Электронная наука или электронная наука — это наука с интенсивными вычислениями , которая осуществляется в сильно распределенных сетевых средах, или наука, которая использует огромные наборы данных , требующие сетевых вычислений ; этот термин иногда включает в себя технологии, обеспечивающие распределенное сотрудничество, такие как Access Grid . Этот термин был придуман Джоном Тейлором, генеральным директором Управления науки и технологий Соединенного Королевства , в 1999 году и использовался для описания крупной инициативы по финансированию, начавшейся в ноябре 2000 года. С тех пор электронную науку стали интерпретировать более широко, как « применение компьютерных технологий для проведения современных научных исследований, включая подготовку, экспериментирование, сбор данных, распространение результатов, а также долгосрочное хранение и доступность всех материалов, созданных в ходе научного процесса. Они могут включать моделирование и анализ данных, электронные/электронные. оцифрованные лабораторные тетради, необработанные и подобранные наборы данных, рукописи и черновые версии, предварительные отпечатки, а также печатные и/или электронные публикации». [1] В 2014 году серия конференций IEEE по электронной науке свела это определение к «электронная наука способствует инновациям в совместных исследованиях с интенсивным использованием вычислений или данных во всех дисциплинах на протяжении всего жизненного цикла исследования» в одном из рабочих определений, используемых организаторами. [2] Электронная наука включает в себя «то, что часто называют большими данными , [которые] произвели революцию в науке... [например] Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН... [который] генерирует около 780 терабайт в год ... современные области науки с высоким уровнем обработки данных... которые генерируют большие объемы данных электронной науки, включают: вычислительную биологию , биоинформатику , геномику» [1] и цифровой след человека в социальных науках . [3]
Лауреат премии Тьюринга Джим Грей представлял «науку с интенсивным использованием данных» или « электронную науку » как «четвертую парадигму» науки ( эмпирическую , теоретическую , вычислительную, а теперь и управляемую данными) и утверждал, что «все в науке меняется из-за влияние информационных технологий» и поток данных . [4] [5]
Электронная наука революционизирует обе фундаментальные основы научного метода : эмпирические исследования , особенно с помощью больших цифровых данных ; и научная теория , особенно посредством построения компьютерных симуляционных моделей. [6] [7] Эти идеи были отражены в Управлении Белого дома и политике в области научных технологий в феврале 2013 года, в котором многие из вышеупомянутых продуктов электронной науки были подвергнуты требованиям к сохранению и доступу в соответствии с директивой меморандума. [8] Электронные науки включают физику элементарных частиц, науки о Земле и социальное моделирование .
Большая часть исследовательской деятельности в области электронной науки была сосредоточена на разработке новых вычислительных инструментов и инфраструктур для поддержки научных открытий. Из-за сложности программного обеспечения и требований к внутренней инфраструктуре в проектах электронной науки обычно участвуют большие группы, управляемые и разрабатываемые исследовательскими лабораториями, крупными университетами или правительствами. В настоящее время [ когда? ] Электронной науке уделяется большое внимание в Соединенном Королевстве, где британская программа электронной науки обеспечивает значительное финансирование. В Европе развитие вычислительных возможностей для поддержки Большого адронного коллайдера ЦЕРН привело к развитию электронной науки и грид-инфраструктур, которые также используются в других дисциплинах.
Примеры инфраструктур электронной науки включают Worldwide LHC Computing Grid, федерацию с различными партнерами, включая Европейскую Grid Infrastructure, Open Science Grid и Nordic DataGrid Facility.
Для поддержки приложений электронной науки Open Science Grid объединяет интерфейсы с более чем 100 общенациональными кластерами, 50 интерфейсами с географически распределенными кэшами хранения и 8 кампусными сетями (Пердью, Висконсин-Мэдисон, Клемсон, Небраска-Линкольн, FermiGrid в FNAL, SUNY- Буффало и Оклахома в США и UNESP в Бразилии). Области науки, извлекающие выгоду из Open Science Grid, включают:
После своего назначения на пост генерального директора исследовательских советов в 1999 году Джон Тейлор при поддержке министра науки Дэвида Сейнсбери и министра финансов Гордона Брауна предложил Министерству финансов Его Величества профинансировать программу развития электронной инфраструктуры для науки, которая позволит обеспечить основу для науки и промышленности Великобритании, чтобы стать мировым лидером в экономике знаний , что легло в основу Лиссабонской стратегии устойчивого экономического роста, которую правительство Великобритании взяло на себя в марте 2000 года.
В ноябре 2000 года Джон Тейлор объявил о выделении 98 миллионов фунтов стерлингов на национальную программу электронной науки Великобритании. Дополнительный взнос в размере 20 миллионов фунтов стерлингов был запланирован от британской промышленности для сопоставления средств с проектами, в которых они участвовали. Исследовательским советом, ответственным за каждую область, в то время как 35 миллионов фунтов стерлингов должны были находиться в ведении EPSRC в качестве основной программы по разработке промежуточного программного обеспечения Grid «промышленного уровня». Фаза 2 программы на 2004–2006 годы была поддержана еще 96 миллионами фунтов стерлингов на прикладные проекты и 27 миллионами фунтов стерлингов на основную программу EPSRC. Фаза 3 программы на 2007-2009 годы была поддержана дополнительными 14 миллионами фунтов стерлингов для основной программы EPSRC и дополнительной суммой для заявок. Дополнительное финансирование деятельности в области электронной науки в Великобритании было предоставлено за счет средств Европейского Союза, финансирования совета университетов по финансированию SRIF на оборудование, а также средств Jisc на сетевую и другую инфраструктуру.
Британская программа электронной науки включала в себя широкий спектр ресурсов, центров и людей, включая Национальный центр электронной науки (NeSC), которым управляют университеты Глазго и Эдинбурга , с объектами в обоих городах. [9] Тони Хей руководил основной программой с 2001 по 2005 год. [10]
Региональные центры электронных научных исследований Великобритании поддерживают местные университеты и проекты, в том числе:
Существуют также различные центры передового опыта и исследовательские центры.
Помимо центров, пилотные проекты по применению грида финансировались Исследовательским советом, ответственным за каждую область финансирования науки Великобритании.
EPSRC профинансировал 11 пилотных проектов в области электронной науки в три этапа (около 3 миллионов фунтов стерлингов каждый на первом этапе):
PPARC / STFC профинансировал два проекта: GridPP (первая фаза - 17 миллионов фунтов стерлингов, фаза 2 - 5,9 миллиона фунтов стерлингов, фаза 3 - 30 миллионов фунтов стерлингов и четвертая фаза , проходящая с 2011 по 2014 год) и Astrogrid (14 миллионов фунтов стерлингов за 3 фазы). .
Оставшиеся 23 миллиона фунтов стерлингов финансирования первого этапа были разделены между прикладными проектами, финансируемыми BBSRC, MRC и NERC:
Финансируемая Великобританией программа электронной науки была рассмотрена после ее завершения в 2009 году международной комиссией под руководством Дэниела Э. Аткинса , директора Управления киберинфраструктуры Национального научного фонда США . В отчете делается вывод о том, что программа позволила создать квалифицированный опыт, некоторые услуги и привела к сотрудничеству между академическими кругами и промышленностью, но эти достижения были на уровне проекта, а не за счет создания инфраструктуры или трансформации дисциплин для принятия электронной науки в качестве нормальный метод работы и что они не могут быть самоокупаемыми без дополнительных инвестиций.
Инициативы в США, где термин «киберинфраструктура» обычно используется для определения проектов электронной науки, в основном финансируются отделом киберинфраструктуры Национального научного фонда (NSF OCI) [11] и Министерством энергетики (в частности, Управлением науки). . После завершения TeraGrid в 2011 году программа ACCESS была создана и профинансирована Национальным научным фондом, чтобы помочь исследователям и преподавателям, с поддержкой грантов или без них, использовать передовые национальные вычислительные системы и услуги.
Голландские исследования в области электронной науки координируются Нидерландским центром электронной науки в Амстердаме — инициативой, основанной NWO и SURF.
Plan-Europe — это платформа национальных центров электронных наук и исследований данных в Европе, созданная во время учредительного собрания 29–30 октября 2014 года в Амстердаме, Нидерланды, и основанная на согласованном Техническом задании. PLAN-E имеет ядро активной группы и собирается два раза в год. Больше можно найти на PLAN-E.
Два академических исследовательских проекта были реализованы в Швеции двумя разными группами университетов, чтобы помочь исследователям обмениваться научными компьютерными ресурсами и знаниями и получать к ним доступ:
Традиционная наука представляет две различные философские традиции в истории науки, но электронная наука, как утверждается, требует смены парадигмы и добавления третьей отрасли наук. «Идея открытых данных не нова; действительно, при изучении истории и философии науки Роберту Бойлю приписывают подчеркивание концепций скептицизма , прозрачности и воспроизводимости для независимой проверки в научных публикациях 1660-х годов. Позднее метод был разделен на две основные ветви: дедуктивный и эмпирический подходы. Сегодня теоретический пересмотр научного метода должен включать новую ветвь, сторонника Виктории Стодден , — вычислительный подход, в котором, как и два других метода, все они. Раскрыты вычислительные шаги, с помощью которых ученые делают выводы. Это потому, что в течение последних 20 лет люди пытались справиться с изменениями в высокопроизводительных вычислениях и моделировании». [1] Таким образом, электронная наука направлена на объединение как эмпирических, так и теоретических традиций, [3] в то время как компьютерное моделирование может создавать искусственные данные, а большие данные в реальном времени могут использоваться для калибровки теоретических имитационных моделей. [7] Концептуально электронная наука вращается вокруг разработки новых методов поддержки ученых в проведении научных исследований с целью совершения новых научных открытий путем анализа огромных объемов данных, доступных через Интернет, с использованием огромных объемов вычислительных ресурсов. Однако ценные открытия не могут быть сделаны просто путем предоставления вычислительных инструментов, киберинфраструктуры или выполнения заранее определенного набора шагов для получения результата. Скорее, в деятельности должен быть оригинальный, творческий аспект, который по своей природе не может быть автоматизирован. Это привело к различным исследованиям, в которых предпринимаются попытки определить свойства, которые должны обеспечивать платформы электронной науки, чтобы поддерживать новую парадигму ведения науки, а также новые правила для выполнения требований по сохранению и обеспечению доступности результатов вычислений таким образом, чтобы они воспроизводимы прослеживаемыми логическими шагами как неотъемлемое требование для поддержания современной научной честности, которое позволяет ослабить «традицию Бойля в век вычислений». [1]
Одна точка зрения [14] утверждает, что, поскольку современный экземпляр процесса открытия служит той же цели, что и математическое доказательство, он должен иметь аналогичные свойства, а именно, он позволяет детерминированно воспроизводить результаты при повторном выполнении и что промежуточные результаты можно просматривать для облегчения исследования и анализа. понимание. В этом случае простого моделирования происхождения данных недостаточно. Необходимо смоделировать происхождение гипотез и результатов, полученных в результате анализа данных, а также предоставить доказательства, подтверждающие новые открытия. Таким образом, были предложены и разработаны научные рабочие процессы , чтобы помочь ученым отслеживать эволюцию своих данных, промежуточных результатов и окончательных результатов в качестве средства документирования и отслеживания эволюции открытий в рамках научного исследования.
Другие взгляды включают «Науку 2.0» , где электронная наука считается переходом от публикации окончательных результатов четко определенными совместными группами к более открытому подходу, который включает в себя публичный обмен необработанными данными, предварительными экспериментальными результатами и соответствующей информацией. Чтобы облегчить этот сдвиг, концепция «Науки 2.0» заключается в предоставлении инструментов, упрощающих коммуникацию, сотрудничество и взаимодействие между заинтересованными сторонами. Такой подход потенциально может: ускорить процесс научных открытий; преодолеть проблемы, связанные с академическими публикациями и рецензированием; и устранить временные и финансовые барьеры, ограничивающие процесс генерации новых знаний.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )Так уж получилось, что в США выбрали другое имя. Лично я считаю, что электронная наука — гораздо лучшее название, чем киберинфраструктура.Полная стенограмма. Архивировано 25 марта 2012 г. в Wayback Machine , обновлено 15 декабря 2006 г.