科研信息化發展態勢和思考*

陳明奇　褚大偉　洪學海　曹　凝　中國科學院條件保障與財務局　北京　00864　中國科學院計算技術研究所　北京　0090

科研信息化發展態勢和思考*

陳明奇1褚大偉1洪學海2曹凝1
1中國科學院條件保障與財務局北京100864
2中國科學院計算技術研究所北京100190

文章分析了科研信息化發展態勢，認為當前科研信息化發展將進入第三階段即“一體化”階段，并將發展態勢凝練為“五新”：大數據驅動科研范式變革成為“新亮點”，開放科學借力科研信息化成為“新趨勢”，科研移動應用成為科研創新的“新動力”，科研信息化基礎設施性能及規模加速發展和升級成為“新常態”，科研信息化推動企業創新和產學研協同創新成為“新模式”。指出了我國在科研信息化基礎設施與應用領域面臨的挑戰；介紹了中科院在科研信息化基礎設施、科學大數據、科研信息化應用 3 個方面的發展部署；提出了針對我國科研信息化的發展建議，包括建立國家科研信息化發展體系，實施國家級科研信息化工程，建設面向全國科技界提供科技資源和信息化資源的綜合服務平臺等。

科研信息化，科研范式變革，科學大數據，信息化基礎設施

1　國際科研信息化發展態勢

當前科研信息化發展將進入第三階段“一體化”階段①科研信息化發展經歷了第一階段“工具階段”和第二階段“環境（平臺）階段”。即工具階段是提供或利用純粹信息技術工具，其主要特征是，科研工作者個體將最新的電子、信息技術等工具應用到自己的研究對象、研究工具和方法中；環境（平臺）階段是提供更好的信息服務環境（平臺），其主要特征是，出現全球性的科研創新網絡，引發更加激烈的全球科技競爭，即科研對象、過程等與信息化方法技術等融為一體。其主要特征是，所有創新主體，必須參與全球科研競爭與協作的大環境，創新方法、創新對象、創新模式等方面也將高度依賴物聯網、移動互聯網、大容量寬帶通訊、大數據、智能計算等技術工具和協同環境。科研信息化的主要發展態勢可以凝練為“五新”。

（1）大數據驅動科研范式變革成為“新亮點”。科學研究進入“大數據”時代已經成為共識，大數據時代的科學研究呈現出數據密集和數據驅動的特點，須以數據為中心來思考、設計和實施，科學發現依賴于對海量數據的收集和分析處理。主要發達國家和地區均啟動和部署了國家層面的、旨在推進和實施科研信息化的宏大計劃和發展戰略，積極向大數據科研演進。2012年奧巴馬政府正式提出了“大數據研究與開發倡議”。2015年8月，我國正式發布了《促進大數據發展行動綱要》，要求“積極推動由國家公共財政支持的公益性科研活動獲取和產生的科學數據逐步開放共享，構建科學大數據國家重大基礎設施，實現對國家重要科技數據的權威匯集、長期保存、集成管理和全面共享。面向經濟社會發展需求，發展科學大數據應用服務中心，支持解決經濟社會發展和國家安全重大問題。”

（2）開放科學借力科研信息化成為“新趨勢”。科研信息化成為開放科學必不可少的支撐條件。為推廣科學知識，共享科技數據和設施，歐盟于 2015 年 1 月通過了“開放科學共享戰略”，并在 2016 年優先支持。改善科研基礎設施可以提高科學家的工作效率與質量。為實現這一目標，歐盟將為科學家創建可公開獲取的平臺、工具與服務。歐洲提出開放科學共享空間（Open Science Commons）方案，促進科學資源共享管理、幫助制定共享政策以及最大程度地實現科研成果轉化。

（3）科研移動應用成為科研創新的“新動力”。無線寬帶、新型可攜帶設備和創新網絡服務的發展帶動了移動計算的快速發展，也掀起了科研移動應用的浪潮。如2014年美國國立衛生研究院投建“移動傳感器數據到知識（MD 2K）”國家卓越中心，將開發創新性工具，以更輕松地采集、分析和解釋移動與可穿戴傳感器產生的醫療數據。用于科研數據處理的移動應用 APP（如 ChemDoodle、iProtein、DataAnalysis）等發展迅速。科研移動應用勢必成為科研信息化的又一重要發展趨勢。

（4）科研信息化基礎設施性能及規模加速發展和升級成為“新常態”。全球科研活動和裝置所采用的信息化硬件設施，其性能正全面升級。得益于精密芯片制造和無線傳感技術的發展，科研信息采集裝置全面具備了無線傳輸能力，歐美發達國家已將無線傳感器網絡部署到城市、農田以及各類生態等科學研究區域中，全面搜集物理世界的各種特征信息。高速傳輸網絡的通用帶寬已達100 Gb/ s，骨干傳輸速度向 1 T 發展，發達國家的高速科研專用網絡傳輸能力和傳輸速度不斷大幅提升。在海量數據存儲方面，美國、日本、歐洲數據存儲 I/O 吞吐速度已達 100 Gb/ s 級。在高性能計算方面，美國、歐盟和日本均已啟動了面向 Exascale 超級計算機的研究計劃，據估計，E 級超級計算機極有可能在 2020 年研制成功。

（5）科研信息化推動企業創新和產學研協同創新成為“新模式”。信息化和工業化的融合成為工業化發展的新特點，多主體、跨空間、泛資源協作模式成為企業創新重要形態。在面向國家產業升級、調整和企業創新主體的應用需求方面，科研信息化能夠依托重大科技基礎設施、重大科研裝備等的協作，優化生產資料的配置和生產過程的協同，迅速形成市場化的研發制造的創新競爭力，推動新型生產組織不斷孕育、演進和擴散，成為與經濟社會發展深度融合、科研院所研發活動緊密鏈接的網絡，是產學研協同創新的紐帶和區域創新平臺（體系）的有機組成。同時，面向大眾創業和萬眾創新的應用需求，科研信息化能夠借助網絡技術與創新組織模式，通過設施共享、成果轉化、知識傳播等形式，充分釋放全社會積累的科技資源，降低公眾對各類科技資源的使用門檻，應用于以“創客”為代表的全社會創新活動，實現創新資源集聚、激發創新活力。

2　中國科研信息化發展面臨的挑戰

科研信息化是新一輪科技革命的引擎和顯著特征。面對方興未艾的信息化浪潮和日益激烈的科技競爭，如果我們忽視科研信息化，不僅面臨信息化高端應用繼續落伍的局面，而且意味著很可能在新一輪科技革命中無法抓住創新跨越的歷史機遇。為解決當前我國科研信息化發展面臨的諸多問題，我們應當抓住當前歷史機遇，大力發展科研信息化，促使科研和創新活動向個性化、開放化、網絡化、集群化方向發展，不斷優化創新生態，變革我國科研和創新組織及活動模式，大幅度提升我國科技創新能力，激發前所未有的創新活力，切實支撐國家創新驅動發展戰略。但要看到，我國科研信息化發展還面臨巨大挑戰。

（1）缺乏連接我國科技創新要素的國家科研信息化基礎設施體系。經過長期以來的不斷努力，我國在科技創新方面形成了一系列的優勢科技資源：以“天河二號”為代表的國家超級計算能力連續 6 年居于全球第一；以托卡馬克、500 米口徑球面射電望遠鏡（FAST）及子午工程為代表的 20 余個國家重大科技基礎設施，分布在全國各單位的科技數字文獻資源經長期積累而形成的海量科學數據資源等。我國創新能力的深入發展，需要一個整體化“軟能力”以實現全國科技創新資源的有效整合和共享，我們還缺乏能互聯全國科技創新要素的專用高速科研網絡，與科技活動相匹配的分布式存儲與計算分析環境，打造科技創新集群化平臺，無法有效服務于科研機構、高校、企業以及個人的科技創新活動。

（2）缺乏能有效支撐我國關鍵科技領域的科研信息化應用。能源短缺、環境污染、全球氣候變化等問題是我國可持續發展面臨的重大挑戰性問題，這些問題的解決對大規模數值模擬有著迫切的需求。在促進傳統產業轉型升級方面，以數值模擬為手段的遴選與優化設計有廣泛需求。例如，在航空工業領域，借助計算模擬開展多學科設計優化，可有效提高飛機性能，縮短研制周期，降低設計成本。在生命科學方面，個性化藥物研究正在引領藥物研究的第三次浪潮，美國在 2015 年初推出“精準醫療計劃”，推動個性化醫療的發展，希望以此“引領一個醫學新時代”。該計劃特別指出促成“精準醫學”發展的是超級計算機能力的提高，這使有關數據分析能力大大加強。在產生重大科學發現的前沿基礎科學研究領域，高性能計算是不可或缺的重要手段。中科院高能物理所利用數據密集型網格平臺在大亞灣中微子實驗中取得的成果被美國 Science 雜志評選為年度十大科學突破。當前，我國科研信息化基礎設施已經在諸多領域發揮了極其重要的作用，如果能夠加大應用力度，必將促進這些領域研究能力的進一步大幅提升。

（3）缺乏服務“一帶一路”戰略的國際化科研信息化基礎設施。長期以來，歐美發達國家為了引領世界科技發展方向，發揮國際科技影響力，在國際科研基礎設施方面牽頭啟動了一系列的重大計劃。2015 年 10 月，美國牽頭共建了 Trans-Pacific 計劃，開通了從美國至亞太地區的100 Gbps 的高速科研網絡。歐盟也通過 ORIENT-plus 和 TEIN 等計劃開通了與中國和亞太地區的10Gbps 專用高速科技網絡。為了更好地發揮我國在科技方面的國際影響力，特別是在“一帶一路”區域內的國際科技影響力，需要面向“一帶一路”戰略，牽頭共建面向“一帶一路”區域的國家科研信息化基礎設施，利用專用高速科技網絡連接“一帶一路”區域內的科技資源，聚合區域內的科技能力，為“一帶一路”區域內的國家和地區提供公共的科技服務，以科技融合帶動區域經濟融合，為我國大戰略服務。

（4）當前發展還無法滿足我國實施創新驅動發展戰略的需要。黨的“十八大”明確提出“科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置”；強調要堅持走中國特色自主創新道路、實施創新驅動發展戰略。實施創新驅動發展戰略，科技創新是重中之重，是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。我國科技創新尤其需要更有效的科研方式和更現代化的組織模式，加速我國的理論創新和技術創新，并催生信息領域新技術的創新和應用，為我國的實施創新驅動發展戰略提供源源不斷的動力和源泉。

3　中科院對科研信息化發展的部署

作為科技創新的國家隊，中科院引領我國的科研信息化發展責無旁貸，中科院計劃在“十三五”期間采取 3 方面舉措。

（1）建設國家級科研信息化基礎設施平臺。面向我國科技創新，建設國家科研信息化基礎設施，以深度整合中科院優勢信息化資源為抓手，形成全國乃至全球信息化資源及科技資源匯聚能力，打造服務科技創興活動的科技云平臺，面向全國科技工作者提供資源統一調度和用戶自助服務，共享使用各類創新資源。

該平臺將以中科院“率先行動”需求為牽引，深度整合中科院科技資源，牽引我國科技資源整合，打造以科技工作者為中心，以資源統一調度和用戶自助服務為鮮明特色的信息化資源管理與服務云平臺。

加強中科院網絡、超級計算環境和海量云存儲等公共信息化服務“硬”能力建設。進一步提升網絡接入帶寬，擴大接入范圍；建立滿足重大科技基礎設施應用需求的高性能計算系統，建成國家級高性能計算基礎服務環境，打造學科計算與可視化公共服務平臺，實現科學計算一站式服務；整合提升分布式存儲設施，提高有效支撐中科院科研工作的云存儲公共服務系統和全院數據資產及應用系統的數據災備系統；提升大數據應用處理與服務能力，推動國家科學大數據中心建設，推動基于大數據的學科創新和應用創新基礎環境建設。

加快中科院信息資源池和軟件資源池“軟”能力建設的步伐，深度整合和挖掘利用中科院現有的數字化、網絡化的科技資源，提升信息化服務水平，為“率先行動”提供堅實的資源和服務基礎，為國家科技創新活動提供統一管理、開放共享的信息化基礎環境。

（2）發展科學大數據。站在國家戰略的高度和科技創新的前沿，把握前瞻性和科學性，充分利用中科院科研信息化建設形成的優勢環境，推動科學大數據發展，推動國家科學大數據中心建設，為國家大數據發展行動提供原動力，實現中科院在科學大數據發展中的引領地位。

依據國務院《促進大數據發展行動綱要》和國家有關部門對科學大數據工程的相關部署，面向科學大數據科研發展態勢和實際需求，基于“中國科技云”，構建與大數據發展趨勢相適應的科學大數據設施環境、治理機制、創新模式、重大應用和外延服務。其中，科學大數據應用服務將基于“中國科技云”研發部署的用于大數據管理、調度和處理的平臺，為大數據的相關研發、分析方法、技術測試和應用服務提供基礎環境；科學大數據應用服務示范是中科院各領域科學發展和應用的典型應用，將體現我國科學大數據應用的成效。

（3）推動科研信息化應用。利用信息化技術、基礎設施和應用服務，為中科院科研活動提供新方法、新途徑和新環境，推進科技創新與信息化的融合，支撐重大創新，引領各學科信息化應用的可持續發展，促進科研模式變革，顯著提升中科院科研信息化應用水平。

圍繞中科院四類機構改革以及科技創新的布局，著力從“三個維度”深化中科院科研信息化應用。（1）從探索支持四類科研機構的科研信息化應用，推動研究所（院）從整體上實現信息化技術、設施、資源和服務與科研活動的直接融合，在科研信息化實踐方面，出現具有標桿示范性的卓越創新中心、創新研究院、大科學中心、特色研究所。（2）重點支持三類科研信息化應用，包括面向學科領域或研究所（院）的“科技領域云”，建立領域科研信息化服務平臺。面向計算密集型、數據密集型科研信息化應用，服務重大科研產出。面向交叉融合領域的科研信息化應用，從中科院優勢學科發展角度，兼顧學科特征與信息化的融合程度，推動不同融合程度的科研信息化應用。（3）大力推動科研信息化復合型應用人才的培養，建立中科院科研信息化人才優勢。注重在教學和科研實踐中，建立信息科技與各學科交叉的綜合型、交叉型人才培養模式，促進信息化與各學科的深度融合，為科研信息化應用發展奠定堅實人才基礎。

4　我國科研信息化發展建議

科研信息化是國家“創新驅動發展戰略”以及“互聯網+”戰略的重要實踐方式，是促使科研方式轉變、提高科研效率和促進科研成果產出的強有力抓手，對原始科技創新、產業協同創新和社會群智創新具有重要支撐意義，對國家創新驅動發展戰略、科技創新發展戰略、經濟轉型、人才戰略等均具有變革性戰略意義。為加快國家科研信息化發展，我們提出 3 點建議。

（1）建立國家科研信息化發展體系。實現國家科研信息化體系的整體規劃和頂層設計，促使科研信息化融入并成為國家信息化的重要有機組成部分，全面帶動各行業、領域信息化水平的提升，從而大幅度提升我國科技創新能力，切實支撐國家創新驅動發展戰略。

（2）實施國家級科研信息化工程。建設先進的連接國內外重要科技資源的國家科研信息化基礎設施。建立連接國家科技要素的超高速國家科技專用傳輸網絡、以此為基礎與“一帶一路”區域各國共建國際科技合作高速網絡、建立國家級科學計算與應用創新平臺、國家級科學大數據應用服務環境、國家級知識服務平臺，助力“大眾創業、萬眾創新”。

（3）建設面向全國科技界提供科技資源和信息化資源的綜合服務平臺，打造需求牽引、有機統一、智能調度、開放共享、國際一流的服務環境。整合國內教育、科技、企業研發機構的力量，發揮中科院擁有 100 多個科研院所的“科技國家隊”的戰略作用，共同推動國家科研信息化發展。實現在基礎設施方面共建共享，面向國家重大需求，攻堅克難，充分發揮科研信息化促進科技創新、產業轉型升級的作用，助力我國創新驅動發展戰略。

1 張亞平， 譚鐵牛. 國家科研信息化戰略研究咨詢報告. 2015，4-13.

2 譚鐵牛. 科研信息化發展態勢與發展模式分析. 中國科研信息化藍皮書2016. 北京： 科學出版社， 2016. 325-331.

3 中共中國科學院黨組. 決定中華民族前途命運的重大戰略——學習習近平總書記關于創新驅動發展戰略的重要論述. ［2016-03-09］. http：//www.qstheory.cn/qszdwz/201401/ t20140127_316842.htm.

4 習近平總書記在網絡安全和信息化工作座談會上的講話.［2016-4-19］ . http：//www.cac.gov.cn/2016-04/25/c_1118731366. htm.

陳明奇中科院條件與財務局信息化工作處處長。2000 年 6 月獲北京郵電大學工學博士學位。具體負責中科院信息化發展規劃編制及實施，負責《中國科研信息化藍皮書》編撰，《科研信息化研究與應用》編委。主要研究方向：信息化、科研信息化、網絡與信息安全、信號與信息處理等。E-mail： mqchen@cashq.ac.cn

Chen M ingqiReceived a doctorate degree of Engineering in Beijing University of Posts and Telecommunications in June 2000. Now he is Director of the Division of the Cyberinfrastructure Office of CAS， responsible for planning and implementing the Informatization Development Plan of CAS. He is also the Chairmen of editorial board of China's e-Science Blue Book and member of editorial board of e-Science Technology and Application. His main research directions are informatization technology， e-Science technology， network and information security， and signal and information processing. E-mail： mqchen@cashq.ac.cn

褚大偉男，中科院條件與財務局信息化工作處業務主管，負責科研信息化、網絡安全、信息化發展戰略規劃和研究。2012 年獲山東大學計算機應用專業碩士學位，現于中國科學院大學工程與信息學院攻讀博士學位。主要研究方向：科研信息化發展戰略、網絡安全與 PK I、統一身份認證等。《中國科研信息化藍皮書》編委。E-mail： dw chu@ cashq.ac.cn

Chu DaweiMale， received a M aster's degree of Shandong University in June 2012 and now pursuing his doctoral degree in University of Chinese Academy of Sciences. Now he is an executive officer of the Division of The Cyber infrasturcture Office of CAS， responsible for e-science，cyber security，planning and im plementing the Informatization Development Plan of CAS. He is also the Chairmen of editorial board of China's e-Science Blue Book. His main research directions are development strategy of e-science，cyber security and PKI， Fast Identity Online. E-mail： dwchu@cashq.ac.cn

Development Trend of e-Science

Chen Mingqi1Chu Dawei1Hong Xuehai2Cao Ning1

（1 Bureau of Facility Support and Budget， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100864， China；
2 Institute of Computing Technology， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China）

This article analyzes the development trend of e-Science， considers that current research and development of e-Science w ill enter the third stage of integration stage， and also the development trend demonstrates “Five News”， i.e.， big data drives research paradigm change， open science becomes the new trend by means of e-Science， mobile application drives the innovation， rapid development and upgrading of research information infrastructure performance and scale， and information technology promotes industrial innovation and collaborative innovation. This article points out the challenges of development of e-Science about cyber-infrastructure and applications. And the article also introduces the work and deployment on cyber-infrastructure and scientific big data and applications of CAS， and makes recommendations for development of e-Science in our country， including that our country should establish a national information system of research and development， implement national research information project， and build a com prehensive service platform to provide scientific and technological information resources and services to the national science and technology workers.

e-Science， research paradigm change， scientific big data， cyber-infrastructure

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.06.003

*資助項目：中科院學部咨詢項目（國家科研信息化發展戰略研究）

修改稿收到日期：2016 年 6月12日