推动开放科学空间的发展

文/刘晓东



推动开放科学空间的发展

文/刘晓东

开放科学借力信息化成为新趋势。大众创新、开放共享正越来越多地表现在科研活动中，利用网络平台和众包科学的方式，将公众力量引入科学研究，加快科学发现的速度。

科学云计算基础设施的建设也为多个科学领域的研究和数据处理提供了强有力的支持。

互联网、云计算、大数据等的新发展给全球科研带来新变化、新动力，科学探索在各个维度上得以延展，科研范畴不断拓展，科研思维异常活跃，不同学科和不同专业之间的协同愈加便利，传统科研模式和思维定式不断被冲破，科研视角变得更新、科研视野变得更广，正从根本上改变传统的科研样式，全球科技发展呈现速度更快、步子更大、信息化程度更高的新态势，逐渐形成大网络、大数据、大协同、大科学、大发现、大成果等科研新业态，人类正在经历“第六次科技革命”。在新科技革命和科研信息化推动下，人类的科学探索和科研活动迈入一个新的时代！

科研信息化充分调动和利用先进信息技术与基础设施，突破时空限制、促进无缝链接、达成协同创新，多出创新性、原创性成果。科研信息化将推动实现我国科研工作的重大转型，是迈向新科技革命和科技现代化的必由之路。科研信息化是创新的“助推器”、“加速器”，信息化与科研活动的良好结合将加快全社会生产力的升级改造。“互联网+”、“中国制造2025”、“大众创业、万众创新”等新政策、新战略的提出，对科研信息化如何更好地适应新的发展形势、服务新的创新模式提出了新的更高要求。

2015年全球各国积极推动数字经济发展，英国技术战略委员会在2015年5月发布“面向2015至2018年的数字经济战略”报告，其共同目标是通过加强数字基础设施建设，推进工业4.0、创新商业模式、促进数字化卫星技术等的发展，推动数字经济的创新增长。我国政府近期也不断做出重大部署，2015年初以来，发布了一系列推动信息化和工业化深度融合、推进互联网+、促进大数据产业发展的政策性文件（《中国制造2025》、“关于积极推进‘互联网+’行动的指导意见” 、 “关于印发促进大数据发展行动纲要的通知”等），以促进我国的信息化进程，带动数字经济的加速发展。

大数据与数据分析、软件定义网络、先进的自主系统、脑启发技术、移动应用技术等成为各国2015年研发重点。欧盟2015年4月发布《做好准备把握未来机遇》报告，指出面向2030年的全球趋势。分析了数字使能技术（enabling echnology）、健康与生物技术、食物与营养、环境与能源、社会与健康、物理科学与制造技术、航空与空间应用技术在2030年的全球发展趋势。提出云计算、高性能计算、先进的自主系统、脑启发技术等十余项数字使能技术将得到大发展和广泛应用。2015年9月美国国家科学基金会（NSF）、国家半导体协会（SIA）和半导体研究公司（SRC）发布名为《重启信息技术革命》的研讨会报告，提出洞察计算（insight computing）、网络物理系统、智能存储、下一代制造范式、高能效传感与计算等未来信息技术所面临大的发展机遇。

表1　世界经济论坛预测发生信息技术拐点的平均期望年份

通过2015年以来科研信息化的不断演进，新的信息技术拐点正在酝酿，社会经济的发展和科学技术的进步已经同信息技术的发展和信息化进程密不可分。互联网+、移动互联、大数据、超级计算、物联网、工业4.0等已经成为描绘当前信息化热点的高频词汇。据2015年9月世界经济论坛报告，信息技术的发展具有六大宏观趋势，包括：人与其他人、信息及所处的世界进行联系的方式正在被多种技术改变；计算、通信及存储将无处不在；物联网将得到广泛应用；人工智能和大数据将影响决策；互联网推动面向网络和基于平台的社会及经济模式的发展；物质的数字化程度提高。报告调查总结了若干技术拐点将出现的时间（见表1），其中最早的技术拐点将出现在2018年，最晚在2027年。

世界各国政府也已经注意到信息技术的发展及其对社会经济和科技进展所产生的巨大影响，并已着手开始行动。美国的大数据行动计划，印度政府制定的“数字印度”计划、欧盟的“单一数字市场”战略、日本发布的“智能日本ICT战略”和2015年7月发布的“面向2020全社会ICT化行动计划”等等，无一不是在全面推进和加速全球的信息化步伐以迎接信息技术变革带来的挑战。

各国政府和相关部门为了迎接这一挑战正在全面提升和推进科研信息化战略。基础设施方面，美国白宫于2015年7月提出了“国家战略性计算计划”，以期在未来的科研中保持美国在高性能计算领域的优势和科研创新力；英国EPSRC在2014年初发布了“未来10年信息化基础设施路线图”，并在2015年初提出了新的“数字通信基础设施战略”。在信息化服务科研创新方面，为促进数据密集型科研的发展，欧盟网格基础设施组织（EGI）发布了战略报告《促进协作数据及计算密集型科学发展》。欧盟2015年9月发布的这份战略报告阐述了未来五年的发展策略和关键措施。报告提出未来一段时间的战略目标是：（1）整合数字能力、资源和专业知识；（2）实现跨机构的操作服务，为联盟成员提供授权操作服务，在联盟基础设施的基础上为研究机构提供操作服务；（3）共同实现和整合开放的、用户驱动的服务和解决方案；（4）成为计算/数据密集型科学值得信赖的顾问，向政策制定者提供专家意见，帮助他们形成各自国家或欧洲的发展政策。

科研信息化基础设不断演进

首先，科研教育网络正朝着更加一体化和提升洲际网络链路性能的方向迈进。其次，移动化趋势开始向科研领域渗透，移动互联网发展迅猛，各国开始部署5G研发。第三，超算系统的运算性能持续提升，但增速趋缓，而百亿亿次计算机的研发引发各国新一轮竞争。尽管超级计算机对数据密集型问题的处理能力进一步提升，但未来仍面临着更大的计算密集型和数据密集型挑战。此外，科学云计算基础设施的建设也为多个科学领域的研究和数据处理提供了强有力的支持。全球高性能计算速度向百亿亿次推进：2015年美国正式启动美国国家战略性计算计划（National Strategic Computing Initiative，NSCI），旨在使高性能计算（HPC）研发与部署最大程度地造福于经济竞争与科学发现；欧盟也正在计划实施6个百亿亿次计算研发项目；法国源讯公司（Atos）与法国新能源与原子能委员会（CEA）2015年签订合同，约定于2020年将向后者供应百亿亿次级超级计算机“Tera1000”。科研网络速度进一步提升，2015年英国财政部和文化、媒体与体育部发布了名为“数字通信基础设施战略”的政策报告，无线网络向5G进发： 欧盟在2015年度欧洲网络与通信会议（EUCNC）上公布了5G PPP第一阶段资助的首批19个项目；2015年谷歌披露高空互联网计划取得了两项重要进展，谷歌气球网络计划最早将会在2016年商用；2015年美国 SpaceX公司的CEO伊隆·马斯克向美国联邦通信委员会（FCC）提交申请，希望发射4000颗近地轨道卫星，以提供免费的卫星互联网服务。

科研信息化的创新应用呈现新特点

从科研角度来看，信息化正在对科研范式的变革产生深刻影响，数据密集型和计算密集型科研、开放创新、移动科研成为科研信息化新的发展趋势，科研信息化的创新应用围绕大数据、移动科学、开放创新等发展方向呈现新的特点。

数据密集型和计算密集型科研已成为重要的科研范式。科学研究从微观和宏观两个方向均面临更加深奥复杂的挑战，天文、气象、地球物理、基因组学等若干数据密集型科学领域均需要新的、更先进的跨学科工具和信息化平台，实现海量科学数据的管理与分析，解决复杂科学问题。2015年我国北京师范大学宇宙中微子数值模拟团队在“天河二号”超级计算机系统上成功完成了3万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的漫长演化进程。芝加哥大学的研究人员利用“海妖”超级计算机来研究HIV衣壳的形成过程，从而开发新药物来破坏HIV病毒的生长。未来科学研究对计算和数据密集型工作的依赖日益增加。

开放科学借力信息化成为新趋势。大众创新、开放共享正越来越多地表现在科研活动中，利用网络平台和众包科学的方式，将公众力量引入科学研究，加快科学发现的速度。为推广科学知识，共享科技数据和设施，欧盟于2015年通过了“开放科学共享战略”，并且“开放科学”成为欧盟2016年优先支持的方向之一。欧洲提出开放科学共享空间（Open Science Commons）方案，促进共享科学资源管理、帮助制定研究政策以及最大程度地实现科研成果转化。2015年欧盟委员会发布《数字时代的卓越科学：政策与行动》报告,提出将通过若干政策资助和推动开放科学的发展。此外美国国家科学基金会也提供资助支持超级计算系统用于开放科学。

科学数据的标准化及其应用受到关注。在当前科技发展趋势下，科学家能取得多大的科研成果越来越依赖于他们处理和管理大型数据集的能力，而数据的共享及其标准化越发受到重视。美国能源部支持了若干“科研数据先导项目”，以探索用于采集、传输、共享、分析大规模科研数据集的新方法。2015 劳伦斯伯克利国家实验室通过其网站介绍了该实验室所承担的四个“科研数据先导项目”的成果，包括：X光与超级计算 、利用“超级设施”实时开展有机光伏研究、极端宇宙学数据分析（EXDAC）、虚拟数据设施。 此外，数据的引证和共享等也早已受到欧盟等的重视，并推进了系列举措以保证科研数据的共享和长期保存与使用。

当前，无论是各国社会经济更加依赖信息化的进步，还是信息化基础设施的不断革新，抑或是科研信息化实践过程中的里程碑事件的接连出现，都显而易见地表明信息化不仅已经融入人类生活的各个环节，而且还将全面渗透到各种科技创新活动之中。特别是我国已经进入全面建成小康社会的关键时期，包括国家科技体制改革在内的全面深化改革正在加紧进行，改革进入“深水区”。这比历史上任何时期都更加需要发挥科技的支撑引领作用，寄望科技进步，加快从要素驱动向创新驱动发展的转变，推动经济结构实现战略性调整，增强经济社会发展内生动力和活力，大幅提升国家综合国力和核心竞争力。这对我国科技界和广大科研工作者来说，既是难得的历史机遇，也是重大的历史责任。

（作者单位为中国科学院计算机网络信息中心）