推動(dòng)開(kāi)放科學(xué)空間的發(fā)展

文/劉曉東

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推動(dòng)開(kāi)放科學(xué)空間的發(fā)展

文/劉曉東

開(kāi)放科學(xué)借力信息化成為新趨勢(shì)。大眾創(chuàng)新、開(kāi)放共享正越來(lái)越多地表現(xiàn)在科研活動(dòng)中，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也為多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的研究和數(shù)據(jù)處理提供了強(qiáng)有力的支持。

互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等的新發(fā)展給全球科研帶來(lái)新變化、新動(dòng)力，科學(xué)探索在各個(gè)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(zhuān)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(shì)，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(lèi)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(dòng)下，人類(lèi)的科學(xué)探索和科研活動(dòng)邁入一個(gè)新的時(shí)代！

科研信息化充分調(diào)動(dòng)和利用先進(jìn)信息技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施，突破時(shí)空限制、促進(jìn)無(wú)縫鏈接、達(dá)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?dòng)實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(dòng)的良好結(jié)合將加快全社會(huì)生產(chǎn)力的升級(jí)改造?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”、“中國(guó)制造2025”、“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”等新政策、新戰(zhàn)略的提出，對(duì)科研信息化如何更好地適應(yīng)新的發(fā)展形勢(shì)、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(guó)積極推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，英國(guó)技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)在2015年5月發(fā)布“面向2015至2018年的數(shù)字經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略”報(bào)告，其共同目標(biāo)是通過(guò)加強(qiáng)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)工業(yè)4.0、創(chuàng)新商業(yè)模式、促進(jìn)數(shù)字化衛(wèi)星技術(shù)等的發(fā)展，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新增長(zhǎng)。我國(guó)政府近期也不斷做出重大部署，2015年初以來(lái)，發(fā)布了一系列推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合、推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+、促進(jìn)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策性文件（《中國(guó)制造2025》、“關(guān)于積極推進(jìn)‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)” 、 “關(guān)于印發(fā)促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要的通知”等），以促進(jìn)我國(guó)的信息化進(jìn)程，帶動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(jìn)的自主系統(tǒng)、腦啟發(fā)技術(shù)、移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)等成為各國(guó)2015年研發(fā)重點(diǎn)。歐盟2015年4月發(fā)布《做好準(zhǔn)備把握未來(lái)機(jī)遇》報(bào)告，指出面向2030年的全球趨勢(shì)。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(yíng)養(yǎng)、環(huán)境與能源、社會(huì)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(shì)。提出云計(jì)算、高性能計(jì)算、先進(jìn)的自主系統(tǒng)、腦啟發(fā)技術(shù)等十余項(xiàng)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(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）、國(guó)家半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（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(huì)報(bào)告，提出洞察計(jì)算（insight computing）、網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)、智能存儲(chǔ)、下一代制造范式、高能效傳感與計(jì)算等未來(lái)信息技術(shù)所面臨大的發(fā)展機(jī)遇。

表1　世界經(jīng)濟(jì)論壇預(yù)測(cè)發(fā)生信息技術(shù)拐點(diǎn)的平均期望年份

通過(guò)2015年以來(lái)科研信息化的不斷演進(jìn)，新的信息技術(shù)拐點(diǎn)正在醞釀，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)同信息技術(shù)的發(fā)展和信息化進(jìn)程密不可分?；ヂ?lián)網(wǎng)+、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、超級(jí)計(jì)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(diǎn)的高頻詞匯。據(jù)2015年9月世界經(jīng)濟(jì)論壇報(bào)告，信息技術(shù)的發(fā)展具有六大宏觀趨勢(shì)，包括：人與其他人、信息及所處的世界進(jìn)行聯(lián)系的方式正在被多種技術(shù)改變；計(jì)算、通信及存儲(chǔ)將無(wú)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(dòng)面向網(wǎng)絡(luò)和基于平臺(tái)的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)模式的發(fā)展；物質(zhì)的數(shù)字化程度提高。報(bào)告調(diào)查總結(jié)了若干技術(shù)拐點(diǎn)將出現(xiàn)的時(shí)間（見(jiàn)表1），其中最早的技術(shù)拐點(diǎn)將出現(xiàn)在2018年，最晚在2027年。

世界各國(guó)政府也已經(jīng)注意到信息技術(shù)的發(fā)展及其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技進(jìn)展所產(chǎn)生的巨大影響，并已著手開(kāi)始行動(dòng)。美國(guó)的大數(shù)據(jù)行動(dòng)計(jì)劃，印度政府制定的“數(shù)字印度”計(jì)劃、歐盟的“單一數(shù)字市場(chǎng)”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(huì)ICT化行動(dòng)計(jì)劃”等等，無(wú)一不是在全面推進(jìn)和加速全球的信息化步伐以迎接信息技術(shù)變革帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

各國(guó)政府和相關(guān)部門(mén)為了迎接這一挑戰(zhàn)正在全面提升和推進(jìn)科研信息化戰(zhàn)略?；A(chǔ)設(shè)施方面，美國(guó)白宮于2015年7月提出了“國(guó)家戰(zhàn)略性計(jì)算計(jì)劃”，以期在未來(lái)的科研中保持美國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和科研創(chuàng)新力；英國(guó)EPSRC在2014年初發(fā)布了“未來(lái)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(jìn)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(bào)告《促進(jìn)協(xié)作數(shù)據(jù)及計(jì)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(bào)告闡述了未來(lái)五年的發(fā)展策略和關(guān)鍵措施。報(bào)告提出未來(lái)一段時(shí)間的戰(zhàn)略目標(biāo)是：（1）整合數(shù)字能力、資源和專(zhuān)業(yè)知識(shí)；（2）實(shí)現(xiàn)跨機(jī)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(jī)構(gòu)提供操作服務(wù)；（3）共同實(shí)現(xiàn)和整合開(kāi)放的、用戶驅(qū)動(dòng)的服務(wù)和解決方案；（4）成為計(jì)算/數(shù)據(jù)密集型科學(xué)值得信賴(lài)的顧問(wèn)，向政策制定者提供專(zhuān)家意見(jiàn)，幫助他們形成各自國(guó)家或歐洲的發(fā)展政策。

科研信息化基礎(chǔ)設(shè)不斷演進(jìn)

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(jìn)。其次，移動(dòng)化趨勢(shì)開(kāi)始向科研領(lǐng)域滲透，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，各國(guó)開(kāi)始部署5G研發(fā)。第三，超算系統(tǒng)的運(yùn)算性能持續(xù)提升，但增速趨緩，而百億億次計(jì)算機(jī)的研發(fā)引發(fā)各國(guó)新一輪競(jìng)爭(zhēng)。盡管超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)密集型問(wèn)題的處理能力進(jìn)一步提升，但未來(lái)仍面臨著更大的計(jì)算密集型和數(shù)據(jù)密集型挑戰(zhàn)。此外，科學(xué)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也為多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的研究和數(shù)據(jù)處理提供了強(qiáng)有力的支持。全球高性能計(jì)算速度向百億億次推進(jìn)：2015年美國(guó)正式啟動(dòng)美國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略性計(jì)算計(jì)劃（National Strategic Computing Initiative，NSCI），旨在使高性能計(jì)算（HPC）研發(fā)與部署最大程度地造福于經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)與科學(xué)發(fā)現(xiàn)；歐盟也正在計(jì)劃實(shí)施6個(gè)百億億次計(jì)算研發(fā)項(xiàng)目；法國(guó)源訊公司（Atos）與法國(guó)新能源與原子能委員會(huì)（CEA）2015年簽訂合同，約定于2020年將向后者供應(yīng)百億億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)“Tera1000”?？蒲芯W(wǎng)絡(luò)速度進(jìn)一步提升，2015年英國(guó)財(cái)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(bào)告，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向5G進(jìn)發(fā)： 歐盟在2015年度歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信會(huì)議（EUCNC）上公布了5G PPP第一階段資助的首批19個(gè)項(xiàng)目；2015年谷歌披露高空互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃取得了兩項(xiàng)重要進(jìn)展，谷歌氣球網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃最早將會(huì)在2016年商用；2015年美國(guó) SpaceX公司的CEO伊隆·馬斯克向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）提交申請(qǐng)，希望發(fā)射4000顆近地軌道衛(wèi)星，以提供免費(fèi)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(diǎn)

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

數(shù)據(jù)密集型和計(jì)算密集型科研已成為重要的科研范式。科學(xué)研究從微觀和宏觀兩個(gè)方向均面臨更加深?yuàn)W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(jìn)的跨學(xué)科工具和信息化平臺(tái)，實(shí)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(wèn)題。2015年我國(guó)北京師范大學(xué)宇宙中微子數(shù)值模擬團(tuán)隊(duì)在“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上成功完成了3萬(wàn)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(wàn)年之后至今約137億年的漫長(zhǎng)演化進(jìn)程。芝加哥大學(xué)的研究人員利用“海妖”超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)研究HIV衣殼的形成過(guò)程，從而開(kāi)發(fā)新藥物來(lái)破壞HIV病毒的生長(zhǎng)。未來(lái)科學(xué)研究對(duì)計(jì)算和數(shù)據(jù)密集型工作的依賴(lài)日益增加。

開(kāi)放科學(xué)借力信息化成為新趨勢(shì)。大眾創(chuàng)新、開(kāi)放共享正越來(lái)越多地表現(xiàn)在科研活動(dòng)中，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(shí)，共享科技數(shù)據(jù)和設(shè)施，歐盟于2015年通過(guò)了“開(kāi)放科學(xué)共享戰(zhàn)略”，并且“開(kāi)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(kāi)放科學(xué)共享空間（Open Science Commons）方案，促進(jìn)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(shí)現(xiàn)科研成果轉(zhuǎn)化。2015年歐盟委員會(huì)發(fā)布《數(shù)字時(shí)代的卓越科學(xué)：政策與行動(dòng)》報(bào)告,提出將通過(guò)若干政策資助和推動(dòng)開(kāi)放科學(xué)的發(fā)展。此外美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)也提供資助支持超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)用于開(kāi)放科學(xué)。

科學(xué)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化及其應(yīng)用受到關(guān)注。在當(dāng)前科技發(fā)展趨勢(shì)下，科學(xué)家能取得多大的科研成果越來(lái)越依賴(lài)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(biāo)準(zhǔn)化越發(fā)受到重視。美國(guó)能源部支持了若干“科研數(shù)據(jù)先導(dǎo)項(xiàng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室通過(guò)其網(wǎng)站介紹了該實(shí)驗(yàn)室所承擔(dān)的四個(gè)“科研數(shù)據(jù)先導(dǎo)項(xiàng)目”的成果，包括：X光與超級(jí)計(jì)算 、利用“超級(jí)設(shè)施”實(shí)時(shí)開(kāi)展有機(jī)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(jìn)了系列舉措以保證科研數(shù)據(jù)的共享和長(zhǎng)期保存與使用。

當(dāng)前，無(wú)論是各國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)更加依賴(lài)信息化的進(jìn)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(shí)踐過(guò)程中的里程碑事件的接連出現(xiàn)，都顯而易見(jiàn)地表明信息化不僅已經(jīng)融入人類(lèi)生活的各個(gè)環(huán)節(jié)，而且還將全面滲透到各種科技創(chuàng)新活動(dòng)之中。特別是我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，包括國(guó)家科技體制改革在內(nèi)的全面深化改革正在加緊進(jìn)行，改革進(jìn)入“深水區(qū)”。這比歷史上任何時(shí)期都更加需要發(fā)揮科技的支撐引領(lǐng)作用，寄望科技進(jìn)步，加快從要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性調(diào)整，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力和活力，大幅提升國(guó)家綜合國(guó)力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。這對(duì)我國(guó)科技界和廣大科研工作者來(lái)說(shuō)，既是難得的歷史機(jī)遇，也是重大的歷史責(zé)任。

（作者單位為中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心）