文/劉曉東

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推動開放科學(xué)空間的發(fā)展

文/劉曉東

開放科學(xué)借力信息化成為新趨勢。大眾創(chuàng)新、開放共享正越來越多地表現(xiàn)在科研活動中，利用網(wǎng)絡(luò)平臺和眾包科學(xué)的方式，將公眾力量引入科學(xué)研究，加快科學(xué)發(fā)現(xiàn)的速度。

科學(xué)云計算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也為多個科學(xué)領(lǐng)域的研究和數(shù)據(jù)處理提供了強有力的支持。

互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等的新發(fā)展給全球科研帶來新變化、新動力，科學(xué)探索在各個維度上得以延展，科研范疇不斷拓展，科研思維異?；钴S，不同學(xué)科和不同專業(yè)之間的協(xié)同愈加便利，傳統(tǒng)科研模式和思維定式不斷被沖破，科研視角變得更新、科研視野變得更廣，正從根本上改變傳統(tǒng)的科研樣式，全球科技發(fā)展呈現(xiàn)速度更快、步子更大、信息化程度更高的新態(tài)勢，逐漸形成大網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、大協(xié)同、大科學(xué)、大發(fā)現(xiàn)、大成果等科研新業(yè)態(tài)，人類正在經(jīng)歷“第六次科技革命”。在新科技革命和科研信息化推動下，人類的科學(xué)探索和科研活動邁入一個新的時代！

科研信息化充分調(diào)動和利用先進信息技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施，突破時空限制、促進無縫鏈接、達成協(xié)同創(chuàng)新，多出創(chuàng)新性、原創(chuàng)性成果?？蒲行畔⒒瘜⑼苿訉崿F(xiàn)我國科研工作的重大轉(zhuǎn)型，是邁向新科技革命和科技現(xiàn)代化的必由之路?？蒲行畔⒒莿?chuàng)新的“助推器”、“加速器”，信息化與科研活動的良好結(jié)合將加快全社會生產(chǎn)力的升級改造。“互聯(lián)網(wǎng)+”、“中國制造2025”、“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”等新政策、新戰(zhàn)略的提出，對科研信息化如何更好地適應(yīng)新的發(fā)展形勢、服務(wù)新的創(chuàng)新模式提出了新的更高要求。

2015年全球各國積極推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會在2015年5月發(fā)布“面向2015至2018年的數(shù)字經(jīng)濟戰(zhàn)略”報告，其共同目標是通過加強數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進工業(yè)4.0、創(chuàng)新商業(yè)模式、促進數(shù)字化衛(wèi)星技術(shù)等的發(fā)展，推動數(shù)字經(jīng)濟的創(chuàng)新增長。我國政府近期也不斷做出重大部署，2015年初以來，發(fā)布了一系列推動信息化和工業(yè)化深度融合、推進互聯(lián)網(wǎng)+、促進大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策性文件（《中國制造2025》、“關(guān)于積極推進‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動的指導(dǎo)意見” 、 “關(guān)于印發(fā)促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要的通知”等），以促進我國的信息化進程，帶動數(shù)字經(jīng)濟的加速發(fā)展。

大數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)分析、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、先進的自主系統(tǒng)、腦啟發(fā)技術(shù)、移動應(yīng)用技術(shù)等成為各國2015年研發(fā)重點。歐盟2015年4月發(fā)布《做好準備把握未來機遇》報告，指出面向2030年的全球趨勢。分析了數(shù)字使能技術(shù)（enabling echnology）、健康與生物技術(shù)、食物與營養(yǎng)、環(huán)境與能源、社會與健康、物理科學(xué)與制造技術(shù)、航空與空間應(yīng)用技術(shù)在2030年的全球發(fā)展趨勢。提出云計算、高性能計算、先進的自主系統(tǒng)、腦啟發(fā)技術(shù)等十余項數(shù)字使能技術(shù)將得到大發(fā)展和廣泛應(yīng)用。2015年9月美國國家科學(xué)基金會（NSF）、國家半導(dǎo)體協(xié)會（SIA）和半導(dǎo)體研究公司（SRC）發(fā)布名為《重啟信息技術(shù)革命》的研討會報告，提出洞察計算（insight computing）、網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)、智能存儲、下一代制造范式、高能效傳感與計算等未來信息技術(shù)所面臨大的發(fā)展機遇。

表1　世界經(jīng)濟論壇預(yù)測發(fā)生信息技術(shù)拐點的平均期望年份

通過2015年以來科研信息化的不斷演進，新的信息技術(shù)拐點正在醞釀，社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步已經(jīng)同信息技術(shù)的發(fā)展和信息化進程密不可分?；ヂ?lián)網(wǎng)+、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、超級計算、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等已經(jīng)成為描繪當(dāng)前信息化熱點的高頻詞匯。據(jù)2015年9月世界經(jīng)濟論壇報告，信息技術(shù)的發(fā)展具有六大宏觀趨勢，包括：人與其他人、信息及所處的世界進行聯(lián)系的方式正在被多種技術(shù)改變；計算、通信及存儲將無處不在；物聯(lián)網(wǎng)將得到廣泛應(yīng)用；人工智能和大數(shù)據(jù)將影響決策；互聯(lián)網(wǎng)推動面向網(wǎng)絡(luò)和基于平臺的社會及經(jīng)濟模式的發(fā)展；物質(zhì)的數(shù)字化程度提高。報告調(diào)查總結(jié)了若干技術(shù)拐點將出現(xiàn)的時間（見表1），其中最早的技術(shù)拐點將出現(xiàn)在2018年，最晚在2027年。

世界各國政府也已經(jīng)注意到信息技術(shù)的發(fā)展及其對社會經(jīng)濟和科技進展所產(chǎn)生的巨大影響，并已著手開始行動。美國的大數(shù)據(jù)行動計劃，印度政府制定的“數(shù)字印度”計劃、歐盟的“單一數(shù)字市場”戰(zhàn)略、日本發(fā)布的“智能日本ICT戰(zhàn)略”和2015年7月發(fā)布的“面向2020全社會ICT化行動計劃”等等，無一不是在全面推進和加速全球的信息化步伐以迎接信息技術(shù)變革帶來的挑戰(zhàn)。

各國政府和相關(guān)部門為了迎接這一挑戰(zhàn)正在全面提升和推進科研信息化戰(zhàn)略?；A(chǔ)設(shè)施方面，美國白宮于2015年7月提出了“國家戰(zhàn)略性計算計劃”，以期在未來的科研中保持美國在高性能計算領(lǐng)域的優(yōu)勢和科研創(chuàng)新力；英國EPSRC在2014年初發(fā)布了“未來10年信息化基礎(chǔ)設(shè)施路線圖”，并在2015年初提出了新的“數(shù)字通信基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略”。在信息化服務(wù)科研創(chuàng)新方面，為促進數(shù)據(jù)密集型科研的發(fā)展，歐盟網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施組織（EGI）發(fā)布了戰(zhàn)略報告《促進協(xié)作數(shù)據(jù)及計算密集型科學(xué)發(fā)展》。歐盟2015年9月發(fā)布的這份戰(zhàn)略報告闡述了未來五年的發(fā)展策略和關(guān)鍵措施。報告提出未來一段時間的戰(zhàn)略目標是：（1）整合數(shù)字能力、資源和專業(yè)知識；（2）實現(xiàn)跨機構(gòu)的操作服務(wù)，為聯(lián)盟成員提供授權(quán)操作服務(wù)，在聯(lián)盟基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上為研究機構(gòu)提供操作服務(wù)；（3）共同實現(xiàn)和整合開放的、用戶驅(qū)動的服務(wù)和解決方案；（4）成為計算/數(shù)據(jù)密集型科學(xué)值得信賴的顧問，向政策制定者提供專家意見，幫助他們形成各自國家或歐洲的發(fā)展政策。

科研信息化基礎(chǔ)設(shè)不斷演進

首先，科研教育網(wǎng)絡(luò)正朝著更加一體化和提升洲際網(wǎng)絡(luò)鏈路性能的方向邁進。其次，移動化趨勢開始向科研領(lǐng)域滲透，移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，各國開始部署5G研發(fā)。第三，超算系統(tǒng)的運算性能持續(xù)提升，但增速趨緩，而百億億次計算機的研發(fā)引發(fā)各國新一輪競爭。盡管超級計算機對數(shù)據(jù)密集型問題的處理能力進一步提升，但未來仍面臨著更大的計算密集型和數(shù)據(jù)密集型挑戰(zhàn)。此外，科學(xué)云計算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也為多個科學(xué)領(lǐng)域的研究和數(shù)據(jù)處理提供了強有力的支持。全球高性能計算速度向百億億次推進：2015年美國正式啟動美國國家戰(zhàn)略性計算計劃（National Strategic Computing Initiative，NSCI），旨在使高性能計算（HPC）研發(fā)與部署最大程度地造福于經(jīng)濟競爭與科學(xué)發(fā)現(xiàn)；歐盟也正在計劃實施6個百億億次計算研發(fā)項目；法國源訊公司（Atos）與法國新能源與原子能委員會（CEA）2015年簽訂合同，約定于2020年將向后者供應(yīng)百億億次級超級計算機“Tera1000”。科研網(wǎng)絡(luò)速度進一步提升，2015年英國財政部和文化、媒體與體育部發(fā)布了名為“數(shù)字通信基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略”的政策報告，無線網(wǎng)絡(luò)向5G進發(fā)： 歐盟在2015年度歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信會議（EUCNC）上公布了5G PPP第一階段資助的首批19個項目；2015年谷歌披露高空互聯(lián)網(wǎng)計劃取得了兩項重要進展，谷歌氣球網(wǎng)絡(luò)計劃最早將會在2016年商用；2015年美國 SpaceX公司的CEO伊隆·馬斯克向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交申請，希望發(fā)射4000顆近地軌道衛(wèi)星，以提供免費的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

科研信息化的創(chuàng)新應(yīng)用呈現(xiàn)新特點

從科研角度來看，信息化正在對科研范式的變革產(chǎn)生深刻影響，數(shù)據(jù)密集型和計算密集型科研、開放創(chuàng)新、移動科研成為科研信息化新的發(fā)展趨勢，科研信息化的創(chuàng)新應(yīng)用圍繞大數(shù)據(jù)、移動科學(xué)、開放創(chuàng)新等發(fā)展方向呈現(xiàn)新的特點。

數(shù)據(jù)密集型和計算密集型科研已成為重要的科研范式?？茖W(xué)研究從微觀和宏觀兩個方向均面臨更加深奧復(fù)雜的挑戰(zhàn)，天文、氣象、地球物理、基因組學(xué)等若干數(shù)據(jù)密集型科學(xué)領(lǐng)域均需要新的、更先進的跨學(xué)科工具和信息化平臺，實現(xiàn)海量科學(xué)數(shù)據(jù)的管理與分析，解決復(fù)雜科學(xué)問題。2015年我國北京師范大學(xué)宇宙中微子數(shù)值模擬團隊在“天河二號”超級計算機系統(tǒng)上成功完成了3萬億粒子數(shù)的宇宙中微子和暗物質(zhì)數(shù)值模擬，揭示了宇宙大爆炸1600萬年之后至今約137億年的漫長演化進程。芝加哥大學(xué)的研究人員利用“海妖”超級計算機來研究HIV衣殼的形成過程，從而開發(fā)新藥物來破壞HIV病毒的生長。未來科學(xué)研究對計算和數(shù)據(jù)密集型工作的依賴日益增加。

開放科學(xué)借力信息化成為新趨勢。大眾創(chuàng)新、開放共享正越來越多地表現(xiàn)在科研活動中，利用網(wǎng)絡(luò)平臺和眾包科學(xué)的方式，將公眾力量引入科學(xué)研究，加快科學(xué)發(fā)現(xiàn)的速度。為推廣科學(xué)知識，共享科技數(shù)據(jù)和設(shè)施，歐盟于2015年通過了“開放科學(xué)共享戰(zhàn)略”，并且“開放科學(xué)”成為歐盟2016年優(yōu)先支持的方向之一。歐洲提出開放科學(xué)共享空間（Open Science Commons）方案，促進共享科學(xué)資源管理、幫助制定研究政策以及最大程度地實現(xiàn)科研成果轉(zhuǎn)化。2015年歐盟委員會發(fā)布《數(shù)字時代的卓越科學(xué)：政策與行動》報告,提出將通過若干政策資助和推動開放科學(xué)的發(fā)展。此外美國國家科學(xué)基金會也提供資助支持超級計算系統(tǒng)用于開放科學(xué)。

科學(xué)數(shù)據(jù)的標準化及其應(yīng)用受到關(guān)注。在當(dāng)前科技發(fā)展趨勢下，科學(xué)家能取得多大的科研成果越來越依賴于他們處理和管理大型數(shù)據(jù)集的能力，而數(shù)據(jù)的共享及其標準化越發(fā)受到重視。美國能源部支持了若干“科研數(shù)據(jù)先導(dǎo)項目”，以探索用于采集、傳輸、共享、分析大規(guī)?？蒲袛?shù)據(jù)集的新方法。2015 勞倫斯伯克利國家實驗室通過其網(wǎng)站介紹了該實驗室所承擔(dān)的四個“科研數(shù)據(jù)先導(dǎo)項目”的成果，包括：X光與超級計算 、利用“超級設(shè)施”實時開展有機光伏研究、極端宇宙學(xué)數(shù)據(jù)分析（EXDAC）、虛擬數(shù)據(jù)設(shè)施。 此外，數(shù)據(jù)的引證和共享等也早已受到歐盟等的重視，并推進了系列舉措以保證科研數(shù)據(jù)的共享和長期保存與使用。

當(dāng)前，無論是各國社會經(jīng)濟更加依賴信息化的進步，還是信息化基礎(chǔ)設(shè)施的不斷革新，抑或是科研信息化實踐過程中的里程碑事件的接連出現(xiàn)，都顯而易見地表明信息化不僅已經(jīng)融入人類生活的各個環(huán)節(jié)，而且還將全面滲透到各種科技創(chuàng)新活動之中。特別是我國已經(jīng)進入全面建成小康社會的關(guān)鍵時期，包括國家科技體制改革在內(nèi)的全面深化改革正在加緊進行，改革進入“深水區(qū)”。這比歷史上任何時期都更加需要發(fā)揮科技的支撐引領(lǐng)作用，寄望科技進步，加快從要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的轉(zhuǎn)變，推動經(jīng)濟結(jié)構(gòu)實現(xiàn)戰(zhàn)略性調(diào)整，增強經(jīng)濟社會發(fā)展內(nèi)生動力和活力，大幅提升國家綜合國力和核心競爭力。這對我國科技界和廣大科研工作者來說，既是難得的歷史機遇，也是重大的歷史責(zé)任。

（作者單位為中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心）