La consommation énergétique d'un téléphone portable est définie par la quantité d'énergie utilisée par le téléphone portable afin de faire fonctionner les services qu'il propose. L'écart entre l'énergie stockée dans la batterie et l'énergie consommée par les composants principaux a augmenté avec chaque génération. La consommation d'énergie d'un téléphone portable résulte de la consommation de ses composants parce que les logiciels, toujours plus nombreux, les sollicitent.
Les chercheurs travaillent sur différentes solutions pour réduire la consommation d'énergie afin d'améliorer l'expérience utilisateur. La consommation énergétique d'un téléphone portable a un impact important sur son autonomie mais un impact négligeable sur la consommation d'énergie globale: bien que très variable d'un modèle à un autre, un smartphone consomme de quelques dizaines de milliwatts (en état inactif, connecté au réseau, écran éteint) à quelques watts (en état actif avec écran allumé et utilisation de composants comme le Wi-Fi ou le processeur).
État des lieux
La pénétration du marché des téléphones portables est forte. En fin d'année 2013, 1,4 milliard de téléphones portables sont en circulation dans le monde. Ils sont équipés de processeurs et systèmes d'exploitations plus puissants et de plusieurs interfaces réseaux. Ils remplacent différents objets que nous avions dans notre poche et permettent à leur utilisateur d'interagir avec les équipements environnants.
Mais l'utilisation des téléphones portables est fortement limitée par la durée de vie de leur batterie, qui est soumise aux contraintes de taille et de poids du terminal. De plus l'énergie est l'une des principales ressources qui lorsqu'elle est épuisée, rend toutes les applications de l'appareil mobile inopérantes, y compris celles qui sont essentielles telles que les appels d'urgence. Finalement, la question que se pose un utilisateur lorsqu'il exécute une application mobile est : « Combien de temps puis-je utiliser mon téléphone en exécutant cette application ? ». L'optimisation de la consommation d'énergie de millions d'applications pour les téléphones portables est donc d'une importance critique. Savoir mesurer la consommation de l'énergie des terminaux mobiles est donc d'une importance cruciale pour la compréhension et le débogage de la consommation d'énergie des applications mobiles.
Historique Au début des années 2000, le domaine de recherche prioritaire concernait l'efficacité énergétique pour le calcul, tel que la consommation d'énergie des microprocesseurs, puisque les services de l'Internet mobile comme le courrier électronique étaient encore à leur début. Puis les interfaces WLANWLAN pour Wireless Local Area Network qui pourrait être traduit par réseau local sans fil comme les interfaces Bluetooth et IEEE 802.11 sont devenues omniprésentes. Avec les services de l'Internet mobile qui deviennent populaires et les utilisations d'application qui ont radicalement changé, la transmission de données sans fil représente une partie importante de la consommation d'énergie des smartphones.
Puis, à partir de 2003, plusieurs leaders de l'industrie ont mis au point des solutions pour apporter la présence de la 3D3D pour Trois Dimensions dans les plates-formes mobiles. En raison de l'intensité des calculs de la géométrie et de la pixellisation, ainsi qu'un affichage toujours actif, ces applications 3D sont extrêmement gourmandes en énergie. Des améliorations dans la technologie des batteries ne permettront pas à satisfaire les besoins énergétiques du traitement graphique 3D dans les appareils portatifs futurs, ce qui motive les recherches sur l’amélioration de l’efficacité énergétique.
L'utilisation de batteries de plus grande capacité pourrait être une solution triviale, mais leur évolution technologique ne suit pas les tendances dictées par la loi de Moore. Alors que la puissance de calcul est doublée tous les deux ans selon Moore, la capacité de la batterie double tous les dix ans seulement. En outre, avec plus de capteurs, comme le GPSGPS pour Global Positioning System qui pourrait être traduit par système de localisation mondial, disponibles sur les appareils, et comme l'amélioration de la capacité de la batterie est très modérée par rapport à l'augmentation des nouveaux services et matériels, le contrôle du contexte et de la consommation d'énergie du smartphone devient un défi.
Définition vignette|upright=2.5|Interactions entre le matériel, les logiciels, les utilisateurs et l'environnement La consommation énergétique d'un smartphone est définie par le coût énergétique nécessaire aux composants matériels pour réaliser leur activité. Cette activité est induite par les exécutions de logiciels, liées à l'activité des utilisateurs. En effet, les logiciels produisent une quantité de travail, pendant un temps donné (par exemple accès entrée-sorties, encodage ou décodage de données), ce qui donne lieu à des opérations sur le matériel. En d'autres termes, la consommation d'énergie résulte de l'exécution d'applications qui, par leurs comportements, déclenchent une charge de travail sur les composants matériels. L'environnement externe peut aussi influencer sur la charge de travail des opérations logicielles et matérielles. Par exemple, des interférences réseaux peuvent entraîner une retransmission des données lors d'une transmission sans fil. Cela se traduit par une variation de la charge de travail sur les accès entrée-sorties.
De plus, les terminaux sont alimentés par batteries pour permettre le plus haut degré de liberté à l'utilisateur, mais cela limite les ressources en termes d'énergie et de puissance. Il est essentiel de comprendre la différence entre ces deux termes qui sont parfois utilisés de façon interchangeable. Puissance La vitesse à laquelle le travail est effectué, exprimé en watts ⇒ . Énergie L'intégrale du temps et de la puissance, exprimé en joules ⇒ . La consommation d'énergie des maisons ou des bureaux est mesurée en kilowatts-heures (1 kWh = 3600 kJ). La capacité des batteries est souvent donnée en milliampères-heures (mAh). correspondent à joules en supposant que la tension moyenne de la batterie soit de .
De plus, un composant d'un smartphone peut avoir un ou plusieurs niveaux d'états de puissance : État actif Le processeur d'application est opérationnel. L'écran est allumé et les composants sont actifs. L'énergie consommée dans l'état actif est élevé (par exemple de 300 à 2000 mW, lors de l'écoute de la musique et en utilisant le Wi-Fi), et varie considérablement selon l'utilisation. État inactif Le processeur d'application est inactif, tandis que le processeur de communication réalise un niveau d'activité faible, car il doit rester connecté au réseau dans le but de recevoir des appels, SMSSMS pour Short Messaging Service qui pourrait être traduit par Service de Message Court. L'appareil est en mode de faible puissance. La puissance consommée à l'état inactif est nettement inférieure à l'état actif, et est relativement invariable dans des usages normaux. Elle est mesurée autour de 70 mW. État de « queue » L'appareil n'est pas à l'état inactif mais aucune application n'est active. Les composants tels que les cartes réseau, carte SDSD pour Secure Digital qui pourrait être traduit par numérique sécurisée et GPS sur de nombreux smartphones présentent ce phénomène de l'état de « queue ». Ils restent à un état de puissance élevé pendant un certain temps après leur activité.
Sources de consommation matérielle + Consommation d'énergie pour une utilisation typique d'un smartphone ()thumbmesures effectuées à partir d'un i-mate K-JAM équipé d'une batterie « Lithium Polymer 1250mAh », de de mémoire, d'un processeur « OMAP processor » et d'un système d'exploitation « Windows Mobile 5.0 »ComposantConsommation Processeur 35 % Wi-Fi 25 % GSM 25 % Bluetooth 7 % Autres 5 % Rétro-éclairage 3 %
Les smartphones modernes sont équipés d'une grande variété de composants matériels intégrés. Les composants principaux sont la CPUCPU pour Central Processing Unit qui pourrait être traduit par Unité centrale de traitement, la mémoire, la carte SD, le Wi-Fi, le téléphone, le Bluetooth, le GPS, l'appareil photo, l'accéléromètre, la boussole numérique, l'écran LCDLCD pour Liquid Crystal Display qui pourrait être traduit par Écran à cristaux liquides, l'écran tactile, le microphone et le haut-parleur. Il est courant pour les applications des smartphones d'utiliser plusieurs composants simultanément afin d'offrir une expérience utilisateur plus riche. Chaque composant matériel peut être dans plusieurs modes de fonctionnement, connus comme les états d'alimentation de ce composant, consommant chacun une quantité d'énergie différente.
Le processeur La consommation d'énergie du processeur est fortement influencée par l'utilisation et la fréquence de la CPU. Par exemple, le processeur n'est pas sollicité lors de la recherche de nouveaux réseaux Wi-Fi, en revanche, il est largement utilisé par la plupart des jeux. S'il fait encore partie des composants qui consomment le plus d’énergie (12,7 % de la puissancemesures effectuées à partir d'un G1 Android Developer Phone 1 équipé d'une batterie « Lithium Polymer 1150 mAh», d'un processeur « ARM 11 » et d'un système d'exploitation « Android 1.0 SDK »), des techniques d'optimisation de l'énergie de la CPU ont fait l'objet de nombreuses recherches et des techniques matures, comme l'ajustement dynamique de la fréquence ont déjà été intégrées dans les smartphones. Mais les résultats mesurés dépendent aussi énormément du contexte d'utilisation. En effet, plus le processeur est utilisé, plus il consomme de l'énergie. Par exemple, en 2007, des mesures sur un montrent que le processeur consommait jusqu'à 35 % de la puissance totale.
La mémoire Pour la mémoire vive (RAMRAM pour Random Access Memory qui pourrait être traduit par mémoire à accès direct), la puissance peut être assez élevée (supérieure à 100 mW dans certains scénarios), mais est toujours à corréler avec l'utilisation du processeur. Elle peut dépasser la puissance du processeur dans certaines charges de travail, mais dans des situations concrètes, la puissance du processeur éclipse celle de la mémoire par un facteur de deux ou plus. Par conséquent, en pourcentage, la mémoire contribue en moyenne à 6 % de la puissance totale. En mode veille cependant, la mémoire peut monter jusqu'à 20 %, car elle doit conserver l'état du système. La mémoire flash, elle, contribue peu à la consommation d'énergie. Sa consommation culmine à 30 mW lors d'un enregistrement vidéo, soit 1,5 % de la puissance totale. Sinon elle ne représente que 0,5 % du totalmesures effectuées à partir d'un Samsung Galaxy S III GTI9300 (S3) équipé d'un processeur graphique « ARM Mali-400 MP », d'un système sur une puce « Samsung Exynos 4412 », d'un processeur « ARM Cortex-A9 quad-core, », d'un écran « Super AMOLED, 4.8”, 720×1280 », d'une batterie « » et d'une mémoire vive d'« LP-DDR2 ». Les mémoires vive et flash font partie des plus faibles consommations électriques.
Stockage Des mesures faites sur l'interface de la carte SD, une SanDisk , montrent une augmentation de la puissance de pour les écritures, et une augmentation de pour les lecturesmesures effectuées à partir d'un Neo FreeRunner équipé d'une batterie « Lithium Polymer », d'un processeur « ARM920T à », d'une mémoire SDRAM, d'une carte graphique Smedia Glamo 3362 et d'un système d'exploitation « Openmoko ». Sa consommation d'énergie est négligeable. Même lors de lecture vidéo, l'une des utilisations avec la plus forte concentration de données d'appareils mobiles, les résultats des mesures montrent que la puissance consommée de la carte SD est bien inférieure à 1 % de la puissance totale.
L'affichage et la 3D