ボランティアによるコンピューティング

ボランティアコンピューティングは、人々がコンピュータの未使用リソースを研究指向のプロジェクトに寄付する分散コンピューティングの一種であり、 ^{[ 1 ]}時にはクレジットポイントと引き換えに寄付されることもあります。^{[ 2 ]}その基本的な考え方は、現代のデスクトップコンピュータは毎秒数十億回の演算を実行できるほど強力ですが、ほとんどのユーザーではその容量の10～15%しか使用されていないということです。ワードプロセッシングやウェブブラウジングなどの一般的なタスクでは、コンピュータはほとんどアイドル状態になります。

1990年代半ばに始まったボランティアコンピューティングの実践は、研究者に最小限のコストで相当な処理能力を提供する可能性を秘めている。通常、ボランティアのコンピュータ上で実行されるプログラムは、定期的に研究アプリケーションに接続してジョブを要求し、結果を報告します。ミドルウェアシステムが通常、仲介役として機能します。^{[ 3 ]}

最初のボランティアコンピューティングプロジェクトは、1996年1月に開始されたGreat Internet Mersenne Prime Searchでした。 ^{[ 4 ]} 1997年にはdistributed.netがそれに続きました。1997年と1998年には、いくつかの学術研究プロジェクトがボランティアコンピューティング用のJavaベースのシステムを開発しました。例としては、Bayanihan、^{[ 5 ]} Popcorn、^{[ 6 ]} Superweb、^{[ 7 ]}、Charlotte ^{[ 8 ]などがあります。}

ボランティアコンピューティングという用語は、Bayanihanの開発者であるLuis FG Sarmentaによって造語されました。ハーバード・ビジネス・レビューで報告されているように、社会的責任、または企業の社会的責任に関する世界的な取り組みにも魅力的です。 ^{[ 9 ]}

1999年にSETI@homeとFolding@homeプロジェクトが開始されました。これらのプロジェクトはメディアで大きく取り上げられ、それぞれ数十万人のボランティアが集まりました。^{[ 10 ]}

1998年から2002年にかけて、ボランティアコンピューティングをビジネスモデルとする企業がいくつか設立された。例としては、Popular Power、Porivo、Entropia、United Devicesなどが挙げられる。

2002年、カリフォルニア大学バークレー校宇宙科学研究所で、国立科学財団の資金提供を受けて、Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (BOINC) プロジェクトが設立されました。BOINC は、クライアント、クライアント GUI、アプリケーションランタイム システム、サーバー ソフトウェア、プロジェクト Web サイトを実装するソフトウェアなど、ボランティア コンピューティングのための完全なミドルウェア システムを提供します。BOINC に基づく最初のプロジェクトは、スクリップス研究所を拠点とするPredictor@homeで、2004 年に運用を開始しました。その後すぐに、SETI@home とclimate prediction.netがBOINC の使用を開始しました。次の数年間で、Rosetta@home、Einstein@home、AQUA@homeなど、BOINC に基づく新しいプロジェクトが多数作成されました。2007 年、IBM World Community Grid は United Devices プラットフォームから BOINC に移行しました。^{[ 11 ]}

初期のボランティアコンピューティングプロジェクトのクライアントソフトウェアは、科学計算と分散コンピューティングインフラストラクチャを統合した単一のプログラムで構成されていた。このモノリシックなアーキテクチャは柔軟性に欠けていた。例えば、新しいアプリケーションバージョンを導入するのは困難だった。

近年、ボランティアコンピューティングは、科学計算とは独立した分散コンピューティングインフラストラクチャを提供するミドルウェアシステムへと移行している。例としては以下のようなものがある。

• BOINCは最も広く利用されているミドルウェアシステムです。Windows、macOS、Linux、Android、およびその他のUnix系OS向けのクライアントソフトウェアを提供しています。
• XtremWebは主に研究ツールとして利用されています。パリ南大学を拠点とする研究グループによって開発されました。
• XgridはAppleによって開発されました。そのクライアントおよびサーバーコンポーネントはmacOS上でのみ動作します。
• Grid MPは、 United Devices社が開発した商用ミドルウェアプラットフォームであり、 grid.org、World Community Grid、Cell Computing、Hikari Gridなどのボランティアコンピューティングプロジェクトで使用されています。

これらのシステムのほとんどは、基本的な構造が同じです。ボランティアのコンピュータ上でクライアントプログラムが動作し、定期的にインターネット経由でプロジェクト運営サーバーに接続して作業依頼を送信したり、完了した作業の結果を報告したりします。多くのボランティアのコンピュータはファイアウォールの内側にあり、外部からの接続が遮断されているため、このような「プル型」モデルが必要となります。システムは各ユーザーの「クレジット」を記録します。これは、そのユーザーのコンピュータがプロジェクトのためにどれだけの作業を行ったかを数値で表したものです。

ボランティアコンピューティングシステムは、ボランティアによって提供されるコンピュータに関するいくつかの問題に対処する必要がある。それらの問題とは、コンピュータの多様性、変動性（個々のコンピュータが時間の経過とともにネットワークに参加したり離脱したりする傾向）、断続的な可用性、そして通常の使用中にそのパフォーマンスを妨げない必要性である。

さらに、ボランティアコンピューティングシステムは、正確性に関する問題にも対処しなければならない。

• ボランティアは責任を問われることがなく、実質的に匿名である。
• ボランティアで使用しているコンピューター（特にオーバークロックされているもの）の中には、時折誤作動を起こし、誤った結果を返すものがあります。
• 一部のボランティアは、意図的に誤った結果を報告したり、結果に対して過剰な功績を主張したりする。

これらの問題に対する一般的なアプローチの一つは、複製コンピューティングです。これは、各ジョブを少なくとも2台のコンピュータで実行する方式です。結果（およびそれに対応する報酬）は、両者が十分に一致した場合にのみ受け入れられます。

• 消費電力の増加：CPUは一般的に、アイドル状態よりも動作時の方が多くの電力を消費します。さらに、ボランティアが参加したいという気持ちから、PCを一晩中つけっぱなしにしたり、サスペンドなどの省電力機能を無効にしたりする可能性があります。また、コンピュータが適切に冷却できない場合、ボランティアのCPUにかかる負荷が増加し、過熱を引き起こす可能性があります。
• PC のパフォーマンス低下: ボランティアコンピューティングアプリケーションがコンピュータの使用中に実行されると、PC のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。これは、CPU、CPU キャッシュ、ローカルストレージ、およびネットワーク接続の使用が増加するためです。RAM が制限要因である場合、ディスクキャッシュミスやページングの増加が発生する可能性があります。ボランティアコンピューティングアプリケーションは通常、CPU スケジューリング優先度を低く設定して実行されるため、CPU の競合を軽減するのに役立ちます。^{[ 12 ]}

これらの影響は目に見える場合もあれば、そうでない場合もあり、たとえ目に見える場合でも、ボランティアは参加を続けることを選択するかもしれません。ただし、消費電力の増加は、クライアントソフトウェアの一部に搭載されている、クライアントが使用するプロセッサの割合を制限するオプションを設定することで、ある程度軽減できます。

プロジェクト実施中に参加者と研究者の間で説明責任や信頼関係が欠如しているなどの問題はあるものの、ボランティアコンピューティングは、特に資金が限られているプロジェクトにとって非常に重要である。^{[ 16 ]}

• 膨大な計算能力を持つスーパーコンピュータは非常に高価であり、それを購入できる余裕のある一部のアプリケーションのみが利用できます。一方、ボランティアコンピューティングは購入できるものではなく、その力は公共の支援から生まれます。限られたリソースと資金を持つ研究プロジェクトは、公共の注目を集めることで膨大な計算能力を得ることができます。^{[ 17 ]}
• 市民は、科学などの研究にボランティアとして参加したり、支援や計算能力を提供したりすることで、科学への関心を高めることができ、また、研究を支援するか否かによって、科学研究の方向性や将来の科学について意見を述べることができるようになる。^{[ 1 ]}

• 募集：あなたのコンピュータの空き時間 アーカイブ：2015年9月24日（Wayback Machine） Physics.org、2009年9月
• 地球上で最強のスーパーコンピューターでも、がん治療にはあなたのノートパソコンが必要だ（Inverse.com、2015年12月）