Tại sao máy tính 4KB RAM từng đưa được con người lên Mặt Trăng, mà giờ 4GB RAM cũng không đủ để chơi game?

Hóa ra khám phá vũ trụ cũng không tiêu tốn tài nguyên máy tính bằng chơi game đồ họa cao.

Năm 1969, các phi hành gia NASA trở thành những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng bằng tên lửa Saturn V do cơ quan này nghiên cứu và phát triển. Đối với nhiều người, thật kỳ lạ khi một bước tiến vĩ đại như vậy của loài người lại được thực hiện trên một máy tính chỉ có 4KB RAM, trong khi đó vào hiện tại, với dung lượng RAM khoảng 4GB – lớn gấp 1 triệu lần trước đây – người dùng thậm chí còn chẳng chơi nổi một số game đồ họa trung bình.

Thế nhưng trên thực tế, việc con người đặt chân lên Mặt Trăng bằng 4KB RAM chỉ là một phần của sự thật. Tổng cộng trên tên lửa Saturn V đi chinh phục Mặt Trăng có đến 4 máy tính chứ không chỉ một.

Máy tính AGC dẫn đường cho tàu Apollo lên Mặt Trăng

Đúng là chỉ có một máy tính trong số đó dùng để điều khiển tên lửa này đi vào quỹ đạo và tới Mặt Trăng, nhưng vẫn còn các máy tính khác như máy tính dẫn đường cho khoang chứa Apollo (Apollo Guidance Computer – AGC) cùng hai máy tính trên module hạ cánh xuống Mặt Trăng (Apollo Lunar Module – ALM). Một máy tính ALM cũng giống máy tính dẫn đường nhưng khác phần mềm, và máy tính ALM còn lại dùng trong các tình huống thoát hiểm.

Ngay cả như vậy, đây vẫn chưa phải toàn bộ các máy tính dùng để đưa con người lên Mặt Trăng. Tại trung tâm dưới mặt đất, có các máy tính mainframe làm các tác vụ phức tạp như tính toán quãng đường lên mặt trăng và quay trở lại. Các máy tính đi cùng các phi hành gia chỉ đi theo lộ trình đã được các máy tính trung tâm vạch ra từ trước mà thôi.

Các máy tính mainframe đảm nhận hầu hết việc tính toán cho con tàu Apollo

Bộ nhớ ROM trên máy tính AGC của tàu Apollo lên Mặt Trăng

Những máy tính mainframe này có bộ nhớ 1MB RAM mỗi thiết bị. Máy tính dẫn đường AGC có 38K các từ 16 bit. Vậy đúng là máy tính này có 4KB RAM nhưng nó còn có 72KB bộ nhớ chỉ đọc (bộ nhớ ROM) để lưu trữ các chương trình. Hơn nữa, giao diện người dùng của cỗ máy cũng vô cùng tối giản và không có các yếu tố đồ họa. Các dòng code cũng được viết bằng ngôn ngữ máy Assembler, nên không cần đến hệ điều hành, nhằm giảm lượng RAM sử dụng.

Nghĩa là để đưa những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng, các máy tính cần lượng bộ nhớ lớn hơn nhiều so với con số 4KB RAM, có thể đến nhiều MB RAM, nhưng so với hàng GB RAM dành cho các máy tính hiện tại, con số này vẫn quá nhỏ bé. Tại sao lại như vậy?

Tại sao các máy tính ngày nay lại cần RAM lớn như vậy?

Đồ họa, chưa kể đến các game đồ họa chất lượng cao, là nguyên nhân chính máy tính hiện đại cần nhiều RAM đến như vậy. Không quá khi nói rằng, mức độ phức tạp của việc kiết xuất các hình ảnh 3D trên độ phân giải Full HD còn lớn hơn nhiều so với đưa con người lên Mặt Trăng.

Máy tính dẫn đường AGC và bảng điều khiển dành cho phi hành gia

Những phi hành gia chỉ phải xử lý các dòng text đơn giản hiện ra trên màn hình, giống như MS-DOS trước đây. Với những dòng text này, không cần quá nhiều bộ nhớ RAM để lưu trữ và xử lý. Với 4KB RAM, nó có thể chứa đến 4.096 ký tự văn bản – trong khi đó một hình ảnh độ phân giải nhỏ giờ đây cũng có thể tốn đến 2MB bộ nhớ.

Hơn thế nữa, các tính toán trên máy tính của tên lửa chỉ được thực hiện một lần và hiển thị trên màn hình độ phân giải thấp. Trong khi đó, với màn hình hiện tại, thường có độ phân giải Full HD (1920 x 1080 pixel) và tần số quét 60 Hz, các tính toán trong game phải thực hiện đến 124 triệu lần mỗi giây để hiển thị hình ảnh trên màn hình.

Bạn muốn nhìn thấy hình ảnh này …

… hay hình ảnh này khi chơi game

Đó là còn chưa kể các hiệu ứng đồ họa trong game hiện đại, nó liên tục thay đổi mỗi khi bạn di chuyển con chuột hay ấn một nút trên bàn phím. Thậm chí, cho dù bạn không làm gì, trạng thái của chương trình cũng thay đổi, thế giới trong game luôn có các vật thể di chuyển hoặc tương tác với nhau.

Ví dụ, để có được các sợi tóc của nhân vật trong game chuyển động như người thật, AMD phải viết cả một thư viện code mới có tên TressFX, mà ngay khi khởi động nó lên cũng ngốn mất 2GB bộ nhớ đồ họa. Để xử lý chuyển động của sợi tóc khi ở trong gió, trong nước hay khi leo núi cũng như đang chạy, máy tính phải liên tục thực hiện các phép tính lượng giác cũng như 3D để hiển thị chính xác các pixel trên màn hình. Đó là còn chưa kể đến các chuyển động khác nữa trong game.

Dù sao đi nữa, công nghệ tên lửa cũng đã có bước tiến dài so với lần đầu tiên con người đặt chân lên Mặt Trăng từ gần 50 năm trước. Các linh kiện như RAM, bộ nhớ hay cảm biến và chip xử lý đã không còn đắt đỏ như xưa nữa. Ngay cả như vậy, năng lực xử lý của máy tính trên mỗi hành trình vào vũ trụ của con người cũng vẫn kém xa so với cấu hình tối thiểu cho game đồ họa.

Ví dụ tên lửa Falcon 9 của SpaceX, loại tên lửa đang giữ kỷ lục thế giới về số lần tái sử dụng, cũng chỉ được trang bị 3 bộ xử lý lõi kép x86 và chạy Linux trên mỗi lõi. Trong khi đó, để chạy mượt mà các game đồ họa cao hiện nay, CPU máy tính thường cần đến 4 nhân, 8 luồng hoặc nhiều hơn nữa. Đó là còn chưa kể đến GPU hay RAM, tất cả đều phải có thông số lớn để đáp ứng nhu cầu của các tựa game này.