楊小渝

1 中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心 北京 100190 2 中國科學院大學 北京 100049

近期的“中興事件”進一步暴露了我國“關鍵核心技術受制于人的局面沒有得到根本性改變”。比如，僅集成電路的“卡脖子”材料和器件就包括半絕緣碳化硅襯底、微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）器件玻璃粉封裝、電子信息功能陶瓷材料、高性能氮化物陶瓷粉底及基板等，自給率全部是 0。光刻膠，自給率僅 5%。中低端芯片，對外依存度達 80%；高端芯片，對外依存度超過 90%。我國每個月對 300 毫米的大硅片的需求，缺口就在 80 萬片[1]。2018 年 6月1日剛剛閉幕的兩院院士大會，科研人員都感受到了目前中國的發(fā)展比以往任何時候都更需要創(chuàng)新。其實中國近些年來在科研上的投入并不少，甚至令不少發(fā)達國家科研人員羨慕。然而，科研產(chǎn)出卻與投入不成比例，其中很重要的一個原因在于科研項目的開展模式、研究理念及創(chuàng)新思路等存在不少問題。比如不少科學研究開展的模式及研究理念，仍局限于“單打獨斗”的封閉式、窄領域方式；科研目標過分追求 SCI 文章數(shù)量、專利，或片面追求數(shù)字指標，制約了團隊協(xié)同創(chuàng)新和科學研究基礎設施的建設。

科研信息化（e-Science）作為促進科技創(chuàng)新的一個重要方法與手段，更應該本著“面向用戶，需求驅(qū)動，應用導向”的基本理念?？蒲行畔⒒A設施的建設，除了硬件層面的工程部署外，更需著重于有技術含量的研發(fā)與創(chuàng)新。作為一線研發(fā)人員，筆者在英國工作 11 年間先后參加過 7 個歐盟框架項目和 3 個英國國家政府項目的研發(fā)，對科研項目的開展、創(chuàng)新及研究基礎設施的建設有著較為深刻的理解。本文從方法和理念上，總結(jié)了歐盟框架項目開展模式和基礎設施建設方式帶給我國科研信息化乃至科技創(chuàng)新的一些啟示。

1 歐盟框架項目的開展模式

歐盟框架項目指歐盟框架計劃下的科學研究項目[2]。歐盟框架計劃是歐盟自1984 年開始實施的“研究、技術開發(fā)及示范框架計劃”，是目前世界上最大官方科技計劃之一。該計劃是由歐盟委員會資助，歐盟成員國廣泛參與的重大科技合作計劃。歐盟第 1 框架項目到歐盟第 7 框架項目，除對歐盟成員國開放外，還倡導世界范圍內(nèi)的多領域合作，因此逐步成為內(nèi)容豐富的全球性科技合作與開發(fā)的計劃之一，其研究以國際前沿和競爭性科技難點為主要內(nèi)容。第 7 框架項目已于 2013 年結(jié)束。從 2014 年到 2020 年，歐盟框架項目被稱作“地平線 2020”，預計共有 800 億歐元的資助，以確保歐洲的科學研究保持世界先進水平。

歐盟框架項目包括多種項目類別，如合作研發(fā)項目、人才項目（如Marie Curie）等。其中合作研發(fā)項目是歐盟框架計劃下最大的一類，要求至少有 3 個不同歐盟成員國研發(fā)機構(gòu)的參與，其中一般還要求至少有 1 個單位來自工業(yè)界或企業(yè)界。由于合作研發(fā)項目較好地體現(xiàn)了科研信息化項目的理念和精髓，這里以合作研發(fā)項目為例，介紹歐盟框架項目值得科研信息化學習的一些研發(fā)模式。

1.1 注重軟件、算法庫及平臺等的研發(fā)和建設

在歐盟框架項目中，不管材料項目、環(huán)境地學項目、生物學項目，還是多媒體創(chuàng)藝類項目、工程類項目，其中起支撐作用的相關 IT 技術研發(fā)都占有很大比重。一般一半以上的項目經(jīng)費用于軟件、算法模型、平臺、數(shù)據(jù)基礎設施等的研發(fā)和建設。項目強調(diào)發(fā)現(xiàn)問題，講究創(chuàng)新，專注核心技術、前沿技術的研發(fā)，并且緊密地與國際業(yè)界的前沿趨勢保持同步。研發(fā)盡可能采用業(yè)界開放的標準，這些標準包括 IT 業(yè)界標準（如 W3C、OASIS）、學科領域標準（如環(huán)境地學領域的 OGC 標準）。項目結(jié)束后，成果一般包含：留下可用的平臺、基礎設施（可用的軟件、腳本程序、軟件庫、算法模型、數(shù)據(jù)基礎設施等）；提出新的業(yè)界標準，或完善已有的業(yè)界標準；發(fā)表有技術含量的文章，而且通常都會選擇有影響力的期刊發(fā)表。項目結(jié)題后的評價不以專利、文章數(shù)量、數(shù)據(jù)數(shù)量為考察指標，很少有“面子工程”。如此不但能保證項目的前瞻性、前沿性，而且能保證可用性、實用性。

1.2 注重多學科交叉

歐盟框架項目橫向地分為幾個任務包（packages），每個項目參與者負責領導 1 個任務包。在這些任務包中，一般都有：交流與推廣任務包，以及應用案例/測試案例任務包。每個任務包又縱向地細分為多個任務（tasks），每個任務下盡可能有著不同學科的團隊（而不是以單位、地域來組建的一個團隊），多個項目參與者又協(xié)同地參與每個任務的研發(fā)，其中 1 個項目參與者負責領導 1 個任務。

1.3 定期的溝通交流機制

項目參與者之間一般有定期的商討機制，如每兩個星期的電話會議、每個季度的面對面會議、隨時的郵件聯(lián)系與討論、定期的聊天工具討論、技術專題討論等。項目建立專門的維基百科條目介紹自身，建立項目的文檔管理系統(tǒng)，建立問題/錯誤（issue/bug）跟蹤系統(tǒng)。項目參與者充分尊重對方的知識產(chǎn)權(quán)。

1.4 “面向用戶，需求驅(qū)動，應用導向”的理念

歐盟框架項目都有實際的 1 個或多個應用案例/測試案例。研發(fā)團隊的構(gòu)成一般都包括學科領域?qū)＜?、IT 研發(fā)人員、項目管理、企業(yè)界/工業(yè)界人士等。項目的研發(fā)又以解決應用案例/測試案例的各種難題為驅(qū)動，并進而研發(fā)出能通用的技術。這些都確保了項目結(jié)束后，研發(fā)出的技術、產(chǎn)品或服務在較大范圍的可用性。項目的研發(fā)總是以不斷探尋新的需求和難題為驅(qū)動。

2 歐盟科學研究基礎設施的建設

科學研究基礎設施在科研信息化中起到重要的作用。在歐洲，科學研究基礎設施的建設，除了歐盟框架項目的資助外，還值得一提的就是歐洲研究基礎設施戰(zhàn)略論壇（European Strategy Forum on Research Infrastructure，ESFRI）。

2.1 ESFRI 簡介

ESFRI 的啟動始于 2002 年，由歐盟成員國和歐盟委員會共同創(chuàng)建，迄今已有 16 年的歷史[3]。ESFRI 的主要使命包括：支持歐洲研究基礎設施政策制定連貫性和戰(zhàn)略主導方針；促進多邊舉措，從而更好地利用和發(fā)展研究基礎設施；在未來 10—20 年內(nèi)建立歐洲研究基礎設施路線圖，促進這些設施的實施，并根據(jù)需要更新路線圖；對后續(xù) ESFRI 項目的實施情況進行跟蹤等。

科學研究基礎設施指的是：在各自的學科領域內(nèi)，如從社會學到天文學、從基因組學到納米技術，支撐開展高水平科學研究的設施、資源和服務。比如，單個的大科學裝置、特殊的棲息地、圖書館、數(shù)據(jù)庫、生物檔案、小型研究裝置的整合、高速網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)基礎設施、研究船、衛(wèi)星和高空觀測設施、海岸觀測、望遠鏡、同步加速器、計算設施的聯(lián)網(wǎng)，以及能夠?qū)Ω嘌芯拷M織提供基于技術和知識服務的基礎設施中心。這些基礎設施可以是“單一式”的（單個地區(qū)的單個資源，singlesited）、分布式的或虛擬的。這些關鍵的研究基礎設施不僅有助于大的科學發(fā)現(xiàn)和技術開發(fā)，還能對吸引世界各地的有些研究人員，建立國家和世界范圍內(nèi)研究組織間的橋梁產(chǎn)生重要影響[3]。

2.2 ESFRI 成功案例的介紹

2.2.1 neuGrid：針對神經(jīng)科學的分布式基礎設施

旨在開發(fā)一個基于網(wǎng)格計算/云計算的全球影像實驗室以幫助研發(fā)抗阿爾茨海默病的藥物。neuGrid 項目已經(jīng)開發(fā)了核心的基礎設施，用以開發(fā)在海量腦影像數(shù)據(jù)上的疾病標記器（disease markers）。核心的基于網(wǎng)格的程序已經(jīng)集成進實用程序中以幫助早期診斷和疾病標記器的研發(fā)。作為全面集成的準備步驟，該研究基礎設施和北美兩個類似的基礎設施（美國的 LONI 和加拿大的 CBRAIN）的初始統(tǒng)一已經(jīng)完成。美國和加拿大的資助機構(gòu)已和歐盟委員會協(xié)作共同協(xié)調(diào)開發(fā)一個基于網(wǎng)格計算/云計算的全球影像實驗室。neuGrid 基礎設施是迄今第一個及僅有的一個針對神經(jīng)科學的分布式基礎設施。

2.2.2 Instruct：歐洲的結(jié)構(gòu)生物學研究樞紐

Instruct 項目是動態(tài)的、集成的、針對結(jié)構(gòu)生物學的研究基礎設施。它始建于 2008 年，目前已經(jīng)成為一個出色的平臺。通過該平臺提供的尖端技術，結(jié)合領先的專業(yè)技術和開拓培訓以支持先進的科學研究。Instruct 的領先在于它提供了針對結(jié)構(gòu)生物學的一個集成平臺。它旨在通過創(chuàng)造和推廣新的開發(fā)和方法凝練結(jié)構(gòu)生物學研究的質(zhì)量，為歐洲結(jié)構(gòu)生物學的研究提供戰(zhàn)略領導。Instruct 提供了一個在線樞紐，使來自工業(yè)界和學術界的結(jié)構(gòu)和細胞生物學家能夠申請訪問第一流的研究設施。參與的國家包括德國、法國、以色列、意大利、葡萄牙、荷蘭和英國。設在英國的運維團隊協(xié)調(diào)來自 Instruct 的 16 個分中心和 4 個關聯(lián)中心的科研活動。這些中心提供了對尖端技術及知識的訪問，鼓勵對關鍵研究采用關聯(lián)的方法。

2.2.3 SHARE：人口老齡化的研究資料庫

SHARE 項目提供了開放和免費的數(shù)據(jù)服務，旨在幫助研究人員了解人口老齡化對歐洲社會的影響，從而幫助政策制定者針對健康、社會和經(jīng)濟作出政策決定。SHARE 幫助政策制定者了解諸如：老齡化對公共財政，勞動力市場，收入分配及其家庭生活的影響。對 SHARE數(shù)據(jù)的分析將幫助歐盟國家更有效地準備人口老齡化給他們的福利系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。

SHARE 項目于 2004 年啟動，目前正在構(gòu)造多學科、跨多個國家的針對健康、社會-經(jīng)濟狀態(tài)、社會和家庭網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)集合。目前已有 45 000 多個 50 歲以上的個體數(shù)據(jù)。SHARE 已經(jīng)和美國的“健康和退休調(diào)查”（Health and Retirement Survey，HRS）及英國的“英國老齡化縱向研究”（English Longitudinal Study of Ageing，ELSA）建立了緊密的合作關系；正在與“韓國老齡化縱向研究”（The Korean Longitudinal Study on Health and Aging，KLoSHA）建立合作關系；同時，還包括與日本、中國和印度開展對比調(diào)查的計劃。

3 我國科研信息化現(xiàn)狀及存在的一些問題

科研信息化在我國已引起高度重視。2016 年，國務院發(fā)布了《國務院關于印發(fā)“十三五”國家信息化規(guī)劃的通知》（國發(fā)〔2016〕73 號），明確指出：到 2018 年，云計算和物聯(lián)網(wǎng)原始創(chuàng)新能力顯著增強，新建大型云計算數(shù)據(jù)中心電能使用效率（PUE）值不高于 1.5；統(tǒng)籌規(guī)劃全國數(shù)據(jù)中心建設布局；鼓勵互聯(lián)網(wǎng)骨干企業(yè)開放平臺資源，加強行業(yè)云服務平臺建設，支持政務系統(tǒng)和行業(yè)信息系統(tǒng)向云平臺遷移，建設基于云計算的國家科研信息化基礎設施等。然而，由于國情與體制的不同，中國與歐美在技術研發(fā)、應用推進、理念思路、方法模式、人才培養(yǎng)、評價模式等方面存在較大的差距。因此，以下主要就項目開展模式、創(chuàng)新理念和方法等方面進行一些分析。

（1）我國不少科學研究仍停留在小規(guī)模、窄領域、封閉式、“單打獨斗”式的研究模式。雖然一些大的項目由很多跨學科領域的團隊共同申請，然而一旦項目申請成功，經(jīng)費落實后，具體的科學研究落實到各個課題組，便又停留在那種小規(guī)模、窄領域、封閉式、“單打獨斗”式的研究模式。課題組往往以單位組建，不同課題組之間互動及溝通交流很少，以致研發(fā)出來的技術或平臺不能適應實際的科研需求。

（2）我國不少科研團隊和成員的視野不夠開闊，習慣局限于自己的熟悉專業(yè)和領域，對于多學科交叉不太愿意涉足，缺少交叉學科團隊協(xié)同創(chuàng)新的理念?！澳遣皇俏业膶I(yè)”“那不是我的研究方向，恐怕申請不到經(jīng)費”，類似想法在國內(nèi)比較常見。因此，嚴重制約了創(chuàng)新，而往往多學科交叉又較容易取得創(chuàng)新成果。

（3）目前，國內(nèi)似乎存在這樣一個問題：團隊或課題的研究與數(shù)據(jù)共享、平臺建設、研究基礎設施建設等有某種程度的沖突。如“沒有它們，現(xiàn)在也能開展研究，也能拿到資助”“科研信息化平臺或基礎設施肯定好，肯定有用，但我目前更關注如何完成課題申請”“培養(yǎng)學生，希望他們采用‘手動’的方式”等。因此，不少大型項目結(jié)束后，除了幾篇文章或單純的硬件購買外，沒有研發(fā)出可以重用、復用的在硬件設施層面上的研究基礎設施（如軟件、平臺、數(shù)據(jù)設施）。從網(wǎng)上搜搜，可以看到，有多少開源軟件、代碼、平臺或系統(tǒng)是由中國的課題組研發(fā)的？筆者在國外參加會議，不少教授專門提到了這個問題，希望中國在開源軟件方面為世界多作些貢獻。

（4）與歐美相比，我國相關領域?qū)W者對科研信息化項目研發(fā)和具體實施的認識，尚有誤區(qū)。目前，國內(nèi)似乎存在這樣的誤區(qū)：先關起門開發(fā)，然后再去尋找應用；或當作一個硬件部署類的工程項目來實施，缺少有創(chuàng)新的、有技術含量、能更好支撐科學研究的實質(zhì)性研發(fā)；“我會這個，我有這個”，就基于“這個”進行一些包裝后拿出來作為成果，而不曾問過用戶核心需求是什么。研發(fā)時又片面追求采用了哪些先進技術；研究目的片面追求幾個指標數(shù)字，如多少用戶/訪問量、多少條數(shù)據(jù)、多少存儲空間等——實際上這些都是不全面的?？蒲行畔⒒睦砟钍菢O其樸實的：“面向用戶，需求驅(qū)動，應用導向”。

4 對我國科研信息化的思考及啟示

從以上科研信息化存在的一些問題分析可以看出，中國需要開展科研信息化。中國科學院作為國家級的科學研究機構(gòu)，更應該帶頭在全院范圍內(nèi)擯棄小規(guī)模、窄領域、封閉式、“單打獨斗”式的研究，積極倡導團隊協(xié)同，以及跨學科領域/交叉領域的協(xié)同式創(chuàng)新。數(shù)據(jù)共享，知識共享，經(jīng)驗共享，開放式創(chuàng)新，更需要科學研究基礎設施的推動。

（1）在一個科研信息化項目立項時，在開展科研信息化應用與實踐時，為避免“先關起門開發(fā)，然后再去尋找應用”的誤區(qū)?？梢韵然卮鹑缦禄镜膯栴}：

① 該科研信息化系統(tǒng)/平臺/應用在實踐中的實際用途；

② 用戶群體；

③ 應用場景；

④ 能幫助解決哪些科學問題；

⑤ 有哪些學科領域的團隊或課題組共同參與研發(fā)，如何參與研發(fā)等。

（2）一個大型的國家重點項目、重要項目等，除了專業(yè)領域的科研人員參與外，也可以參照歐盟框架項目的模式，邀請專門 IT 研發(fā)人員的參加，甚至是企業(yè)界人士的參加，協(xié)同創(chuàng)新，更好地建設起支撐作用的研究基礎設施，并與實際應用相結(jié)合。項目的結(jié)題驗收時，除了發(fā)表文章、硬件購買外，也應該從軟件、平臺、數(shù)據(jù)等創(chuàng)新性基礎設施建設的角度予以考慮。

（3）科研信息化項目或科研項目驗收的標準，可以不用太多強調(diào)幾個數(shù)字指標（如僅看有多少條數(shù)據(jù)，易造成沒有價值的數(shù)據(jù)也往上堆砌）?？梢愿嗟貜纳鐣б妗⒖沙掷m(xù)發(fā)展的科研生態(tài)系統(tǒng)（eco-system）（比如，如何讓科研人員能自愿地讓有價值的科研數(shù)據(jù)與大家共享）等角度，對科學研究的支撐等方面進行更加綜合全面的評價。

（4）中國科研基礎設施的建設，需要管理層面和政策層面的推動。從 ESFRI 可看出，歐盟委員會及歐盟各成員國也是從管理層面或政策層面倡導研究基礎設施的建設。我國可從項目的資金資助角度，多鼓勵學科交叉、協(xié)同創(chuàng)新及持續(xù)創(chuàng)新的項目。項目立項時，可以鼓勵該項目建設一些創(chuàng)新的、有技術含量的、可持續(xù)發(fā)展的研究基礎設施，而不再停留在工程意義上的硬件部署。項目結(jié)題評價時，應看該基礎設施是否著眼于解決實際科研需求，可考察其可用度、可靠度等。

（5）中國科學院也可借鑒 ESFRI 的科研基礎設施建設模式。從層次關系或行政關系的角度，可把中國科學院比作歐盟委員會，各分院比作歐盟各成員國。在中國科學院主導下，由一個或多個分院共同創(chuàng)建其科研實力較強的某學科領域的科學研究基礎設施。而具體的建設單位不一定非要是分院下屬的某一個或多個研究所，建設單位可由牽頭分院通過“Call for Proposal”的方式，在全國范圍內(nèi)的高校、科研院所，甚至全球范圍內(nèi)遴選，并且從資金資助層面上對這種模式予以傾斜。從而打破行政隸屬關系或地理關系的限制，真正做到讓全國，甚至全球范圍內(nèi)的優(yōu)勢單位參與共建。假設中國科學院上海分院負責材料領域下的材料基因組工程研究基礎設施的建設，建設單位可通過“Call for Proposal”的方式，開放項目報名與項目建設提議，而后在全國甚至全球范圍的擬參與高校、科研院所中遴選參與單位。項目的資助可分多期進行，完成一期建設后，為避免“表面文章”，應將基礎設施的可用程度、可靠程度等作為主要的考察指標；通過第一期的考評，決定是否進行第二期的投入等。

（6）從 ESFRI 可看到，中國科研基礎設施的建設可本著開放式建設的思路，多融入世界，盡可能采用業(yè)界通用的方法、通行的標準、通行的思路?？蓮恼邔用婧唾Y助層面上積極倡導這些方法和思路。

1 干勇. 制造業(yè)強國三大基礎要素——新型信息技術、新材料和技術創(chuàng)新體系. [2018-06-05]. http://www.sohu.com/a/233920718_488176.

2 European Commission. European Commission and EIROForum organisations confirm key role of Research Infrastructures for science policy. [2018-03-31]. http://ec.europa.eu/research/infrastructures/index_en.cfm?pg=what.

3 European Commission. European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI). [2018-05-30]. http://ec.europa.eu/research/infrastructures/index_en.cfm?pg=esfri.