人类的科技灵感很多都来自于对于大自然的模仿，也就是我们常说的仿生学。那么现在我们最离不开的随身设备——智能手机中采用的处理器，是否也模仿了某种生物的特性？例如现在的手机处理器都带有自动调频的节能功能，这与自然界生物的什么特性比较相似呢？让我们一起来研究一下这个有趣的话题。



    在大自然中，体温随着外界温度改变而改变的动物，叫做变温动物，也就是常说的“冷血动物”。当然，这并不是说变温动物不能控制它们的体温，实际上，它们可以依靠凉爽或温暖的环境来改变自己的体温，而不是直接控制自己的体温，这是因为它们缺乏维持一定体温的生理机能而造成的。相反，鸟类和哺乳动物就是恒温动物，可以将自己的体温保持在一个相对稳定的范围内。
    正是因为变温动物不需要耗费能量来保持体温，所以在同样体重的前提下，它们比恒温动物更“节能”，只需要恒温动物1/10～1/3的能量就能维持生命，因此它们对于食物的需求也更少。总的来说，变温动物的优势就在于可以在外界环境或食物供给情况变化较大的条件下存活，因为它们只需要较少的能量来维持体温和生理机能，而食物中得来的能量可以更多地用于生长，因此变温动物把食物供应给身体生长的效率比恒温动物高。实际上，人如果不吃食物，撑不过两个月，但是鳄鱼不进食，却可以撑一年，从生存的能源消耗来看，变温动物的确很“节能”。


从“冷血”到节能


采用big.LITTLE架构的ARM处理器能智能地为大小核心分配任务

   如果我们把动物的体温想像为手机处理器的性能，那么变温动物的这一套体温与能源消耗动态平衡的系统与手机处理器的节能原理就非常相似。
    那么变温动物中有些什么能源控制的技巧呢？比如棱皮龟就会将平时产生的热量储存起来，在游泳时利用体内的热量使身体温度保持在10°C左右或高于海水的温度；箭鱼在狩猎时会有选择性地给眼睛和大脑供应额外的热量；一些鲨鱼和金枪鱼进行长距离游泳时，会使体温高于水温。
    再让我们来看看手机处理器的节能设计。包含手机处理器在内的微处理器大都会采用DVFS（Dynamic voltage and frequency scaling）即动态电压频率调整这一方式来进行功耗控制。具体的原理很简单，就是根据处理器所运行的应用程序对计算能力的不同需要，动态调节处理器的运行频率和电压（对于同一芯片，频率越高，需要的电压也越高），从而达到节能的目的。不过，光是动态调整频率还不能完全达到节能的目的，只有在降低频率的同时降低工作电压，才能真正地降低能量的消耗。在PC平台上，InteI的SpeedStep；在手机与平板上，ARM的IEM（Intelligent Energy Man-ager）和AVS（Adaptive Voltage Scaling）等都属于DVFS的类型。这种模式与变温动物在白天环境温度高时活跃度高，完成捕猎等高消耗活动，而晚上则处于休眠节能状态的习性非常相似。

 

    ARM提出的big.LITTLE架构则与变温动物有选择性地利用热量更为接近。big.LITTLE架构采用四核A15+四核A7的“大小核”组合来实现高性能与节能两种不同需求的动态变换，而前面例子中讲到的棱皮龟、箭鱼以及鲨鱼、金枪鱼等都会根据实时的需要给自己身体进行额外供能，并表现在体温的变化上。
    不过，变温动物更“节能”并不表示它们的体力不如恒温动物。在三十年前，加州大学的动物学家阿尔贝-贝内特 （AlbertBen-nett）和俄勒冈州大学的艾尔文（Irvine）和约翰-鲁本（JohnRuben）发现哺乳动物和鸟类比其它动物有更强的有氧代谢能力，能为肌肉提供更多的氧气，而且能够维持较长时间的消耗，从而得出“较高的氧代谢能力不可避免地导致较快的新陈代谢”这一很有争议性的结论，套在手机处理器方面，这意思就是指性能越高，电能消耗越快。
    但是，很多学者表示这个观点并不准确，实际上有氧能力取决于心血管系统和肌肉的发达程度，而静止代谢率则主要取决于大脑和内脏器官，身体总的能源消耗是由这两部分组成的——巨蜥的氧代谢能力很高，但静止代谢率确很低。那么把这个理论再套到处理器上，就很奇妙了，处理器中各种单元模块，就好比与静止代谢率相关的“器官”，如果能有一些技术让它们在保持数据的时候消耗更少的电能，就相当于降低了处理器的“静止代谢”，这就可以让处理器“动”的时候活力十足，“静”的时候更加节能——而这样的技术就是更先进的制程工艺，比如骁龙800采用的28nm HPM工艺。
    

“恒温”模式延长续航



利用人体温度为设备充电的短裤与睡袋

    既然手机处理器“冷血”的特性能让它更为节能，但如果能让它一直有足够的能源供应不是更好？在这里甚至可以利用一些恒温动物的特性——吸收恒温动物持续散发的热量来提供能源。
    英国沃达丰公司和南安普敦大学研制了一种装置，可通过牛仔短裤和睡袋获取人体热量，实现为手机充电的功能。这种装置基于“塞贝克效应”采集人体热能，可以临时性充电。在这样的睡袋使用的织物材料中配备的热电组件能够监控温度变化情况，里面的“功率毯”模块包含聚合物膜和两个半导体，受热时能够产生电能。
    沃达丰公司表示，未来当人们穿着充电短裤行走或者跳舞时，通过人体能量便能为手机充电长达4个小时，同时，人们入睡之后，利用睡袋也能对手机充电11个小时。
    实际上，在智能手机的发展过程中，科学家们从大自然的神奇创造中获得的灵感并不止这些，将来也有更多的仿生设计出现在与我们生活息息相关的智能手持设备上，彻底改变我们的未来。