Электронная наука или eScience — это наука с интенсивными вычислениями , которая выполняется в высокораспределенных сетевых средах, или наука, которая использует огромные наборы данных , требующие сетевых вычислений ; термин иногда включает технологии, которые обеспечивают распределенное сотрудничество, такие как Access Grid . Термин был создан 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 электронная наука получила более широкое толкование, как «применение компьютерных технологий для проведения современных научных исследований, включая подготовку, экспериментирование, сбор данных, распространение результатов и долгосрочное хранение и доступность всех материалов, полученных в ходе научного процесса. Они могут включать моделирование и анализ данных, электронные/оцифрованные лабораторные журналы, необработанные и подобранные наборы данных, производство рукописей и черновые версии, препринты и печатные и/или электронные публикации». [1] В 2014 году серия конференций IEEE eScience сузила определение до «eScience способствует инновациям в совместных, вычислительно-интенсивных или ресурсоемких исследованиях во всех дисциплинах на протяжении всего цикла исследований» в одном из рабочих определений, используемых организаторами. [2] Электронная наука охватывает «то, что часто называют большими данными , [которые] произвели революцию в науке... [например] Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе... [который] генерирует около 780 терабайт в год... современные области науки с высокой интенсивностью данных... которые генерируют большие объемы данных электронной науки, включают: вычислительную биологию , биоинформатику , геномику» [1] и цифровой след человека для социальных наук . [3]
Лауреат премии Тьюринга Джим Грей представил «науку с интенсивным использованием данных» или « электронную науку » как «четвертую парадигму» науки ( эмпирическую , теоретическую , вычислительную и теперь основанную на данных) и утверждал, что «все в науке меняется из-за влияния информационных технологий» и потока данных . [4] [5]
Электронная наука революционизирует обе основные опоры научного метода : эмпирические исследования , особенно с помощью больших цифровых данных ; и научную теорию , особенно с помощью построения компьютерных имитационных моделей. [6] [7] Эти идеи были отражены в Офисе Белого дома и Политике в области науки и технологий в феврале 2013 года, которая наметила многие из вышеупомянутых выходных продуктов электронной науки для сохранения и доступа в соответствии с директивой меморандума. [8] Электронные науки включают физику элементарных частиц, науки о Земле и социальное моделирование .
Большая часть исследовательских работ 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 проекты электронной науки обычно включают большие команды, управляемые и разрабатываемые исследовательскими лабораториями, крупными университетами или правительствами. В настоящее время [ когда? ] большое внимание уделяется электронной науке в Соединенном Королевстве, где программа UK e-Science предоставляет значительное финансирование. В Европе развитие вычислительных возможностей для поддержки Большого адронного коллайдера ЦЕРН привело к развитию инфраструктур электронной науки и Grid, которые также используются другими дисциплинами.
Примерами инфраструктур электронной науки являются Worldwide LHC Computing Grid, федерация с различными партнерами, включая European Grid Infrastructure, Open Science Grid и Nordic DataGrid Facility.
Для поддержки приложений e-Science Open Science Grid объединяет интерфейсы с более чем 100 общенациональными кластерами, 50 интерфейсов с географически распределенными кэшами хранения и 8 кампусными сетками (Purdue, Wisconsin-Madison, Clemson, Nebraska-Lincoln, FermiGrid в FNAL, SUNY-Buffalo и Oklahoma в США; и UNESP в Бразилии). Области науки, получающие выгоду от 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 канцлера казначейства Гордона Брауна обратился в Казначейство Ее Величества с просьбой профинансировать программу развития электронной инфраструктуры для науки, которая заложила бы основу для того, чтобы британская наука и промышленность стали мировым лидером в экономике знаний , что послужило мотивом для Лиссабонской стратегии устойчивого экономического роста, которую правительство Великобритании обязалось реализовать в марте 2000 года.
В ноябре 2000 года Джон Тейлор объявил о выделении 98 миллионов фунтов стерлингов на национальную программу Великобритании по электронной науке. Дополнительный вклад в размере 20 миллионов фунтов стерлингов планировался от британской промышленности в качестве соответствующего финансирования проектов, в которых они участвовали. Из этого бюджета в 120 миллионов фунтов стерлингов в течение трех лет 75 миллионов фунтов стерлингов должны были быть потрачены на пилотные проекты по применению сетей во всех областях науки, администрируемые Исследовательским советом, ответственным за каждую область, в то время как 35 миллионов фунтов стерлингов должны были быть администрированы EPSRC в качестве основной программы по разработке промежуточного программного обеспечения для сетей «промышленной мощи». Фаза 2 программы на 2004-2006 годы была поддержана дополнительными 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 на основную программу EPSRC и дополнительной суммой на заявки. Дополнительное финансирование мероприятий в области электронной науки в Великобритании было предоставлено за счет средств Европейского Союза, средств Совета по университетскому финансированию (SRIF) на оборудование и средств от Jisc на сетевую и другую инфраструктуру.
Программа электронной науки Великобритании включала широкий спектр ресурсов, центров и людей, включая Национальный центр электронной науки (NeSC), который управляется университетами Глазго и Эдинбурга , с объектами в обоих городах. [9] Тони Хей руководил основной программой с 2001 по 2005 год . [10]
В Великобритании региональные центры электронной науки поддерживают местные университеты и проекты, в том числе:
Существуют также различные центры передового опыта и исследовательские центры.
Помимо центров, пилотные проекты по применению сетей финансировались Исследовательским советом, отвечающим за каждую область финансирования науки в Великобритании.
EPSRC профинансировал 11 пилотных проектов в области электронной науки в три этапа (примерно по 3 миллиона фунтов стерлингов каждый на первом этапе):
PPARC / STFC профинансировал два проекта: GridPP (фаза 1 стоимостью 17 миллионов фунтов стерлингов, фаза 2 стоимостью 5,9 миллионов фунтов стерлингов, фаза 3 стоимостью 30 миллионов фунтов стерлингов и четвертая фаза, которая будет реализовываться с 2011 по 2014 год) и Astrogrid (14 миллионов фунтов стерлингов в течение трех фаз).
Оставшиеся 23 миллиона фунтов стерлингов финансирования первого этапа были разделены между проектами заявок, финансируемыми BBSRC, MRC и NERC:
Финансируемая программа UK e-Science была рассмотрена после ее завершения в 2009 году международной группой во главе с Дэниелом Э. Аткинсом , директором Управления киберинфраструктуры Национального научного фонда США . В отчете сделан вывод о том, что программа разработала пул квалифицированных экспертов, некоторые услуги и привела к сотрудничеству между академическими кругами и промышленностью, но эти достижения были на уровне проекта, а не путем создания инфраструктуры или преобразования дисциплин для принятия e-Science в качестве обычного метода работы, и что они не были самодостаточными без дополнительных инвестиций.
Инициативы, базирующиеся в Соединенных Штатах, где термин киберинфраструктура обычно используется для определения проектов электронной науки, в основном финансируются офисом киберинфраструктуры Национального научного фонда (NSF OCI) [11] и Министерством энергетики (в частности, Офисом науки). После завершения TeraGrid в 2011 году была создана программа ACCESS, финансируемая Национальным научным фондом, чтобы помочь исследователям и преподавателям, с грантами поддержки или без них, использовать передовые вычислительные системы и услуги страны.
Голландские исследования в области электронной науки координируются Нидерландским центром электронной науки в Амстердаме, инициативой, основанной NWO и SURF.
Plan-Europe — это платформа национальных центров электронной науки/исследований данных в Европе, созданная на учредительном собрании 29–30 октября 2014 года в Амстердаме, Нидерланды, и основанная на согласованном Техническом задании. PLAN-E имеет ядро группы активных членов и собирается дважды в год. Подробнее можно узнать на PLAN-E.
В Швеции двумя различными группами университетов были реализованы два научно-исследовательских проекта, призванных помочь исследователям обмениваться научными вычислительными 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 ветви 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 в 1660-х годах. Научный метод позже был разделен на две основные ветви, дедуктивный и эмпирический подходы. Сегодня теоретический пересмотр научного метода должен включать новую ветвь, сторонник Виктории Стодден , вычислительного подхода, где, как и в двух других методах, раскрываются все вычислительные шаги, с помощью которых ученые делают выводы. Это связано с тем, что в течение последних 20 лет люди пытались понять, как 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 для 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 предопределенного набора шагов для получения результата. Скорее, должен быть оригинальный, творческий аспект в деятельности, которая по своей природе не может быть автоматизирована. Это привело к различным исследованиям, которые пытаются определить свойства, которые платформы электронной науки должны предоставлять для поддержки новой парадигмы научной деятельности, а также новые правила для выполнения требований сохранения и предоставления результатов вычислительных данных таким образом, чтобы их можно было воспроизводить в прослеживаемых, логических шагах, как неотъемлемое требование для поддержания современной научной целостности, что позволяет смягчить «традицию Бойля в вычислительную эпоху» [1] .
Одна точка зрения [14] утверждает, что поскольку современный процесс открытия служит той же цели, что и математическое доказательство, он должен иметь схожие свойства, а именно, он позволяет детерминированно воспроизводить результаты при повторном выполнении и что промежуточные результаты могут быть просмотрены для помощи в изучении и понимании. В этом случае простого моделирования происхождения данных недостаточно. Необходимо моделировать 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 их данных, промежуточных результатов и конечных результатов как средство документирования и отслеживания эволюции открытий в рамках научного исследования.
Другие взгляды включают Science 2.0 , где электронная наука рассматривается как переход от публикации конечных результатов четко определенными группами сотрудничества к более открытому подходу, который включает публичный обмен необработанными данными, предварительными экспериментальными результатами и связанной информацией. Чтобы способствовать этому переходу, взгляд Science 2.0 заключается в предоставлении инструментов, которые упрощают коммуникацию, сотрудничество и взаимодействие между заинтересованными сторонами. Такой подход имеет потенциал для: ускорения процесса научного открытия; преодоления проблем, связанных с академическими публикациями и рецензированием; и устранения временных и финансовых барьеров, ограничивающих процесс создания новых знаний.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )так получилось, что в США выбрали другое название. Лично я считаю, что e-Science — гораздо лучшее название, чем cyberinfrastructure.Полная расшифровка Архивировано 25 марта 2012 г. на Wayback Machine, обновлено 15 декабря 2006 г.