die passive Kühlung bewältigen kann. Das ist einer der Gründe, warum Desktops und Laptops Lüfter benötigen, während Ihr Handy keine braucht. Dies ist auch ein Grund dafür, dass Handys trotz aller Fortschritte noch nicht an die Grafikleistung eines dedizierten Spiele-PCs heranreichen können.

Wie schaffen es die CPUs von Handys, sowohl leistungsstark als auch effizient zu sein? Wenn Sie sich für die technische Seite interessieren, lesen Sie diesen Bericht von Cadence PCB Designs. Zu den Methoden gehören temperaturbewusstes Scheduling (Verlangsamung heißer Prozessoren zugunsten kühlerer), Verkehrsdrosselung (Lenkung des Netzwerkverkehrs durch den Chip, um Hotspots zu vermeiden) und Clock Gating (Anhalten der Prozessorlogik für jeweils ein paar Mikrosekunden). Aber das ist nur die Spitze des Eisbergs.

mobile Apps erzeugen weniger Wärme, um den Kühlungsbedarf zu reduzieren

Software nimmt zwar scheinbar keinen physischen Raum ein, aber sie tut es doch, und zwar in Form von Energie. Anspruchsvolle Software hat einen höheren Energiebedarf. Das gilt auch für schlecht geschriebenen Code. Wenn eine Anwendung unaufhörlich das Netzwerk anpingt und ständig Hintergrundprozesse aus dem Ruhezustand aufwecken muss, verbraucht das Gerät mehr Energie.

Ich glaube nicht, dass ich jemandem zu nahe treten will, wenn ich sage, dass nicht alle mobilen Anwendungen brillant geschriebene Codes sind. Wenn Sie jedoch eine mobile Anwendung entwickeln, sollten Sie sich über die Auswirkungen auf die Akkulaufzeit Gedanken machen. Wenn eine App dazu führt, dass ein Telefon häufiger aufgeladen werden muss, werden Sie das von Ihren Nutzern zu hören bekommen. Stromverbrauch bedeutet Wärme. Durch energieeffiziente Anwendungen reduzieren die Entwickler den Bedarf an aktiver Kühlung.

smartphones verwenden passive Kühlung

Lüfter sind eine Form der aktiven Kühlung. Smartphones setzen auf passive Kühlung, d. h. den Austausch von Wärme allein durch den Leitfähigkeitsunterschied zwischen den Materialien ohne Hilfe mechanischer Komponenten. Einfacher ausgedrückt: Die Dinge können abkühlen, ohne dass sich etwas bewegen muss. Wenn Sie die Klimaanlage einschalten, um Ihre Wohnung zu kühlen, ist das aktive Kühlung. Ein offenes Fenster ist passive Kühlung. Bei Mobiltelefonen werden in der Regel Metallplatten zwischen den elektrischen Komponenten und das Design des Gehäuses zur Wärmeableitung verwendet.

Die passive Kühlung eignet sich sehr gut für den täglichen Betrieb, aber im Gegensatz zur aktiven Kühlung kann sie die Wärmeabfuhr nicht erhöhen (wie beim Öffnen eines Fensters). Aus diesem Grund werden manche Telefone besonders heiß, wenn sie intensive Aufgaben, wie Spiele, ausführen. Die CPU erzeugt mehr Wärme, und das Telefon ist nicht in der Lage, dies auszugleichen. In diesem Fall setzt die thermische Drosselung ein und reduziert die Leistung, um den Komponenten Zeit zum Abkühlen zu geben.

weitere Alternativen zu Lüftern sind in der Entwicklung

Einige Nischentelefone verfügen über integrierte Lüfter. Das Lenovo Legion Phone Duel 2 enthielt sogar zwei davon, aber es wurde nie erwartet, dass es sich durchsetzen würde. Smartphone-Hersteller suchen nach anderen Möglichkeiten zur Kühlung eines Smartphones bei intensiver Belastung. Eine Möglichkeit ist die Dampfkammerkühlung, bei der die Verdampfung und Kondensation einer Flüssigkeit zur Kühlung der elektrischen Komponenten genutzt wird. Die Samsung-Galaxy-S23-Serie nutzte beispielsweise Dampfkammer-Kühlsysteme. Wenn Sie noch weiter in die Vergangenheit zurückgehen möchten, hatte das Galaxy Note 9 ein Wasser-Kohle-Kühlsystem.

Samsung ist nicht allein. Hier ist ein Video von Xiaomi, das seine Loop LiquidCool-Technologie erklärt.

Anstatt einen Lüfter im Inneren des Telefons zu platzieren, gibt es die Möglichkeit, ihn auf der Rückseite anzubringen. Diesen Ansatz hat ASUS mit dem AeroActive Cooler 6 verfolgt. Es handelt sich dabei um ein Zubehör für das ROG Phone 6, ein Telefon, das im Inneren Graphitplatten verwendet, weil dieses Material als Wärmeleiter sehr gut funktioniert. Ja, es gibt auch einen AeroActive Cooler 7, es war also keine einmalige Sache.

Lüfter sind sowohl ein Segen als auch ein Fluch. Sie machen Geräte sperriger, lauter und anfälliger. Sie ermöglichen es aber auch, ein Gerät leistungsfähiger zu machen. Smartphones könnten noch leistungsfähiger sein, wenn sie Lüfter hätten, aber sie würden auch viele der Aspekte verlieren, die Telefone so großartig machen. Stattdessen haben Telefone die Innovation gefördert, wie man eine bessere Leistung erreichen kann, ohne darauf zu verzichten.