Les lois de la thermodynamique étant ce qu'elles sont, on ne peut pas créer de froid, seulement déplacer la chaleur ailleurs.

Si tu restes sur du refroidissement à air, il n'y a pas 36 méthodes pour éviter la surchauffe :
① par conduction et rayonnement, avec quelque chose qui conduit bien la chaleur et qui a une grande surface de contact avec l'air. C'est pour ça que les dissipateurs sont faits en métal, et ont des ailettes plutôt que d'être de simples cubes.
② par convection, en maintenant un flux d'air pour que l'air réchauffé soit remplacé par de l'air frais en permanence. C'est ce que font les ventilos.

Pour la méthode ①, l'efficacité dépend de la conductivité thermique du matériau et de la surface du dissipateur.
Pour la méthode ②, l'efficacité dépend du débit du flux d'air, donc du diamètre et de la vitesse de rotation du ventilo.

Suivant les contraintes, il faut jouer avec les deux méthodes :
- S'il faut que ce soit silencieux mais que tu as de la place à l'intérieur (comme dans un boîtier de PC fixe), tu peux diminuer la vitesse de rotation du ventilo et augmenter son diamètre pour compenser. Voire carrément supprimer le ventilo, et avoir des dissipateurs énormes ou un boîtier en métal qui sert en même temps de dissipateur.
- S'il n'y a pas de place, c'est le contraire : les dissipateurs et les ventilos seront plus petits, mais du coup la vitesse de rotation de ce dernier devra être plus grande (et il fera un bruit de turbine, en plus de s'user plus rapidement).

Et sur les smartphones / tablettes ? C'est à peu près la pire configuration possible :
- il y a très peu de place à l'intérieur
- la surface en contact avec l'air est limitée
- les matériaux (verre, plastique) conduisent mal la chaleur
- la batterie et les mains de l'utilisateur ne supportent pas une température élevée

Du coup, comme la chaleur dissipable est limitée, la seule solution c'est d'agir à la source pour limiter la chaleur produite. C'est pour ça (et à cause de l'alimentation sur batterie) que les CPU et GPU utilisés sont optimisés pour le rendement énergétique plutôt que pour les perfs brutes. Mais comme on demande aux smartphones de faire de plus en plus de choses, il n'y a pas de miracle : dans certaines conditions, le thermal throttlng est la seule solution restante.

Pour les climats chauds, c'est une bonne question et j'ai pas la réponse. Par exemple, Apple indique 35°C comme température ambiante maximum pour les iPhones.