SETI@home

SETI@home (от англ. Search for Extraterrestrial Intelligence — «Поиск внеземного разума» и home — «дом») — проект добровольных распределённых вычислений, предназначенный для анализа радиосигналов, собираемых в рамках программы SETI. Целью проекта являлся поиск искусственных сигналов, которые могли бы свидетельствовать о существовании внеземных технологических цивилизаций. Проект был реализован на платформе BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) и стал одним из самых масштабных и известных примеров использования добровольных вычислительных мощностей.

История

Проект SETI@home был запущен 17 мая 1999 года по инициативе учёных Калифорнийского университета в Беркли (США) под руководством астронома Дэвида Андерсона (David Anderson) и астрофизика В. Боуэна. Идея заключалась в том, чтобы использовать для обработки данных SETI, получаемых с радиотелескопа обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико) — на тот момент крупнейшего радиотелескопа в мире (диаметр 305 м) — ресурсы обычных персональных компьютеров добровольцев по всему миру. Программа-клиент, устанавливаемая на ПК участников, обрабатывала фрагменты данных в фоновом режиме, используя свободные ресурсы процессора. Результаты расчётов отправлялись на сервер проекта.

Первоначально программное обеспечение для вычислений было разработано в рамках проекта SETI, но в 2002 году оно было модифицировано и передано в открытый доступ как инфраструктура BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing), которая впоследствии стала платформой для множества других проектов распределённых вычислений (например, Einstein@Home, Rosetta@home, Climateprediction.net). С этого момента архитектура SETI@home стала самостоятельным проектом в составе BOINC.

Проект привлёк миллионы участников из более чем 200 стран мира. Пик популярности пришёлся на 2000–2005 годы. В 2006 году мощность вычислений SETI@home превзошла мощность самого мощного на тот момент суперкомпьютера мира (IBM Blue Gene/L). Однако уже в 2008 году радиотелескоп Аресибо был выведен из строя из-за тайфуна, а затем и вовсе прекратил работу в связи с аварийным состоянием. После этого обработка новых данных прекратилась, и проект перешёл в режим обработки ранее собранного архива.

31 марта 2020 года разработчики SETI@home объявили о переводе проекта в «завершённый статус» — обработка новых данных полностью прекращена, а программное обеспечение переведено в режим сбора результатов уже завершённых расчётов. До этого момента проект обработал более 800 000 часов радиотелескопа из различных наблюдений.

Устройство и принцип работы

Платформа BOINC

Проект SETI@home стал первым и самым известным приложением, работающим на платформе BOINC. Участник устанавливает на свой ПК программное обеспечение BOINC, которое загружает из интернета маленькие блоки данных (так называемые «рабочие пакеты» или WU — work units). Каждый такой пакет представляет собой записи радиосигналов, снимаемых с одного направления в течение 107 секунд с частотой около 2,9 миллиарда отсчётов в секунду. После обработки (на специализированном математическом аппарате) результат отправляется обратно на сервер проекта. Если несколько добровольцев сходятся в результатах, пакет считается обработанным; если нет — отправляется на повторную проверку.

Анализ сигналов

Обработка данных велась с помощью алгоритмов, ориентированных на выявление узкополосных сигналов (т. н. «coherent integration») — таких, которые могут быть созданы искусственным передатчиком и не встречаются в природных астрофизических источниках (например, в пульсарах или туманностях). Для этого использовался метод спектрального анализа с высоким разрешением — так называемая быстрая трансформация Фурье (FFT). Было реализовано несколько вариантов поиска:

• Gaussian: поиск сигналов, имеющих колоколообразную форму;
• Pulse: поиск периодических или единичных импульсов;
• Triple: анализ трёхмерных спектрограмм для выявления движущихся источников (с учётом эффекта Доплера).

Все эти методы были реализованы в виде фоновой программы, которая автоматически обрабатывала тысячи пакетов в сутки на каждом домашнем компьютере.

Потенциальная значимость

Теоретически, при обнаружении сигнала, проходящего все тесты фильтрации, он мог быть классифицирован как кандидат на искусственное происхождение. Однако за всё время работы SETI@home ни один сигнал не был однозначно подтверждён в качестве внеземного. В декабре 2004 года группа учёных объявила о регистрации необычного сигнала — так называемого «сигнала SHGb02+14a» (также известного как сигнал «Wow!» 2.0), но дальнейший анализ показал, что он, скорее всего, имеет природную или антропогенную природу (например, от спутников или земных передатчиков).

Критика и ограничения

Проект SETI@home неоднократно подвергался критике по нескольким причинам:

• Эффективность: Многие учёные ставили под сомнение целесообразность распределённых вычислений для такой задачи. Обработка петабайтов данных с помощью добровольцев может быть менее эффективной, чем использование специализированных суперкомпьютеров, из-за больших накладных расходов на обмен данными и контроль результатов.
• Алгоритмические ограничения: Используемые алгоритмы могли пропускать сигналы, отличные от узкополосных (например, широкополосные или сложные модулированные сигналы). Кроме того, многие «успешные» находки оказывались ложными срабатываниями из-за помех от наземных технологий (телефонные вышки, радары, спутники связи и т.д.).
• Моральный износ: После прекращения работы радиотелескопа Аресибо обработка новых данных стала невозможна, а архивные записи были обработаны лишь частично. Критики отмечали, что проект мог бы быть более эффективен, если бы он с самого начала был ориентирован на анализ новых данных, а не на ретроспективу.

Влияние и наследие

SETI@home оказал огромное влияние на развитие распределённых вычислений и добровольческих исследований. Он стал образцом для многих последующих проектов (Folding@home, LHC@home, World Community Grid). Кроме того, проект популяризировал астрономию и науки о внеземном разуме среди миллионов людей. В 2005 году программа SETI@home была удостоена премии «Webby Award» за достижения в области интернет-технологий. Несмотря на отсутствие научного результата (обнаружения внеземного сигнала), проект SETI@home считается важным этапом в истории SETI и демонстрацией возможностей коллективного использования вычислительных ресурсов.

Примеры участников и результаты

• К концу 2020 года в проекте приняли участие более 3 миллионов добровольцев (уникальные компьютеры). Суммарная вычислительная мощность превышала 1,5 петафлопс в пике.
• Некоторые участники с особо мощными ПК (например, с GPU) обрабатывали в десятки раз больше пакетов, чем обычные пользователи.
• Наиболее активные команды: «SETI.Germany» (Германия), «Team China» (Китай), «Dutch Power Cows» (Нидерланды). В России активной оставалась команда «Russia Team».

Интересные факты

• В 2005 году одна из самых мощных распределённых сетей — SETI@home — обработала 85 % всех данных, собранных за время работы радиотелескопа Аресибо (за 20 лет), при том что проект существовал всего 6 лет.
• Для участия в проекте не требуется специальное оборудование — подходит любой компьютер с процессором x86, а также графическими картами NVIDIA/AMD (с поддержкой CUDA/OpenCL).
• SETI@home — первый проект распределённых вычислений, который осуществил «online» расчёты без централизованного суперкомпьютера, используя исключительно ресурсы добровольцев.

Заключение

Проект SETI@home продемонстрировал возможность массовой научной кооперации на добровольной основе. Несмотря на то, что внеземная цивилизация так и не была обнаружена, он заложил основы для развития краудсорсинга в науке и оставил значительное технологическое наследие в виде платформы BOINC, которая продолжает работать для других проектов.

Источники

1. Anderson, D. P., et al. «SETI@home: A Distributed Computing Experiment.» Communications of the ACM, 2002.
2. SETI@home. The Distributed Computing Experiment. «Technical Report», U.C. Berkeley, 1999.
3. Nelson, R. M., «SETI@home: A New Approach to the Search for Extraterrestrial Intelligence.» Journal of the British Interplanetary Society, 2001.
4. BOINC: Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (boinc.berkeley.edu).
5. Прилюс, С. (2006). «Supercomputing at Home: The SETI@home Story.» Wired Magazine.
6. Korpela, E. J., et al. «The Scientific Impact of SETI@home.» Astrophysics and Space Science, 2011.
7. Данные о платформе BOINC (stats.boincstats.com).