SETI@home

SETI@homeは、インターネット接続されたコンピュータ群を使うボランティア・コンピューティングプロジェクトで、アメリカ合衆国のカリフォルニア大学バークレー校 Space Sciences Laboratory が運営している。//SETI// は "Search for Extra-Terrestrial Intelligence"の略で、SETI@homeはSETIの一部である。SETI@home は1999年5月17日に一般公開された。

2020年3月31日に SETI@home向け work unit の新規配布が休止された。ホームページや掲示板などは残されるが、新しい研究が始まらない限り SETI@home のボランティアコンピューティングは再開されないとしている。

1. 科学的研究
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SETI@home の本来の目的は次の2点だった。

地球外知的生命体の証拠を検出するため、観測データの分析をサポートすることで、有益な科学的作業を行う。
「ボランティア・コンピューティング」という概念の実現性と実用性を証明する。後者の目的は一般に完全に成功したと見なされている。SETI@home の開発から発展した現在の BOINC 環境では、様々な分野の計算量の多いプロジェクトにサポートを提供している。

前者の目的は今のところ達成されていない。SETI@home によって ETI信号の証拠が見つかったという例はない。

SETI@home では、アレシボ天文台の観測データを使い、その中に地球外知的生命体からの無線信号の証拠と見られるものがないか探索する。データは他の科学的プログラムに従って電波望遠鏡を使用しているときに便乗する形で採取されている。データはデジタイズされて記録され、SETI@home の施設に郵送される。そこでデータを時間と周波数で分割して小さな塊にし、それらを世界中のコンピュータに分配し、ノイズとは見なせない情報を含む可能性のある信号を探す。SETI@home の要点は、データを小さく切り分け、それらを数百万台のパーソナルコンピュータで分析させ、分析結果を返してもらうという点にある。そうすることで、通常なら最新のスーパーコンピュータを必要とするような分析をインターネット上のコミュニティの援助によって達成できるようにした。

ソフトウェアは、次のような4種類の信号をノイズから識別する。

パワースペクトルにおけるスパイク
送信電力のガウス関数的変動。
電力スパイクが3回連続したもの。
パルス信号。ナローバンドのデジタル伝送の可能性がある。ETI信号は星間物質によっても影響されうるし、地球との相対運動にも影響されうるため、様々なバリエーションが考えられる。そのため「信号」の可能性があるデータは様々な方法で処理され、ノイズでないかどうか確認する。例えば、惑星は恒星の周囲を公転していることが多く、地球からみて相対的に加速度運動していることが多い。そのため「信号」があったとしても周波数が時と共に変化する。そのようなことも考慮した分析が SETI@home のソフトウェアで実施される。

これは、信号強度計を見ながらラジオを放送局の周波数に合わせるのに似ている。技術的には離散フーリエ変換を中心としたデジタル信号処理を多用している。

1.1. 結果
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このプロジェクトでETI信号を実際に検出したことはないが、いくつかの候補とされる信号は識別しており、さらなる分析が行われている。これまでで最も重大とされた候補信号は2004年9月1日のもので、電波源SHGb02+14a と名付けられた。

天文学者 Seth Shostak は2004年、ドレイクの方程式に基づくと、2020年から2025年までの間に決定的な証拠となる信号が見つかり、異星人の存在が証明されると述べた。これは、SETI@home がその時期まで継続されることを前提とした発言で、これまでの SETI@home の実績から推定したものである。

プロジェクトは地球外知的生命体の証拠を見つけるという目標を達成していないが、科学界にインターネット上の分散コンピューティング・プロジェクトが分析ツールとして有効であることを示し、最新のスーパーコンピュータにも匹敵しうることを示した。しかし、もともとの想定よりも参加したコンピュータの台数は桁違いに大きく、それがプロジェクトの科学的成果に寄与している点はあまり検証されていない。

2. テクノロジー
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インターネットに接続可能なコンピュータを持っていれば、誰でも電波望遠鏡の観測データをダウンロードして分析する無料のプログラムを実行させることで SETI@home に参加できる。

観測データは、プエルトリコにあるアレシボ天文台で36ギガバイトの磁気テープに記録される。テープ1本が15.5時間ぶんのデータを格納しており、それがカリフォルニア大学バークレー校に郵送される。アレシボには高帯域幅のインターネット接続がないため、バークレーにまず郵送している。バークレーでは、それを107秒ごとの時間領域で分割し、さらに周波数領域で分割した "work unit" にする。個々の work unit は約0.35MBのサイズで、時間的には前後のデータと若干重なりがあるが、周波数領域では重なりはない。この work unit を SETI@home のサーバからインターネットを経由して世界中のコンピュータに送り、分析させる。

かつて考えられなかったほどの計算能力を使えるため、従来の10分の1の強さの信号も検出できるという。

処理結果は SETI@home 用のバークレーのコンピュータ上でデータベースに入れられる。そこで混信を排除した後、様々なパターン検出アルゴリズムを適用し、最も興味深い信号を探す。

2.1. ソフトウェア
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SETI@homeのクライアントソフトウェアは、スクリーンセーバーとして動作する形態とユーザーが普通にコンピュータを使っている間も動作し続ける形態があり、本来なら使われないCPU時間を利用する。処理結果は、次回そのコンピュータがインターネットに接続された際に自動的に転送される。必要に応じてインターネットへの接続を指示することもできる。

1999年5月17日から2005年12月15日まで使われていた初期のソフトウェアを今では「SETI@home クラシック」と呼ぶ。このソフトウェアはSETI@homeプロジェクト専用だった。これに取って代わったのが Berkeley Open Infrastructure for Network Computing  で、SETI@home と同時に他の分散コンピューティング・プロジェクトにも貢献できるようになっている。

「SETI@home クラシック」から BOINC に切り替えられたことで、古い Mac OS を搭載したMacintoshがプロジェクトに参加できなくなった。

2006年5月3日、新バージョン "SETI@home Enhanced" の work unit 配布が始まった。これはプロジェクト開始当初からのPCの性能向上を踏まえ、従来より高度な計算を行い検出感度を2倍にしたものである。今では最適化が進み、同じ work unit を旧バージョンより高速に処理できる場合もあった。

2008年頃には GPGPU も利用可能になり、CPU のみの利用と比べ大幅に処理速度が向上した。2019年現在では Nvidia 、AMD 、Intel のビデオカード及び内蔵グラフィックで GPGPU に対応したものが利用できた。

3. 統計
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全世界で520万人以上が参加しており、これまでで最大の参加者数の分散コンピューティング・プロジェクトである。元々の予測参加者数は5万から10万だった。1999年5月17日に開始して以来、プロジェクトは総計200万年ぶんのCPU時間を使用してきた。2001年9月26日、それまでの浮動小数点演算回数の総計が1021回を越えた。これは、史上最大の計算としてギネス記録に認定された。2009年11月14日の時点で、234カ国で278,832台のコンピュータが実際に稼動しており、その計算能力を合計すると769テラFLOPSになっていた。ちなみに2009年9月26日時点の Cray Jaguar の性能は2,331テラFLOPSだった。

4. Astropulse
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Astropulseを使うという計画。Astropulse と本来の SETI@home を組み合わせれば、高速回転するパルサー、爆発する原始ブラックホール、その他未知の天体物理学的現象を検出できる可能性がある。Astropulse の最終一般リリース版のベータテストは2008年7月に完了し、その直後から高性能なマシンへの Astropulse 向け work unit の配布が開始された。

5. ブレイクスルー・リッスン
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2015年、ユーリ・ミルナーの資金提供により王立協会から発表された、ブレイクスルー・イニチアチブプロジェクトのひとつであるブレイクスルー・リッスンにより、グリーンバンク望遠鏡で得られたデータが2016年4月12日から SETI@home 向け work unit として配布されていた。

ブレイクスルー・リッスンはグリーンバンク望遠鏡以外にも、リック天文台の自動惑星検出望遠鏡や、以前から観測データを使う予定であるとアナウンスされていたオーストラリアのパークス天文台も対象である。ただ、パークス天文台については SETI@home のwork unit 配布終了時までに SETI@home 用のデータを取得し配布されることはなかった。

なお、アレシボ天文台からの観測データも従来どおり平行して SETI@home 向け work unit としてボランティアコンピューティング終了時まで配布されていた。

6. 今後
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2020年3月31日、新規の work unit の配布は停止されたが、期限切れやエラー、中止などにより再送信された work unit が全て処理されるまで数ヶ月を要した。2020年10月29日現在、全ての work unit の処理を終えている。

また、Nebula と呼ばれるシステムが開発中であり、seti@home のボランティアコンピューティングや SERENDIP で得られた結果を解析し、それに基づいた論文が発表される。

7. 競争的側面
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SETI@homeのユーザーはプロジェクト開始直後から、どれだけ work unit を処理したかを互いに競うようになった。個人ユーザーが複数人でチームを組んで競い合う状況が生まれている。この傾向はBOINCに移行してからさらに顕著になっている。

競争の過程で、システムを騙して処理していないものを処理したと主張するということも行われている。これを防ぐためSETI@homeシステムは work unit を複数のコンピュータに送り、その結果が所定の台数で合致したら実際に処理したと判定する。計算中にエラーが生じたりシステムを騙そうとしたりすると結果が合致しないため、同じ work unit をさらに別のコンピュータに送る。

SETI@homeを仕事場のコンピュータにインストールしたユーザーもいる。これを「スタートレック」のボーグに因んで "Borging" と呼ぶ。work unit 数をかせぐためSETI@homeを業務上重要な会社の設備で実行し、解雇されたユーザーが少なくとも2人いる。ニュースグループ  には1999年9月14日から "Anyone fired for SETI screensaver" と題したスレッドがある。

中にはSETI@homeのために設備を集め、自宅に「SETIファーム」を作ったユーザーもいる。

8. さまざまな問題点
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長期に渡るプロジェクトの常として、SETI@home にもさまざまな問題が出てきていた。

2020年3月3日、3月31日をもって SETI@home を停止するとのリリースが BONIC Manager を通して配信された。

8.1. アレシボ天文台閉鎖の可能性
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SETI@home プロジェクト開始時から処理を行っているデータはアレシボ天文台が観測した結果であり、同天文台は米国天文学電離層センターが運営し、コーネル大学の管理下にある。予算削減で同天文台は赤字に陥っている。

アメリカ国立科学財団はアレシボへの資金援助がなければ2011年に同天文台を閉鎖することになるとしている。そうなれば、SETI@homeへのデータ供給も止まる。

2012年、新たな運営体制で閉鎖の危機は免れたが、2017年には大幅な予算削減により再び閉鎖の可能性がでてきている。詳しくはアレシボ天文台を参照のこと。

最終的にボランティアコンピューティング休止まで、アレシボ天文台からのデータ収集は継続的に行うことができたが、グリーンバンク望遠鏡からもデータを取得していたため、アレシボ天文台の閉鎖が SETI@home プロジェクトの終了を意味するわけではなくなっていた。

8.2. 分散コンピューティングプロジェクトの多様化
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このプロジェクトが始まったころ、コンピュータの能力を研究開発に寄付する手段は他にほとんどなかった。しかし今では多数の分散コンピューティングプロジェクトがあり、一般ユーザーのCPU時間を奪い合っている。

また、ビットコインに代表される暗号通貨のマイニングが、金銭的な見返りのある分散コンピューティングであるため、無償の科学プロジェクトにとってはCPU時間を奪い合う強力なライバルとなっていた。そしてマイニング用に GPU が大量に使用された結果、GPU が市場で品薄となり、SETI@home でも分析システム増強に使用するための GPU が入手困難となっていた。ただし、2019年頃には GPU を使ったマイニングでは十分な収益が得られなくなってきたため、 GPU の入手性は改善している。

8.3. 職場でのコンピュータ利用制限
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オハイオ州政府のコンピュータにSETI@homeをインストールして使用したために解雇された例がある。また、SETI@homeが学校内のコンピュータにインストールされ、その除去に100万ドルかかったということで、その学校のIT責任者は責任をとって辞任している。この件は警察が捜査中である。

2005年10月16日時点で、BOINCベースでない古いバージョンのSETI@homeの約3分の1が会社や学校のコンピュータにインストールされ稼動していた。その多くは一般ユーザーが勝手にソフトウェアをインストールできるとは考えられず、それぞれのネットワーク管理者がインストールしたという疑いが強い。

8.4. 資金不足
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アメリカのSETIには現在政府の資金が投入されておらず、常に資金が不足している。バークレーの Space Science Lab は少ない予算で予定より長期間プロジェクトを続行する方法を見つけたが、SETIには他にも予算が必要なプロジェクトがいくつもあり、他の宇宙科学関連プロジェクトとも予算を奪い合っている。

SETI@homeでは2007年12月16日、2008年もプロジェクトを継続するために47万6千ドルの寄付が必要だとして、寄付を呼びかけた。

2020年にボランティアコンピューティングは休止したが、資金調達の低迷もその一因となった。

8.5. 非公式な改造
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いくつかの個人や企業がSETI@homeを非公式に改造して高速化を行い、そのために処理結果が一致しなくなる場合があった。これを防ぐためそのような変更を検出しやすくする修正が施された。ただしこれはBOINCが非公式なクライアントを許容しないという意味ではない。単に間違った結果を返してくるクライアントを許容しないという意味であって、それによってデータベースに不正データが混入するのを防いでいる。BOINCではデータをクロスチェックしているが、2つのクライアントが同じ間違ったデータを返す可能性もあるため、一度不正なデータを返したクライアントは信頼できないクライアントとして登録される。よく見られる非公式クライアントとして、SSE  を使って処理を高速化するものがある。プロセッサがサポートしていない機能を使うよう選択すると、結果が不正になる可能性が高くなる。自分の使用しているプロセッサがどういう機能をサポートしているかを教えてくれるツールは容易に入手可能である。

[1] というサイトで非公式な改造を行い配布していた開発者の二人が、ボランティア開発者として SETI@home に加わったことにより、公式に高速化されたクライアントが使用されるようになったため、PC で CPU や GPU を使いボランティアコンピューティングに参加していた場合、殆どの参加者が知識なしに高速化の恩恵受けられるようになっていた。スマートフォンやラズベリーパイなどで構築したシステム、非常に古いシステムは対象外だった。

9. 脚注・出典
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10. 参考文献
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11. 関連項目
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Distributed.net
World Community Grid
Folding@Home
グリッド・コンピューティング
PrimeGrid
Rosetta@home
CUDA
地球外知的生命体探査
市民科学
DreamLab

12. 外部リンク
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[2]
[3]date=2020年6月}} 電波以外も使い、地球外知的生命体を探査しようとする試み。. March 2, 2010.

pt:SETI#SETI@HOME