SETI@home

SETI@home () on tieteellinen hajautetun laskennan projekti, jossa etsitään Maapallon ulkopuolista älyllistä elämää. Projektiin osaaottavat vapaaehtoiset lataavat tietokoneelleen ohjelman, joka analysoi radioteleskoopin keräämää dataa etsien säännöllisiä kapeakaistaisia radiosignaaleja.

SETI@homea ylläpitää ryhmä tutkijoita Kalifornian Berkeleyn yliopistossa, Yhdysvalloissa johtajanaan David Anderson. SETI@home-ohjelma on avointa lähdekoodia.

SETI@homen ensimmäinen versio julkaistiin 17. toukokuuta 1999. Nykyään ohjelma käyttää BOINC-ohjelmistoalustaa. SETI@home kykenee hyödyntämään Nvidian CUDA-ohjelmaa ja näin hyödyntämään näytönohjainten laskentatehoa BOINCin versiosta 6.6.38 lähtien. Nvidia tarjosi apuaan hyväntekeväisyystarkoituksessa ja teki tarvittavat liitännät ohjelmaan.

Maaliskuussa 2020 SETI@homen ylläpitäjät ilmoittivat, että laskentapakettien jakaminen laskentaan osallistuneille päättyy maaliskuun 2020 lopussa, minkä jälkeen projekti keskittyy viimeistelemään saadut tulokset julkaistakseen niistä aikanaan tutkimusraportin.

Datan analysointi

SETI@home-projektissa analysoidaan Puerto Ricossa sijaitsevan Arecibon radioteleskoopin nauhoittamaa dataa. Arecibosta postitse lähetetyt datanauhat pilkotaan Berkeleyssä kestoltaan ja taajuusalueeltaan pienemmiksi työpaketeiksi, joita lähetetään Internetin välityksellä vapaaehtoisille. Työpaketin pituus on noin 107 sekuntia, taajuusalue noin 10 kilohertsiä ja koko on noin 350 kilotavua. Peräkkäiset työpaketit sisältävät aina 20–30 sekuntia päällekkäistä dataa, jotta mahdolliset mielenkiintoiset signaalit eivät katkeaisi työpakettien välillä. Kukin työpaketti lähetetään analysoitavaksi usealle eri tietokoneelle, jotta pystyttäisiin erottamaan ja hylkäämään virheellisesti analysoidut ja tahallisesti manipuloidut tulokset.

Analysoitavan datan perustaajuus on noin 1,42 gigahertsiä, jolla maailmankaikkeuden yleisin alkuaine vety sähköisesti neutraalina säteilee. Taajuus on myös useiden muiden SETI-projektien käyttämä, ja se onkin suojattu kansainvälisellä sopimuksella astronomisen tutkimuksen käyttöön.

Koska vieraan sivilisaation oletetaan lähettävän vähän energiaa vaativaa kapeakaistaista signaalia, analysoinnin ensimmäisessä vaiheessa datapaketista poistetaan laajakaistainen melu, joka on todennäköisesti peräisin normaaleista astronomisista tapahtumista. On myös epätodennäköistä, ettei signaalin lähde pysyisi Maapalloon nähden paikallaan, vaan se joko etääntyy tai lähenee. Tällöin syntyvä Doppler-ilmiön mukainen taajuuden muutos signaaleissa otetaan huomioon analysoimalla dataa eri taajuuksilla myös siten kuin se lähenisi tai etääntyisi eri nopeuksilla.

Ohjelma etsii neljänlaisia taustakohinasta erottuvia signaaleja:
 piikkejä eli yksittäisiä, voimakkaita radioaaltoja
 pulsseja eli toistuvia piikkejä
 kolmoispiikkejä eli kolme kertaa säännöllisin väliajoin toistuvia piikkejä
 gaussilaisia eli voimakkuudeltaan Gaussin käyrää mahdollisimman hyvin mukailevia signaaleja. Tämä voimakkuuden muutos on näennäinen ja se syntyy, kun teleskoopin keila liikkuu paikallaan pysyvän signaalin lähteen ohi.
Löydettyjen lupaavien signaalien eli kandidaattien tiedot kirjoitetaan tekstitiedostoon, joka palautettaan analysoinnin päätteeksi Berkeleyyn ja yhdistetään siellä tietokantaan.

Vaikka SETI@home toimii näennäisesti yksittäisenä projektina, se on pilkottu pienempiin aliohjelmiin jotka etsivät eri asioita BOINC-alustalla eri tavoilla. SETI@home Enhanced suorittaa avaruudesta tulevan signaalin täydellisen analysoinnin. Astropulse etsii myös älyllisen elämän merkkejä signaaleista mutta eri tavalla kuin SETI@home.

Analysoitavaa dataa tulee SETI@homelle n. 300 gigatavua päivässä, eli n. 100 teratavua vuodessa.

Projektin tulokset
Maaliskuussa 2003 tutkijaryhmä sai 24 tuntia aikaa kuunnella lupaavimpia kandidaatteja uudelleen Arecibon radioteleskoopilla. Vain harvat signaalit ilmenivät tarkistuksessa uudelleen ja vain yksi oli voimakkuudeltaan kasvanut. Tästä signaalista nousikin jonkinlainen kohu tiedelehti Naturen artikkelin myötä, mutta Berkeleyssä kiistettiin sen keinotekoinen alkuperä.

Vaikkei SETI@home olekaan löytänyt todisteita Maapallon ulkopuolisesta älyllisestä elämästä, se on toiminut hajautetun laskennan uranuurtajana ja osoittanut sen olevan varteenotettava vaihtoehto suurta laskentatehoa vaativille tieteellisille projekteille: SETI@homeen osallistuvien tietokoneiden yhteenlaskettu laskentateho (15. ´marraskuuta 2016: noin 708 biljoonaa liukulukuoperaatiota sekunnissa)  Yksin BOINC-alustaa käyttäviä enemmän tai vähemmän aktiivisia projekteja onkin nykyään kymmeniä.

Historia
SETI@homen idea syntyi David Gedyen ja Craig Kasnovin keskusteluissa vuonna 1994 heidän pohtiessaan mahdollisuuksia popularisoida tähtitiedettä. Gedye otti yhteyttä Kalifornian yliopistoon ja sen avaruustieteiden laitoksen tutkija David Andersoniin, joka oli erikoistunut hajautettuun laskentaan. Hanke sai akateemisissa piireissä laajaa kannatusta. Seuraavien vuosien aikana kehitettiin itse analysointiohjelmaa ja sen infrastruktuuria, hankittiin rahoitusta ja laajennettiin tutkijaryhmää. Kuukausien testaamisen jälkeen SETI@home-ohjelma julkaistiin 17. toukokuuta 1999. Ohjelmaa markkinoitiin ennen kaikkea näytönsäästäjänä, joka suorittaisi hyödyllistä analyysia silloin, kun tietokonetta ei käytetty muuhun. Kilpailullisen aspektin korostuessa monet käyttäjät kuitenkin sallivat jatkuvan analysoinnin, mikä ei hidasta tietokonetta, koska ohjelmalla on alhainen prioriteetti eli se väistyy muiden prosessien tieltä. Lisäksi näytönsäästäjä sisältyy pelkästään ohjelman Windows- ja Macintosh-versioihin.

Ohjelman suosio kasvoi nopeasti ensimmäisten kuukausien aikana, ja projekti alkoi kärsiä suorituskykyongelmista, joista kuitenkin selvittiin Sun Microsystemsin huomattavien laitteistolahjoitusten ansiosta.

Jo vuoden 1999 loppupuolella kävi ilmi, että ryhmä käytti liikaa aikaa perustoimintojen ylläpitämiseen. Infrastruktuuri päätettiinkin irrottaa kokonaan SETI@home-sovelluksesta. Kuitenkin vasta vuonna 2002 Anderson alkoi kehittää BOINCia (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing), avoimen lähdekoodin ohjelmistoalustaa.

BOINC korjasi monia alkuperäisessä SETI@homessa – jota nykyään kutsutaan nimellä SETI@home Classic – ilmenneitä puutteita. Työpaketteja oli nyt mahdollista varastoida koneelleen palvelinongelmien varalta, sovellukset päivittyivät automaattisesti ja pistelasku uudistettiin. Anderson itse korosti kuitenkin mahdollisuutta jakaa laskentatehoa monille eri tieteenalojen projekteille. Myös SETI@homen tiimoilta oli suunnitelmissa kaksi uutta projektia: Astropulse, joka etsii Arecibon aineistosta kapeakaistaisia, pitkäkestoisia pulsseja, sekä eteläisen pallonpuoliskon tutkinta, joka saisi datansa Parkesin observatoriosta, Australiasta. Parkerin Observatorio on edelleen betatestausvaiheessa.

Vuonna 2003 SETI@homesta löydettiin haavoittuvuus, jonka ansiosta hyökkääjä kykenisi ottamaan käyttöönsä kaikki SETI@homea käyttävät koneet.

Vuonna 2001 projektin suunniteltu elinikä kaksi vuotta täyttyi, mutta projektia päätettiin jatkaa suuren suosion ansiosta ja koska tuloksia ei ollut vielä ehditty tarkastaa. Tämä tarkastus suoritettiin vasta vuonna 2003, mutta merkkejä maan ulkoisesta älyllisestä elämästä ei löytynyt. 15. joulukuuta 2005 SETI@home Classicin palvelimet sammutettiin. Ohjelman oli ladannut projektin verkkosivuilta yli viisi miljoonaa käyttäjää, joista aktiivisia oli vielä noin 600 000. Yhteensä käyttäjät olivat lahjoittaneet projektin käyttöön yli kaksi miljoonaa tietokonetyövuotta.

BOINC-alustalle siirtymisen jälkeen projekti on kärsinyt rahoitusongelmista. IT-kuplan puhjettua 2000-luvun alkuvuosina SETI@home ei enää houkutellut sponsoreita entiseen tapaan. Maaliskuussa 2006 projekti järjesti rahankeräyksen, jolla oli tarkoitus rahoittaa joidenkin uusien suunnitelmien toteuttaminen. Keräys tuottikin 260 000 dollaria, jolla pystyttiin kehittämään uusi versio sovelluksesta – SETI@home Enhanced – sekä asentamaan Areciboon uusi seitsenkeilainen datatallennin. 3. toukokuuta 2006 julkaistu Enhanced paransi analysoinnin tarkkuutta huomattavasti gaussilaisten ja joidenkin pulssien osalta, mikä tarkoitti pidempiä laskenta-aikoja sekä uudisti pistelaskua.

Myöhemmät kehitysvaiheet
Yksinkertaisin tapa parantaa SETI@homen tehokkuutta on etsiä useammanlaisia signaaleja laajemmalta alueelta ja useammilta taajuuksilta. Näihin päämääriin pyrittiin uusien projektien, kuten Astropulse sekä eteläisen pallonpuoliskon tutkinta, sekä parempien datatallentimien avulla.

SETI@home on ollut pitkän tähtäimen projekti: tähtitieteilijä ja SETI-vaikuttaja Seth Shostak on arvioinut, että muukalaissignaali havaitaan aikaisintaan vuonna 2020. Uusien investointien, ohjelmistokehityksen ja perusylläpidon rahoituksen lisäksi ongelmaksi projektille tunnistettiin, että suuren yleisön mielenkiinnon ylläpitäminen voi olla vaikeaa. BOINCista pyrittiin tekemään helppokäyttöisempi tilihallitsimilla eli verkkosivuilla, joiden kautta voi hallita kerralla kaikkia tietokoneitaan ja projektejaan, sekä näyttävämmillä BOINC Manager -ohjelman vaihdettavilla kuorilla.

Vuonna 2008 SETI@home sai käyttöönsä maailman suurimman radioteleskoopin, joka tuotti 500 kertaa aikaisempaa enemmän dataa laskettavaksi.

Myös suorituskyvyn paha pullonkaula – 100 MB/sekunti oleva yhteys Berkeleystä ulos – aiheutti huomattavaa hitautta datansiirrossa.

Päättyminen
SETI@home ilmoitti 2. maaliskuuta 2020, että laskentapakettien jakaminen osallistuneille vapaaehtoisille lopetetaan 31. maaliskuuta 2020. Syiksi kerrottiin:
 Laskennasta ei enää kerry olennaisesti lisää tieteellisesti merkittävää tulosta, eli nyt on analysoitu riittävä määrä dataa. 
 Ohjelman tiimiltä suuri osa ajasta kuluu hajautetun laskennan hallinnointiin. Nyt täytyy keskittyä saatujen tulosten analysointiin ja niistä johonkin tieteelliseen julkaisuun kirjoitettavaan tutkimusraporttiin.
Viestissä mainittiin kuitenkin, ettei SETI@home vielä häviä, vaan nettisivut ja keskustelupalsta säilyvät, ja ohjelmaa voidaan ehkä myöhemmin käyttää johonkin muuhun astronomiseen projektiin. Samalla kannustettiin osallistuneita vapaaehtoisia osallistumaan johonkin muuhun hajautetun laskennan projektiin.

Kilpailu

Kilpailu käyttäjien ja heidän muodostamiensa ryhmien (tiimien) kesken on alusta alkaen kuulunut oleellisena osana SETI@homeen, ja itse asiassa se on monille käyttäjille kohonnut tieteentekemistä tärkeämmäksi motiiviksi osallistua projektiin. Monet käyttäjät ostavat tietokoneita muodostaakseen ”farmeja” pelkästään SETI@homen käyttöön. Kilpavarustelu on kuitenkin taannut projektille vakaan laskentatehon kasvun.

SETI@home Classicin aikana kilpailtiin laskettujen työpakettien määrästä, mutta siirryttäessä BOINC-alustalle alettiin työpaketeista jakaa pisteitä. Tämä poisti sen ”epäkohdan”, että työpaketti, jonka analysointi kesti vain muutaman minuutin, luettiin yhtä arvokkaaksi kuin normaali tunteja kestänyt paketti. Aluksi pisteitä jaettiin käyttäjän BOINC-ohjelman ajamien suorituskykytestien perusteella, mutta Enhancedin myötä pisteitä alettiin jakaa suoritettujen liukulukuoperaatioiden mukaan. BOINCin myötä kilpailun kohteeksi tuli myös RAC (Recent Average Credit), joka kertoo karkeasti osanottajan pistesaldon päivää kohti: tällainen nopea palaute kannustaa myös uusia osanottajia kilpailemaan.

SETI@home on vetänyt puoleensa myös huijareita. Classicin aikana oli mahdollista palauttaa sama työpaketti monta kertaa tai manipuloida palautettavia tuloksia. Tammikuussa 2006 vanhat Classicin tilastot siivottiin huijaajista, jolloin 10 000 parhaan joukosta poistettiin noin 900 käyttäjän tiedot. Ohjelmia asennetaan myös luvattomasti koulujen ja työpaikkojen tietokoneille: ainakin kahden työntekijän tiedetään saaneen tästä syystä potkut. Äärimmäisenä tapauksena vuonna 2006 kävi ilmi, että käyttäjä oli levittänyt BOINC- ja SETI@home-ohjelmia haittaohjelman mukana. Loppuvuonna 2009 tuli ilmi tapaus, jossa koulupiirin tietokoneista vastannut järjestelmänvalvoja oli asentanut kaikille koulupiirin koneille SETI@home-ohjelman. Hän oli myös varastanut koulupiiriltä 18 tietokonetta. Vahinkojen suuruudeksi arvioidaan yli miljoona dollaria, koostuen varastetun omaisuuden arvosta, kasvaneesta sähkönkulutuksesta, kuormitetun laitteiston lyhyemmästä eliniästä ja häiriöistä muiden tietokoneohjelmien toimintaan.

Koska SETI@home on avointa lähdekoodia, vapaaehtoisten on ollut mahdollista optimoida ohjelmaa poistamalla siitä tarpeetonta ohjelmakoodia ja muokkaamalla se käyttämään eri käskykantoja. Täten muokatut ohjelmat ovat käyttöjärjestelmä- ja suoritinmallikohtaisia, mutta ne myös analysoivat työpaketit huomattavasti tavallista ohjelmaa nopeammin. Myös optimoituja ohjelmia tulee jakaa vapaasti GNU GPL -lisenssin mukaisesti.

Katso myös
 SETI
 BOINC
 Fermin paradoksi
 Draken kaava

Lähteet

Aiheesta muualla
 SETI@homen verkkosivut 
 Suomen suurimman BOINC-tiimin Universe Examinersin keskustelupalsta 
 BOINC-projektien pistetilastoja
 Optimoituja sovelluksia Windows- ja Linux-käyttöjärjestelmille 

Maan ulkopuolinen elämä
Hajautetut järjestelmät

pt:SETI#SETI@HOME