Как создавалась система водяного охлаждения на базе углеродных технологий для Samsung Galaxy Note9

Современные смартфоны оснащены мощными процессорами, качественной графикой и большим объёмом памяти. Cегодня они по функциональности не уступают лэптопам, которые умещаются в кармане. Смартфон Galaxy Note9 создан для пользователей, стремящихся повысить свою продуктивность, – он построен на базе новейших, самых высокопроизводительных чипов, имеет до 8Гб ОЗУ и оснащён батарей ёмкостью 4000мАч.
При такой высокой мощности требуется настоящая инженерная магия, чтобы обеспечить должное охлаждение компонентов смартфона, когда вы запускаете игры или работаете с ресурсоёмкими многозадачными приложениями. Samsung разработал инновационное решение для охлаждения Galaxy Note9 и представил принципиально новую систему водяного охлаждения с применением углеволоконных технологий – Water Carbon Cooling.
Впервые Samsung применил систему водяного охлаждения в смартфоне Galaxy S7. В модели Galaxy Note9 вендор повысил мощность и эффективность охлаждения устройства. Как этого удалось этого добиться, Samsung рассказал на своём официальном сайте.

1. Проблема

При создании мобильных трубок, способных работать от батареи в течение всего дня и запускать игры как на специализированных приставках, мы сталкиваемся с тем, что смартфон ощутимо нагревается. Если внутренности смартфона нагреваются слишком сильно, то срабатывает защита от перегрева (thermal throttling), и процессор автоматически снижает частоту своей работы, что приводит к потере производительности. Зависающие игры и медленная работа многозадачных приложений – две важных проблемы, решить которые помогает грамотно разработанная система охлаждения.

2. Цель

При создании Galaxy Note9 мы поставили перед собой сразу несколько амбициозных целей. Мы хотели получить смартфон, который бы мог работать от батареи в течение всего дня, который можно было бы использовать в качестве обычного ПК при подключении к док-станции Samsung DeX, и который позволял бы запускать игры с насыщенной графикой, такие как Fortnite. Это означало, что смартфон должен быть оснащён батареей ёмкостью 4000мАч и мобильным процессором, работающим с частотой 2,7ГГц, а это, в свою очередь, предъявляло повышенные требования к системе охлаждения. Новая система охлаждения должна была работать быстрее и эффективнее, чем системы предыдущих поколений.

3. Идея

В водяной системе охлаждения на смартфонах Galaxy S7 применялся радиатор пористого типа (porous thermal spreader), наполненный водой, которая поглощает тепло, и, превращаясь в пар, передаёт тепло по трубке. После того, как тепло рассеивается, пар снова конденсируется в воду. Эта система послужила прототипом для водяного охлаждения Water Carbon Cooling, которое используется в Galaxy Note9, однако новая система стала более комплексной и эффективной.

4. Решение

Первоначально в системе использовалось два материала термоинтерфейсов (Thermal Interface Materials, TIM), один из которых был выполнен из углеволокна с высокой теплопроводностью и был предназначен для отвода тепла от процессора. Новое решение заключалось в добавлении слоя меди между этими двум материалами, что позволило передавать ещё больше тепла между ними, чтобы потом обеспечить его более эффективное рассеяние. Кроме того, мы разработали более широкий радиатор охлаждения объемом 350мм3 по сравнению с 95мм3 радиатором Galaxy S9, что позволило рассеивать тепло через большую площадь поверхности.

5. Результат

Благодаря улучшенной системе охлаждения Water Carbon Cooling, смартфон Galaxy Note9 способен эффективно рассеивать тепло, генерируемое его мощным процессором. За счёт более широкого радиатора охлаждения и улучшенного термоинтерфейса, выполненного из углеволокна, система Water Carbon Cooling хорошо справляется с отводом тепла от процессора к поверхности устройства. Это позволяет непрерывно использовать смартфон в режиме максимальной производительности. В сравнении с Galaxy Note8, обновлённая система охлаждения обладает втрое большей теплоёмкостью и 3,5 раза более высокой теплопроводностью.

Bringing the Water Carbon Cooling System to Life

Powered by faster chips, beefy graphics cards, and enough RAM to game like a console, modern smartphones have become more like laptops in our pockets. Designed for those that want to do more, the Galaxy Note9 pushes the envelope further, featuring the latest and greatest chip sets, up to 8GB RAM, and a 4,000mAh battery.
But with all that power under the hood it takes some engineering magic to make sure that all the components stay cool while you’re gaming or doing some intense multitasking. Samsung has innovated smartphone cooling on the Galaxy Note9 with its all-new Water Carbon Cooling system.
Water cooling first debuted on the Galaxy S7, but Galaxy Note9 improves both the capacity and efficiency of smartphone cooling. So how did we make it happen? We’ll let our engineers fill you in on the details with notes from the creator’s lab.

01. The Problem

Making phones with batteries that can last all day and play console-quality games comes at a cost: heat. When a phone’s internals become too hot, the CPU slows down – a problem known as thermal throttling – and leads to a loss in performance. Sluggish gameplay and poor multi-tasking are two major problems that a good cooling system addresses.

02. The Goal

The Galaxy Note9 had an ambitious set of goals. We wanted to create a phone with a battery that could last all day, provide a PC-like experience with Samsung DeX, and handle graphic-intense games like Fortnite. That meant putting in a 4,000mAh battery and the latest 2.7GHz mobile processor, which would challenge the phone’s performance. The new cooling system needed to be both faster and more efficient than previous generations.

03. The Idea

When we launched the Galaxy S7, we introduced a new type of water-based cooling into our phones. It used a porous thermal spreader filled with water, which absorbed the heat and turned into steam and then carried the heat away through a pipe. Once the heat dissipated, the steam condensed into water again. This system was the blueprint for the Water Carbon Cooling system in the Galaxy Note9, but we wanted to make it bigger and more efficient.

04. The Solution

The most difficult part of improving the cooling system was to make it more efficient. The original system was thin and used two Thermal Interface Materials (TIM), one made of highly conductive carbon fiber, to transfer heat away from the processor. Our answer was to add a layer of copper between the two TIMs, making it possible to transfer more heat between the two materials for more efficient heat dissipation. We also engineered a wider thermal spreading pipe, coming in at 350mm3 compared to the Galaxy S9’s 95mm3, to dissipate heat over a wider surface area.

05. The Result

Thanks to the improved Water Carbon Cooling system, the Galaxy Note9 can effectively manage heat generated from its powerful processor. With the wider thermal spreader and enhanced Carbon Fiber interface, the cooling system conducts and transmits heat efficiently to the surface of the device, allowing the Galaxy Note9 to operate at peak performance consistently. When compared to the Galaxy Note8, the upgraded cooling system’s heat absorption is three times greater and the thermal conductivity is 3.5 times higher.