科学研究的信息化e-Science

中国科学院的e-Science及其“十五”信息化建设阎保平中国科学院计算机网络信息中心主任中国科学院信息化领导小组办公室主任2002年8月21日上海提纲科学研究的信息化：e-Science中国科学院的科研信息化（e-Science）中国科学院的“十五”信息化建设科学研究推动人类的发展传统科学研究方法的局限封闭性交流不够重复劳动缺乏模拟、仿真的手段科研周期长、成本高一些实验是不可能的现代科学研究的巨大挑战科学研究问题空前复杂化科学研究对象不是简单孤立系统，而是涵盖更大的范围，跨学科科研信息、数据的实时获取与处理，仿真与大规模计算成为分析、发现和预测的主要手段之一科学家之间密切的合作与交流什么是e-Science“e-Scienceisaboutglobalcollaborationinkeyareasofscience,andthenextgenerationofinfrastructurethatwillenableit.”--JohnTaylor,UKe-Science的意义使得全球性的、跨学科的、大规模科研合作，跨越时间、空间、物理障碍的资源共享与协同工作成为可能这将改变科学家们从事科研活动的方法和模式，极大地促进交流合作，推动科学研究的发展科研信息化是整个社会信息化的前卫，是下一代互联网络技术及信息基础设施在科研领域的率先应用e-Science的特点开放式的科学研究资源共享高性能计算机，实验数据，科学仪器，…协同式的科学研究就象在同一个实验室中一样与大洋彼岸的同事进行合作研究跨越多个领域的复杂的协同工作e-Science的基础设施计算资源数据资源网络通信资源科学仪器仪表设备粒子加速器、天文望远镜、各种传感器、…计算资源传感器/数据源可视化高速网络数据资源桌面应用e-Science的应用e-Science提供了一种信息化的科学研究环境和平台，在不同的科学研究领域和科学研究活动中，开发针对特定需求的应用应用是e-Science的主轴以应用需求为导向，是e-Science建设的重要指导思想e-Science相关技术的发展互联网和Web已经得到广泛的普及今天许多科研人员已经离不开e-mail和web普通的实验室都可以拥有相当强大的计算和存储能力PCCluster,Terabytesdisks广域网的带宽达到Gbps标准化的信息交换和资源共享XML,WebServices中间件协同工作软件传感器技术……e-Science的发展及现状美国多个政府部门投入大量资金支持科研信息化NSF,DOE,NASATeraGridGlobusAccessGrid…InformationPowerGride-Science的发展及现状英国e-Science计划EUDataGridEUROGRID意大利INFN-Grid…e-Science的发展及现状亚太地区PRAGMA(PacificRimApplicationGridMiddlewareAssembly)APGrid(AsiaPacificGrid)日本韩国GFK(GridForumKorea)中国ChinaScienceGrid(CAS,2001)提纲科学研究的信息化：e-Science中国科学院的科研信息化（e-Science）中国科学院的“十五”信息化建设中科院在e-Science方面的工作2001年3月，提出建立科学数据网格（ScientificDataGrid）2001年8月，在院十五信息化建设中立项2001年12月，进一步提出ChinaScienceGrid的设想2002年6月，参加了科技部863项目“国家高性能计算环境”（计算网格）的工作中科院的科研信息化工作科研信息化工作对于促进和提升科技创新和知识创新的能力，加速提高科技现代化水平具有重要意义和影响有计划、有步骤地推进e-Science的建设与实施工作基础设施建设中科院“十五”信息化建设规划（2.5亿）计算机网络的全面升级改造1-2.5G科学数据库的进一步发展10TB超级计算环境的更新和完善2-3万亿次海量存储系统100TB学科环境建设野外台站的监测网络（2.2亿）生态网天文观测站大气监测站山地灾害监测站……标本馆（1.7亿）29个动物、植物、古化石、矿物标本馆数字标本馆工程开始启动数字图书馆（1.5亿）关键技术研究下一代互联网技术IPv6/v4转换网络测量与监控IPv6根服务器组播层次网络安全……关键技术研究（续）网格计算（GridComputing）数据网格中间件分布式异构数据的整合与集成网格信息服务网格安全元数据资源定位与寻址技术e-Num……应用网格建设在各学科领域中推进应用网格的建设虚拟天文台地球科学虚拟科研环境生物网格化学综合信息系统……国际交流与合作PRAGMAAPGridSDSC/UCSDKISTI，Korea中研院计算中心（ASCC）TexasA&MUniv.Univ.ofMarylandetc.中国科学网格的建设十五期间以科学数据库为基础建设“科学数据网格”，实现科学数据资源的共享以及在此基础上的协同工作到十五末期，把计算资源和科学仪器设备等资源集成进来，在科学数据网格的基础上建设“中国科学网格”同时，在应用领域大力推动网格应用的开发，形成面向学科和专业领域的应用网格，如：生物网格、天文网格、等等提纲科学研究的信息化：e-Science中国科学院的科研信息化（e-Science）中国科学院的“十五”信息化建设背景中科院是国家自然科学研究的中心中国科学院1998年启动知识创新工程，现已进入全面推进阶段。面向世界科技发展的趋势，面向国家创新体系的建设，如何提升和促进创新能力？科研信息化工作对此具有重要意义和影响。中科院“十五”信息化建设在2001年8月院长办公会正式通过并立项工作基础中国科技网CSTNETCNNIC为中国互联网用户提供服务超级计算环境（1300亿次）科学数据库（180个专业库，725GB）院管理信息系统、文献情报系统……建设目标总体目标：围绕院科技发展的战略，结合知识创新工程，广泛开发和应用信息技术，增强我院的综合实力。全面推进科研环境、手段和方法的信息化，业务管理和政务工作的信息化；建设先进的信息基础设施，实现网络资源的综合利用，使网络和应用的水平继续保持国内领先地位；完善信息化支撑体系。两大主题科学研究活动的信息化科研活动管理的信息化科研活动管理的信息化科研活动管理的信息化是中科院科研信息化工作的另一个重要方面带有科研活动特殊性的电子政务ARP(AcademiaResourcePlanning)在科研活动管理中综合运用先进的信息技术和管理思想主要任务基础设施建设：中国科学院网CASNET升级改造超级计算环境与应用科学数据及其应用系统智能化科技社区网络试点支撑体系建设：建立信息化标准体系建立信息化安全体系信息化人才培养体系应用系统建设：①视频会议系统；②远程教育系统；③中国科普博览；④中国科学院主页；⑤院电子政务系统；⑥院管理信息系统；高技术产业化信息系统；院士科学思想库；文献情报信息系统。院“十五”信息化发展的框架（示意）（1）形成高速网络环境大力提高国内网络主干的带宽和国际出口带宽，计划在2－3年的时间内，城市间的网络将主要采用光纤信道辅以少量卫星信道，通达12个分院的信道带宽将提升到1G的光缆互联。国际出口信道带宽将提升到200M或更高。卫星通讯光通讯/DWDM+（2）形成高性能超级计算环境为支持大型科学计算和大规模数据存储与处理的需要，中国科学院“十五”期间计划在北京正式建立“中国科学院超级计算中心”，形成具有2-3万亿次计算能力，100TB海量存储空间和多媒体处理能力的运行环境，并建立一支承担系统维护、运行和服务的技术队伍。曙光高性能计算机（3）形成大规模科学数据中心（1）继续加强科学数据资源的采集和积累，专业子库数量达到300个，总数据量达到10-15TB；启动数字标本馆群建设工程。（2）制定科学数据库的标准规范，保证入库数据的正确性和准确性；（3）开发科学数据库的应用支撑平台，提供统一、实用、友好的用户服务界面；（5）建立以北京为中心的科学数据中心。图片来自科学数据库应用项目“科普博览”网上“大峡谷”博物馆（4）建设远程教育和视频会议系统多媒体教育中心(北京)课件广播服务器课件库授课教师课件制作交互服务器摄录系统媒体服务器(视音频)电子白板白板服务器宽带互联网A分院多媒体教室B分院(所)多媒体教室分院面向全国开设课程（或视频会议）电子白板投影仪交互终端机摄录系统复接器综合接收系统宽带互联网接入的分院(所)综合接收系统中国科学院研究生院远程教育系统功能示意图基于课件的异步教学同步实时教学答疑与讨论系统远程教育系统的建设任务包括：多媒体教学环境设施、广播及双向传输网络平台、课件资源体系、支撑软件系统。三里河会议控制中心中国科学院院部分会场分会场MXMGateKeeperMCUCASNETIP/TV会议终端会议终端会议终端CASNET网络中心会议终端图7：中国科学院视频会议系统结构及连接•视频会议系统将建设会议中心、控制中心及110余个分会场，支持各类政务会议、学术会议的召开，提高工作效率，建立新型政务工作模式。（5）建设中国科学院电子政务系统和ARP系统以院办公厅为中心节点，连接分院和研究所办公系统，中国科学院电子政务系统的建设任务包括：建立符合信息化要求的政务信息系统体系结构，制定电子政务系统的指标体系，在保障信息安全的前提下开发电子政务系统的信息资源，实现政务信息的网上采集、交换、分类、加工、处理和发布；建设满足政务信息化需求的系统平台，建立政务信息应用的网上办公室，形成网上协同工作环境。中国科学院电子政务系统平台结构中国科学院ARP系统体系结构院“十五”信息化建设投资安排建议及计划2001年8月，院“十五”信息化建设正式立项，投入经费3.5亿元2001年第三季度完成规划项目的分解和立项2001年第四季度开始全面实施工作高速网络环境建设科学数据库及其应用系统中国科普博览院管理信息系统……e-Science&ARP科学研究活动的信息化：e-Science科研活动管理的信息化：ARPe-Science+ARP数字化科学院：DigitalCAS结语科学研究的信息化（e-Science）将改变人们从事科学研究的方式和方法，为科研人员提供一个信息化的科学研究环境，极大地促进科学研究的发展，并有力地推动社会的信息化与进步。中国科学院正在建设以e-Science为核心的新型科研环境与支撑平台，为知识创新提供强有力的支持，为国家科技事业的发展做出贡献。谢谢！