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2011年08月11日16:57 | 中國發(fā)展門戶網(wǎng) www.chinagate.cn | 給編輯寫信 字號：T|T

中國發(fā)展門戶網(wǎng)8月11日電 日前，中國科學(xué)院編寫了《中國科學(xué)院信息化發(fā)展報告2011》，在其中介紹了國外科研信息化基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀。具體內(nèi)容如下：

從當(dāng)前世界各國和地區(qū)的科研信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來看，其重點主要集中于高速網(wǎng)絡(luò)、分布式計算設(shè)施、高性能計算、科學(xué)數(shù)據(jù)管理等四大緊密相連的領(lǐng)域。

1.高速科研專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)如火如荼

寬帶網(wǎng)絡(luò)尤其是科研專用網(wǎng)絡(luò)，支撐著一切基于網(wǎng)絡(luò)的科研信息化活動。當(dāng)前世界各國都在競相開展高端科研教育網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。目前，全球大規(guī)模學(xué)術(shù)網(wǎng)基本可分為三大主體：歐盟的GéANT、北美的Internet2和亞太地區(qū)先進網(wǎng)絡(luò)APAN。

（1）GéANT：世界最大的多千兆教育科研專用計算機網(wǎng)絡(luò)由歐盟委員會和歐洲各國科研教育網(wǎng)（NRENs）聯(lián)合資助興建的高帶寬泛歐科研教育骨干網(wǎng)GéANT 是歐盟e-Infrastructure戰(zhàn)略的核心。它既是專門支持科研信息化的全球科研網(wǎng)絡(luò)的核心，也是未來互聯(lián)網(wǎng)各項核心技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)。GéANT目前連接著全歐32個國家科研教育網(wǎng)（NRENs）和全球類似網(wǎng)絡(luò)，可為40個歐洲國家約8,000家科研院所的4,000萬科研教育用戶提供無縫連接的服務(wù)，是世界最大、最先進與多樣化的科研教育網(wǎng)絡(luò)體系 。

圖表 1. GéANT網(wǎng)絡(luò)全球連接示意圖

（2）Internet2

Internet2已成為最前沿研發(fā)和實驗的平臺，可滿足其成員對協(xié)作應(yīng)用、分布式研究實驗、基于網(wǎng)格的數(shù)據(jù)分析和社會聯(lián)網(wǎng)等帶寬密集型處理的需求 。2010年夏，美國政府撥款6250多萬美元，資助Internet2和其他幾家國家科研教育網(wǎng)絡(luò)建造帶寬100G的美國統(tǒng)一社區(qū)錨點網(wǎng)（U.S.UCAN），以連接美國的學(xué)校、圖書館、社區(qū)大學(xué)、保健中心和公共安全組織等社區(qū)機構(gòu)，實現(xiàn)當(dāng)前典型互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)尚未包括的先進應(yīng)用 。2010年10月，NSF又為Internet2中間件計劃提供了為期3年約265萬美元的資助，旨在將Internet2開發(fā)的基本認(rèn)證軟件組合為一個工具包，以促進虛擬組織的協(xié)作 。

（3）亞太地區(qū)先進網(wǎng)絡(luò)APAN

亞太地區(qū)先進網(wǎng)絡(luò)APAN 聯(lián)盟成立于1997年，旨在為亞太地區(qū)科研教育團體提供一個先進的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并協(xié)調(diào)其發(fā)展，推進網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)。澳大利亞學(xué)術(shù)與研究網(wǎng)AARNet、日本學(xué)術(shù)信息網(wǎng)SINET3和我國的CERNET網(wǎng)絡(luò)是亞太地區(qū)科研教育網(wǎng)的主要組成部分。

與上述網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成全球科研教育龐大網(wǎng)絡(luò)體系的主要國際科研教育網(wǎng)還包括：美國能源科學(xué)網(wǎng)絡(luò)ESnet、荷蘭國家教育科研網(wǎng)絡(luò)SURFnet、法國國家科研教育網(wǎng)絡(luò)RENATER、加拿大的CA*net4、跨歐亞信息網(wǎng)絡(luò)TEIN3、東南歐的SEEREN，地中海地區(qū)的EUMEDCONNECT，拉丁美洲的ALICE，印度的ERNET，中亞與高加索地區(qū)的OCCASION，南非的TENET，連接我國和歐洲的ORIENT等。

2.科學(xué)數(shù)據(jù)及其應(yīng)用管理備受矚目

現(xiàn)代科學(xué)與工程中，幾乎所有領(lǐng)域的數(shù)據(jù)量每年都在成倍增長，其分析應(yīng)用也愈發(fā)復(fù)雜，不同形式的數(shù)據(jù)均需得到妥善的管理、存儲、維護，并通過用戶友好的信息化基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供給所有的科學(xué)團體使用，科學(xué)數(shù)據(jù)資源及應(yīng)用環(huán)境已納入科研信息化環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施范疇 。

（1）美國的DataNet計劃

美國政府歷來對科學(xué)數(shù)據(jù)工作極為重視，NSF于2007年9月正式發(fā)布了科學(xué)數(shù)據(jù)可持續(xù)保存與共享網(wǎng)絡(luò)伙伴計劃（Sustainable Digital Data Preservation and Access Network Partners, DataNet）項目指南 ，規(guī)劃創(chuàng)建面向科研信息化的科學(xué)數(shù)據(jù)保存與共享模式。在此項目支持下，NSF預(yù)計未來五年（2009年開始）投資1億美元，建立一批全景示范的新型數(shù)據(jù)保存與共享組織架構(gòu)，為長期的科學(xué)研究提供可靠的數(shù)據(jù)保存、訪問、集成和分析能力，以及預(yù)測及不斷適應(yīng)技術(shù)本身及用戶需求所帶來的變化等。

DataNet項目資助成立的虛擬組織“數(shù)據(jù)管理委員會”（The Data Conservancy）主要負(fù)責(zé)研發(fā)可支持科學(xué)數(shù)據(jù)保存、應(yīng)用和安全的數(shù)據(jù)收藏基礎(chǔ)設(shè)施，其在靈活獲取數(shù)據(jù)、開展與開放數(shù)據(jù)相關(guān)的活動和拒絕使用來源不明的數(shù)據(jù)方面都取得了一定成效 。

（2）英國DISC-UK數(shù)據(jù)共享項目

由英國多家機構(gòu)聯(lián)合開展的DISC-UK數(shù)據(jù)共享項目（2007.3-2009.3）的總體目標(biāo)是在一個復(fù)雜和動態(tài)的信息環(huán)境中促進學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)共享新模式、工作流程和工具的形成。其利用各方專業(yè)知識，推進數(shù)據(jù)存放服務(wù)，探索新途徑，協(xié)助研究人員在互聯(lián)網(wǎng)上分享數(shù)據(jù)。

2009年5月15日，DISC-UK數(shù)據(jù)共享項目最終報告發(fā)布 ，總結(jié)了近期英國科學(xué)數(shù)據(jù)共享研究的重要進展與特點并得出三個重要結(jié)論：①對研究人員而言，數(shù)據(jù)管理比數(shù)據(jù)共享更能成為使用知識庫的動機，但還不足以產(chǎn)生文化變革；②數(shù)據(jù)館員、數(shù)據(jù)管理人員和數(shù)據(jù)科學(xué)家可以幫助知識庫管理人員和研究人員開展交流；③機構(gòu)知識庫可以提高在互聯(lián)網(wǎng)上共享數(shù)據(jù)的影響力。

（3）澳大利亞科研數(shù)據(jù)共享基礎(chǔ)設(shè)施（ARDC）澳大利亞政府從2008年啟動建設(shè)國家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（Australian National Data Service，ANDS） ，旨在全面整合全國數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)長期保存和共享利用。2009年，澳大利亞高等教育投資基金（EIF）撥款4800萬澳元，支持ANDS創(chuàng)建和發(fā)展“澳大利亞科研數(shù)據(jù)共享（Australian Research Data Commons，ARDC）”基礎(chǔ)設(shè)施 ，旨在使澳大利亞科研數(shù)據(jù)作為一個整體，成為一項國家性的戰(zhàn)略資源。其重點領(lǐng)域包括：數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)設(shè)施、元數(shù)據(jù)存儲基礎(chǔ)設(shè)施、自動數(shù)據(jù)發(fā)布公共基礎(chǔ)設(shè)施、ARDC核心基礎(chǔ)設(shè)施和ARDC軟件基礎(chǔ)設(shè)施。

?3.高性能計算成為評估國家創(chuàng)新能力的關(guān)鍵

高性能計算設(shè)施對現(xiàn)代科學(xué)研究而言是一種極為重要且不可或缺的戰(zhàn)略工具，世界各國都對超級計算能力建設(shè)和應(yīng)用高度重視，紛紛提出國家級計劃。超級計算的能力和應(yīng)用水平已經(jīng)成為評價國家創(chuàng)新能力和國家競爭力的關(guān)鍵因素之一。

（1）歐洲的PRACE計劃與DEISA計劃

2010年6月9日，耗資4億歐元、有20個國家參與、聯(lián)接多臺超級計算機、每秒計算速度將達百萬兆次的歐洲先進計算合作伙伴（Partnership for Advanced Computing in Europe ，PRACE）計劃在西班牙巴塞羅那正式啟動。從2011年到2015年，德國、法國、意大利和西班牙的超級計算機將逐步聯(lián)接在一起，并計劃至2019年將運算速度提升到每秒百億億次。目前歐洲計算速度最快的德國Jugene超級計算機將成為新合作平臺的首臺Tier-0系統(tǒng)供歐洲科研人員使用 ，而采用了平衡模塊架構(gòu)的第二臺Tier-0系統(tǒng)“居里（Curie）”也于近日確定在法國部署 。

與PARCE計劃緊密相連的歐洲超級計算應(yīng)用分布式架構(gòu)（Distributed European Infrastructure or Supercomputing Applications，DEISA）計劃 致力于促進世界水平的泛歐計算科學(xué)研究，為部署合作型歐洲超級計算機的高性能計算生態(tài)系統(tǒng)鋪平道路。DEISA是建立在歐洲各國現(xiàn)有國內(nèi)服務(wù)之上的歐洲超級計算服務(wù)，可提供網(wǎng)絡(luò)管理和支持、Global文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理、DEISA運轉(zhuǎn)、資源管理、應(yīng)用及用戶支持、關(guān)鍵運用的實施、安全應(yīng)用等服務(wù)。

（2）美國能源部先進科學(xué)計算研究（ASCR）計劃

ASCR計劃由美國能源部科學(xué)辦公室資助 ，主要任務(wù)是為能源安全、核安全、科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新、環(huán)境等科學(xué)領(lǐng)域的研究人員開發(fā)和部署計算與網(wǎng)絡(luò)工具，使其能對復(fù)雜現(xiàn)象進行分析、建模和預(yù)測，對原本因危險性和成本過高而無法進行的實驗進行驗證。ASCR主導(dǎo)的跨學(xué)科項目包括：基于先進計算的科學(xué)發(fā)現(xiàn)（SciDAC）項目、理論與實驗創(chuàng)新計算項目（INCITE）項目和多尺度數(shù)學(xué)行動計劃（MMI）。

2010年初，INCITE項目宣布為69項涉及鋰空氣電池、納米太陽能電池、核燃料循環(huán)、先進推進系統(tǒng)、DNA測序、納米結(jié)構(gòu)超導(dǎo)材料的微尺度現(xiàn)象的尖端研究分配約160億CPU小時的超級計算時間，支持他們?nèi)〉猛黄菩赃M展 ，而能源、環(huán)境、氣候變化和生物學(xué)是其中重點。

（3）日本下一代超級計算機戰(zhàn)略領(lǐng)域

2009年7月22日，日本下一代超級計算機戰(zhàn)略委員會確定了五大下一代超級計算機戰(zhàn)略領(lǐng)域及其在未來五年內(nèi)擬實現(xiàn)的目標(biāo)和預(yù)期成果 。包括：①預(yù)測生命科學(xué)、醫(yī)療及制藥基礎(chǔ)領(lǐng)域；②新物質(zhì)和新能源開發(fā)；③災(zāi)害現(xiàn)象及全球變化情況預(yù)測；④設(shè)計下一代新產(chǎn)品，對產(chǎn)品進行優(yōu)化組合，模擬評價產(chǎn)品性能和壽命等；⑤物質(zhì)與宇宙的起源與構(gòu)造研究。

4.分布式計算基礎(chǔ)設(shè)施開創(chuàng)全新科研合作模式

分布式計算基礎(chǔ)設(shè)施，或者說網(wǎng)格，被認(rèn)為是繼傳統(tǒng)Internet、Web之后的第三次浪潮。它逐漸改變了人們使用計算機及其相連設(shè)備的方式，為全球合作研究提供了新的途徑。通過網(wǎng)格技術(shù)，人們可以將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，將分散在不同地理位置的電腦組織成一臺“虛擬的超級計算機”，實現(xiàn)計算、存儲、數(shù)據(jù)、信息、軟件、知識和專家等資源的全面共享。

（1）歐洲網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施項目（EGI）

2010年，歐盟啟動了新的網(wǎng)格建設(shè)項目——歐洲網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施（European Grid Infrastructure，EGI） ，試圖在當(dāng)前世界最大的多科學(xué)網(wǎng)格“歐洲科研信息化網(wǎng)格”（Enabling Grids for e-Science，EGEE）的基礎(chǔ)上，建立一個基于國家網(wǎng)格計劃（NGI）的協(xié)作型泛歐網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足不同學(xué)科對計算資源的需求。

（2）美國的TeraGrid XD項目

TeraGrid項目 于2001年8月由美國國家科學(xué)基金會（NSF）投資4500萬美元啟動，旨在構(gòu)建全球范圍最廣、功能最全面、支持開放式科學(xué)研究的分布式網(wǎng)格計算體系。TeraGrid項目于2010年結(jié)束，其后續(xù)項目XD項目將于2011年4月1日啟動，并持續(xù)至2016年5月30日。XD項目 旨在建設(shè)一個能提供高端數(shù)字服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，通過為科研教育人員提供可用的、超越一般程度的超級數(shù)字資源以及相關(guān)界面、建議和培訓(xùn)，使科學(xué)和工程研究、科研和教育的融合、科學(xué)與工程研究合作范圍擴展等領(lǐng)域的工作取得重大進展。

（3）開放科學(xué)網(wǎng)格項目

美國開放科學(xué)網(wǎng)格（Open Science Grid，OSG）是由來自全美各所大學(xué)、國家實驗室和計算中心的軟件、服務(wù)和資源供應(yīng)商共同組成的聯(lián)盟，旨在滿足所有層次的科學(xué)虛擬組織當(dāng)前和未來的需求。OSG項目截至日期為2011年，其功能包括 ：

①利用一套通用的中間件，將大學(xué)和研究團體的計算與存儲資源集中放置到一個通用、共享的網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施之上；

②使參與的研究團體能以低成本的方式訪問更多的資源；

③OSG虛擬數(shù)據(jù)工具包可為參與的計算和存儲節(jié)點提供相應(yīng)的、經(jīng)測試的支持軟件包，并為終端科研用戶提供客戶端軟件包；

④與科研團體通力合作，幫助他們評估自身網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施需求并針對本地、國家和國際需求規(guī)劃解決方案。

5.云計算日益成為科研信息化的一大支柱

云計算作為未來發(fā)展的重要趨勢，已經(jīng)引起科學(xué)界的高度重視。隨著云計算的不斷進步與完善，有許多科研機構(gòu)開始積極嘗試?yán)迷朴嬎銖氖驴蒲泄ぷ鳎⑶乙颜Q生不少成功案例，有人將這類云計算稱為“科學(xué)云”（Science Cloud）。

（1）云計算大幅降低了生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究成本生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)是云計算應(yīng)用的兩大熱點領(lǐng)域。云計算可以解決生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究成本過高的難題。例如，美國威斯康星醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)與生物工程中心開發(fā)出一套名為ViPDAC（虛擬蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)分析集群）的免費軟件，與Amazon公司的云計算服務(wù)搭配使用，能夠讓全世界的科學(xué)家通過云計算分析蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，并利用大量的計算資源提高數(shù)據(jù)分析速度，為那些目前沒有大量計算資源使用權(quán)限的研究人員提供了更多選擇，并極大降低了蛋白質(zhì)研究成本。美國約翰霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院開發(fā)的基于云計算的Myrna軟件，可在大幅提高RNA序列數(shù)據(jù)分析速度的同時降低成本 。此外，IBM公司也計劃與美國密蘇里大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)建用于基因組學(xué)研究的云計算環(huán)境 。

在醫(yī)學(xué)研究方面，哈佛醫(yī)學(xué)院在美國Platform公司的幫助下建立了內(nèi)部云計算平臺，動態(tài)滿足了各部門的計算需求，并最大限度地降低了成本。其下一步的計劃是使用戶能通過內(nèi)部云使用到Amazon EC2等外部云計算平臺的資源。歐盟BEinGRID項目為癌癥放射療法開發(fā)了一套云計算解決方案，能以低成本提供更強大的軟硬件資源，方便醫(yī)院更好更快地獲取結(jié)果。這套云計算方案還可用于圖像引導(dǎo)放射治療、強子治療、近距離放射治療等。

（2）云計算有助于改善數(shù)據(jù)傳輸與科研模擬

美國伊利諾伊大學(xué)研制成功一套云計算系統(tǒng)，可以通過高性能網(wǎng)絡(luò)將散布在各地數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)快速匯聚到一起，比同類系統(tǒng)的速度快6倍。美國華盛頓大學(xué)于2009年建立的面向海洋學(xué)和天文學(xué)研究的云計算網(wǎng)絡(luò)平臺可以處理容量巨大的數(shù)據(jù)集，進行海洋氣候模擬和天文圖片分析。而美國阿貢國家實驗室完成一種新型動態(tài)分布式科學(xué)計算云資源集成系統(tǒng)，能幫助物理學(xué)家動態(tài)地獲取云計算資源，以開展重離子仿真工作。云計算有助于實現(xiàn)長期模擬，從中發(fā)現(xiàn)變化趨勢，并將相關(guān)信息展示在互聯(lián)網(wǎng)上。

 

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