Секрет автономності Garmin: Solar Glass, надефективні чипи та роки інженерної роботи

Однією з ключових переваг годинників Garmin уже давно є їхня виняткова автономність. Якщо багато смартгодинників працюють лише кілька днів без підзарядки, то окремі моделі Garmin здатні функціонувати тижнями, а в певних енергоощадних режимах - майже необмежено довго за достатнього сонячного освітлення.

Fenix 8 Solar та Enduro 3 - дві з найновіших сонячних моделей у лінійці Garmin.

Новий технічний розбір від efpasia пояснює, як Garmin досягла такої переваги. У ньому розглянуто апаратні рішення, архітектуру живлення та сонячні технології, що лежать в основі таких моделей, як Fenix 8, Enduro 3 та Instinct 3 Solar.

«Більшість смартгодинників працює між заряджаннями день або два, тоді як у деяких моделей Garmin замість відсотків заряду може показуватися символ нескінченності».

Це стало можливим не завдяки одному рішенню, а завдяки цілій системі інженерних підходів, які підсилюють один одного: конструкції скла, сонячному шару під ним, MIP-дисплею, процесорам і продуманому керуванню енергоспоживанням на рівні прошивки.

Garmin fenix 7 Pro Saphire Solar vs Garmin Fenix 8 Saphire Solar

Сонячне заряджання: від Fenix 6 до сучасних моделей

Історія сонячних годинників Garmin почалася з Fenix 6 Solar - першої моделі бренду, де сонячне заряджання було інтегроване безпосередньо в конструкцію лінзи. Для цього Garmin використала технологію, отриману після придбання французької компанії SunPartner Technologies.

Перше покоління працювало, але мало компроміси. Напівпрозорий сонячний шар розташовувався між дисплеєм і зовнішньою лінзою. Використовувалася двошарова схема: ефективніші фотоелементи по краях дисплея та менш ефективна зона над основною частиною екрана. Це дозволяло збирати енергію, мінімізуючи вплив на читабельність.

«Сонячний шар під екраном надавав дисплею легкого червонуватого відтінку - помітної ознаки того, що Garmin ще вдосконалювала нову технологію».

У наступні роки Garmin поширила сонячне заряджання на інші пристрої: Instinct Solar, Instinct 2 Solar, серію Enduro і навіть велокомп’ютери Edge. Проте базова архітектура залишалася подібною, доки не з’явилися Fenix 8 Solar та Enduro 3.

У цих моделях сонячні елементи винесли з основної площі дисплея в щільне кільце навколо безеля. Це прибрало небажаний відтінок екрана й дозволило розмістити фотоелектричний матеріал там, де він працює найефективніше. У поєднанні зі склом Power Sapphire, за заявою Garmin, така конструкція дає до п’яти разів більше сонячної потужності, ніж попереднє покоління.

Пізніше сонячна апаратна платформа другого покоління з’явилася й в Instinct 3 Solar, що дозволило окремим режимам роботи наблизитися до фактично необмеженої автономності за достатнього сонячного освітлення.

Якщо Instinct 2 Solar забезпечував приблизно 48 годин GPS-відстеження із сонячною підтримкою, то Instinct 3 Solar підняв цей показник приблизно до 130 годин. Незалежні оглядачі також підтверджували дуже низькі темпи розряду навіть у ресурсомістких GPS-режимах.

Gen 1 (2019–2024) ліворуч і Gen 2 (2024+) праворуч - порівняння

«Сонячний сендвіч» усередині годинника

Кожен сонячний годинник Garmin фактично побудований як багатошарова конструкція:

захисна лінза → сонячний шар → дисплей → материнська плата

Сонячний компонент тут не є зовнішньою панеллю чи аксесуаром - він інтегрований безпосередньо в передню частину корпуса. Garmin використовує два основні варіанти такого скла:

Power Glass - зміцнене скло із сонячними елементами під ним. Цей варіант застосовується у пристроях середнього класу, наприклад у серії Instinct.

Power Sapphire - синтетичний сапфір замість звичайного зовнішнього скла. Це один із найтвердіших прозорих матеріалів після алмаза. Таке рішення використовується у преміальних моделях, зокрема Fenix 8 Solar, Enduro 3 та tactix.

У першому поколінні сонячний матеріал був розміщений і над безелем, і над основною зоною дисплея. У другому поколінні фотоелементи перенесли повністю в зону безеля. Це одночасно підвищило ефективність і прибрало будь-який візуальний вплив на екран.

Чому сонячне заряджання справді працює в Garmin

На перший погляд може здатися, що сонячне заряджання у годиннику не може дати суттєвої користі, адже йдеться лише про мілівати потужності. Але годинники Garmin спроєктовані так, щоб самі споживати дуже мало енергії.

«Сонячна панель не заливає годинник великою кількістю енергії - йдеться про дуже малі значення, що вимірюються в міліватах».

«Низьке енергоспоживання плюс постійне сонячне підживлення означає, що пристрій може вийти в нульовий баланс або навіть отримувати більше енергії, ніж витрачає».

У цьому і полягає головна перевага. MIP-дисплеї майже не витрачають енергію, коли відображають статичне зображення. Прошивка Garmin активно керує тактовими частотами процесора, роботою сенсорів та іншими системами для максимального зниження споживання.

Сонячні масиви Garmin також контролюються блоком керування живленням із використанням алгоритмів MPPT - тієї самої технології, яку застосовують у великих сонячних установках. Такі контролери постійно підлаштовують електричні параметри, щоб забирати максимум енергії залежно від умов освітлення.

Є і геометричний виклик: найкраще сонячні елементи працюють, коли світло падає під прямим кутом. Але годинник на зап’ясті рідко звернений до сонця ідеально. Garmin компенсує це розташуванням багатьох дрібних фотоелементів під різними кутами, щоб пристрій міг збирати енергію в широкому діапазоні положень.

За сприятливих умов перші сонячні моделі могли компенсувати помітну частку заряду протягом дня. У другому поколінні ця ефективність стала ще вищою.

Не лише сонячна панель є важливою, а й процесор

Тривалий час роботи залежить не тільки від сонячного скла, а й від того, що знаходиться під дисплеєм. Старіші моделі на кшталт Fenix 6X Pro використовували платформу NXP Cortex-M4. Garmin застосовувала її в кількох поколіннях, роблячи ставку не на максимальну продуктивність, а на ефективність.

У новіших моделях, таких як Fenix 8, використовується платформа NXP i.MX RT500 на базі Cortex-M33 з інтегрованим DSP. Вона забезпечує кращу енергоефективність, сучасніші функції безпеки та підтримку нових можливостей, зокрема обробки аудіо.

Внутрішнє компонування Fenix 8.

Особливо цікавою зміною є те, що Garmin повністю відмовився від зовнішньої оперативної пам'яті. У старих моделях використовувався окремий чіп пам'яті, в основному для буферизації даних карт. У поколінні Fenix 8 Garmin переніс це навантаження на внутрішню SRAM процесора. Це зменшує енергоспоживання та спрощує материнську плату, хоча може трохи уповільнити рендеринг карт.

Система GNSS також суттєво оновилася. У поколінні Fenix 6 використовувався одночастотний GPS-чип Sony, тоді як Fenix 8 отримав сучасний багатодіапазонний GNSS-чипсет із підтримкою кількох супутникових систем одночасно, що підвищує точність позиціонування.

Спільна апаратна база в екосистемі Garmin

Розбирання пристроїв показують, що всередині різні годинники Garmin інколи набагато схожіші, ніж здається зовні. Наприклад, аналіз Forerunner 245 Music продемонстрував, що його базова процесорна архітектура дуже близька до Fenix того ж покоління.

Відмінності часто зводяться до набору сенсорів, обсягу пам’яті, підтримки NFC та програмно активованих функцій. Така уніфікована платформа означає, що поліпшення енергоефективності у флагманських пристроях згодом поширюються і на інші серії, зокрема Forerunner.

MIP (ліворуч) проти OLED (праворуч)

MIP проти AMOLED: головний компроміс у питанні батареї

Якщо виділити одне рішення, що лежить у центрі переваги Garmin за автономністю, то це збереження MIP-дисплеїв у моделях, орієнтованих на витривалість.

MIP-дисплеї відбивають зовнішнє світло і майже не споживають енергію, коли показують статичний контент. Під прямим сонцем вони навіть стають читабельнішими. AMOLED, навпаки, виглядає значно ефектніше в приміщенні: яскраві кольори, глибокий чорний, плавні анімації. Але кожен піксель там постійно витрачає енергію.

Це добре видно на прикладі одного покоління пристроїв: Instinct 3 AMOLED забезпечує до 24 днів роботи в режимі смартгодинника, тоді як Instinct 3 Solar із MIP-дисплеєм у певних режимах може працювати практично без обмежень за наявності достатнього сонячного світла.

«На AMOLED-годиннику сонячна панель виглядала б так, ніби свічкою намагаються обігріти піч».

Саме тому Garmin досі не вивела на масовий ринок повноцінний сонячний AMOLED-годинник.

Конкурентне середовище

Через шість років після випуску Garmin свого першого сонячного годинника, конкурентна реакція залишається напрочуд слабкою.

Apple дотримується протилежної філософії: Apple Watch робить ставку насамперед на зв’язок, застосунки та інтеграцію зі смартфоном, а не на максимально довгу автономність.

Coros здобула сильну репутацію у сфері витривалих спортивних годинників і навіть представила сонячний велокомп’ютер DURA, однак повноцінного сонячного годинника компанія поки не випустила.

Suunto певний час експериментувала із сонячною технологією, але з переходом на AMOLED у новішому поколінні відмовилася від цього напряму.

Аналіз показує, що перевага Garmin полягає не тільки в сонячному склі, а в усьому комплексі: склі Power Sapphire, енергоефективних дисплеях MIP, системі управління енергоспоживанням MPPT, ефективних процесорах та агресивній оптимізації прошивки. Кожен з цих елементів можна відтворити окремо, але відтворення всієї системи вимагає багаторічних інженерних зусиль.

Що далі

Аналіз підкреслює цікавий парадокс: що ефективнішими стають пристрої, то важливішою стає сонячна енергія. Коли гаджет споживав десятки міліватів, кілька міліватів від сонця майже не мали значення. Але коли сучасні носимі пристрої наближаються до дуже низького рівня споживання, той самий сонячний внесок уже може суттєво подовжити час роботи.

Водночас Garmin, схоже, прагматично визначає, де саме сонячна технологія має сенс. Компанія активно просуває AMOLED у нових моделях Forerunner і Fenix, а також випустила AMOLED-версію Instinct 3. Але в пристроях, де дисплей сам по собі витрачає більше енергії, сонячне заряджання не завжди дає достатній ефект. Саме тому Garmin, наприклад, тихо відмовилася від сонячного заряджання в новіших велокомп’ютерах Edge.

На основі матеріалів із garminrumors.com