eサイエンス

E-サイエンスまたはeScience は、高度に分散されたネットワーク環境で実行される計算集約型の科学、またはグリッドコンピューティングを必要とする膨大なデータセットを使用する科学です。この用語には、 Access Gridなどの分散コラボレーションを可能にするテクノロジが含まれる場合があります。この用語は、1999 年に英国科学技術庁長官の John Taylor によって作成され、 2000 年 11 月に開始された大規模な資金調達イニシアチブを説明するために使用されました。E-サイエンスは、それ以来、「準備、実験、データ収集、結果の配布、科学的プロセスを通じて生成されたすべての資料の長期保存とアクセスを含む、現代の科学的調査の実施へのコンピュータテクノロジの応用」としてより広く解釈されています。これには、データのモデリングと分析、電子化/デジタル化された実験ノート、生のデータセットと適合データセット、原稿の作成と草稿、プレプリント、印刷物と電子出版物が含まれます。^[1] 2014年、IEEE eScience Conference Seriesは、主催者が使用した作業定義の1つで、定義を「eScienceは、研究ライフサイクル全体にわたって、すべての分野にわたる共同、計算、またはデータ集約型研究のイノベーションを促進する」と要約しました。^{[2] eサイエンスには、「科学に革命をもたらした}ビッグデータと呼ばれるもの[たとえば]CERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）[は]年間約780テラバイトを生成し、非常にデータ集約型の現代の科学分野[大量のEサイエンスデータを生成するものには、計算生物学、バイオインフォマティクス、ゲノミクスが含まれます]」^[1]と社会科学における人間のデジタルフットプリントが含まれます。^[3]

チューリング賞受賞者のジム・グレイは、「データ集約型科学」または「eサイエンス」を科学の「第4のパラダイム」（経験的、理論的、計算的、そして今ではデータ駆動型）として構想し、「科学に関するすべてが情報技術の影響」とデータの氾濫によって変化していると主張した。^[4]^[5]

電子サイエンスは、科学的手法の2つの基本的な柱、すなわち、特にデジタルビッグデータを通じた実証的研究と、特にコンピュータシミュレーションモデルの構築を通じた科学理論に革命を起こします。^[6]^[7]これらのアイデアは、2013年2月にホワイトハウスの科学技術政策局に反映され、覚書の指令に基づいて、前述の電子サイエンスの出力製品の多くを保存およびアクセス要件に指定しました。^[8]電子サイエンスには、素粒子物理学、地球科学、社会シミュレーションが含まれます。

特徴と例

e-サイエンスに関する研究活動のほとんどは、科学的発見を支援するための新しい計算ツールとインフラストラクチャの開発に重点を置いています。ソフトウェアの複雑さとバックエンドのインフラストラクチャ要件のため、e-サイエンスプロジェクトには通常、研究室、大規模な大学、または政府によって管理および開発される大規模なチームが関与します。現在^{[いつ? ]、}英国では e-サイエンスに大きな焦点が当てられており、英国の e-サイエンスプログラムが多額の資金を提供しています。ヨーロッパでは、CERN の大型ハドロン衝突型加速器を支援するコンピューティング機能の開発により、他の分野でも使用される e-サイエンスとグリッドインフラストラクチャの開発が進んでいます。

コンソーシアム

e-Science インフラストラクチャの例には、Worldwide LHC Computing Grid、European Grid Infrastructure、Open Science Grid、Nordic DataGrid Facility などのさまざまなパートナーとの連合などがあります。

e-Science アプリケーションをサポートするために、Open Science Grid は、全国 100 以上のクラスターへのインターフェイス、地理的に分散したストレージキャッシュへの 50 のインターフェイス、および 8 つのキャンパスグリッド (米国の Purdue、Wisconsin-Madison、Clemson、Nebraska-Lincoln、FNAL の FermiGrid、SUNY-Buffalo、および Oklahoma、およびブラジルのUNESP ) を組み合わせています。Open Science Grid の恩恵を受ける科学分野には、次のものがあります。

英国プログラム

1999年に研究会議の事務局長に任命された後、ジョン・テイラーは、科学大臣デイビッド・セインズベリーと財務大臣ゴードン・ブラウンの支援を得て、英国政府が2000年3月に約束した持続可能な経済成長のためのリスボン戦略の原動力となった知識経済における英国の科学と産業の世界的リーダーとなるための基盤を提供する科学のための電子インフラストラクチャ開発プログラムへの資金提供を財務省に申請した。

2000 年 11 月、ジョンテイラーは、英国の国家 e-Science プログラムに 9,800 万ポンドを拠出すると発表しました。英国の産業界からは、参加したプロジェクトにマッチングファンドとしてさらに 2,000 万ポンドの寄付が計画されました。3 年間で 1 億 2,000 万ポンドのこの予算のうち、7,500 万ポンドは、各分野を担当する研究会議によって管理される科学のすべての分野でのグリッドアプリケーションパイロットに費やされ、3,500 万ポンドは、EPSRC によって「産業用」グリッドミドルウェアを開発するためのコアプログラムとして管理されることになりました。2004 年から 2006 年までのプログラムのフェーズ 2 は、アプリケーションプロジェクトにさらに 9,600 万ポンド、EPSRC コアプログラムに 2,700 万ポンドが充てられました。2007 年から 2009 年までのプログラムのフェーズ 3 は、EPSRC コアプログラムにさらに 1,400 万ポンド、アプリケーションにさらに 1 千ポンドが充てられました。英国の e-Science 活動に対する追加資金は、欧州連合の資金、ハードウェアに対する大学資金協議会SRIF の資金、およびネットワークおよびその他のインフラストラクチャに対するJiscから提供されました。

英国のeサイエンスプログラムは、グラスゴー大学とエディンバラ大学が管理し、両都市に施設を持つ国立eサイエンスセンター（NeSC）を含む、幅広いリソース、センター、人材で構成されていました。 ^[9] トニー・ヘイは2001年から2005年までコアプログラムを主導しました。 ^[10]

英国では、地域 e-サイエンスセンターが地元の大学やプロジェクトをサポートしています。

ホワイトローズグリッド e-サイエンスセンター (WRGeSC)
ベルファスト e-サイエンスセンター (BeSC)
ブリストル eResearch センター^{[永久リンク切れ‍ ]} (CeRB)
ケンブリッジ e-サイエンスセンター (CeSC)
STFC e-サイエンスセンター (STFCeSC)
e-サイエンスノースウェスト (eSNW)
ナショナルグリッドサービス(NGS)
OMII-英国
ランカスター大学 e-サイエンスセンター
ロンドン e サイエンスセンター (LeSC)
北東地域eサイエンスセンター（NEReSC）
オックスフォード e-サイエンスセンター (OeSC)
サウサンプトン e-サイエンスセンター 2005-03-08 にWayback Machine (SeSC)でアーカイブ
ウェールズ e-サイエンスセンター 2005-03-24 にWayback Machineでアーカイブ(WeSC)
ミッドランドeサイエンスセンター（MeSC）

さまざまな卓越したセンターや研究センターもあります。

センターに加えて、グリッドアプリケーションのパイロットプロジェクトには、英国の科学資金の各分野を担当する研究評議会から資金提供を受けました。

EPSRCは、 3 段階にわたって 11 件の e-Science パイロットプロジェクトに資金を提供しました (第 1 段階ではそれぞれ約 300 万ポンド)。

第一フェーズ（2001～2005年）は、CombEchem、DAME、Discovery Net、GEODISE、myGrid、RealityGridでした。
第2期（2004～2008年）はGOLDと統合生物学
第3フェーズ（2005～2010年）はPMSEG（MESSAGE）、CARMEN、NanoCMOSでした。

PPARC / STFC は、 GridPP (フェーズ 1 に 1,700 万ポンド、フェーズ 2 に 590 万ポンド、フェーズ 3 に 3,000 万ポンド、第 4 フェーズは 2011 年から 2014 年まで) と Astrogrid (3 フェーズで 1,400 万ポンド) の2つのプロジェクトに資金を提供しました。

フェーズ 1 の残りの 2,300 万ポンドの資金は、BBSRC、MRC、NERC が資金提供するアプリケーションプロジェクトに分割されました。

BBSRC : 生体分子グリッド、プロテオームアノテーションパイプライン、ハイスループット構造生物学、地球規模の生物多様性
MRC : 老化の生物学、配列および構造データ、分子遺伝学、がん管理、臨床eサイエンスフレームワーク、神経情報学モデリングツール
NERC : Climateprediction.com、海洋学グリッド、分子環境グリッド、NERC データグリッド

資金提供を受けた英国のeサイエンスプログラムは、2009年の完了時に、米国NSFサイバーインフラストラクチャオフィスのディレクターであるダニエル・E・アトキンス氏が率いる国際委員会によって審査されました。報告書は、プログラムによって熟練した専門知識のプールといくつかのサービスが開発され、学界と産業界の協力が促進されたが、これらの成果はプロジェクトレベルのものであり、インフラストラクチャを生み出したり、分野を変革してeサイエンスを通常の作業方法に取り入れたりしたものではなく、さらなる投資なしには自立できないと結論付けました。

アメリカ合衆国

米国を拠点とする取り組みでは、サイバーインフラストラクチャという用語がeサイエンスプロジェクトを定義するために一般的に使用されており、主に国立科学財団サイバーインフラストラクチャオフィス（NSF OCI）^[11]とエネルギー省（特に科学局）によって資金提供されています。 2011年にTeraGridが終了した後、国立科学財団によってACCESSプログラムが設立され、助成金の有無にかかわらず研究者や教育者が国の高度なコンピューティングシステムとサービスを利用できるように支援する資金提供を受けました。

オランダ

オランダの eScience 研究は、NWO と SURF によって設立されたアムステルダムのオランダ eScience センターによって調整されています。

ヨーロッパ

Plan-Europe は、2014 年 10 月 29 ～ 30 日にオランダのアムステルダムで開催された設立会議で設立され、合意された業務規定に基づいている、ヨーロッパの国立 e サイエンス/データ研究センターのプラットフォームです。PLAN-E にはアクティブなメンバーの核となるグループがあり、年に 2 回会議を開催しています。詳細については、PLAN-E をご覧ください。

スウェーデン

スウェーデンでは、研究者が科学計算リソースと知識を共有し、アクセスできるようにするために、2 つの異なる大学グループによって 2 つの学術研究プロジェクトが実施されました。

スウェーデン電子科学研究センター (SeRC): Kungliga Tekniska högskolan (KTH)、ストックホルム大学 (SU)、カロリンスカ研究所 (KI)およびリンシェーピング大学 (LiU) ^[12]
eSSENCE、e-Scienceコラボレーション（eSSENCE）：ウプサラ大学、ルンド大学、ウメオ大学^[13]

伝統的な科学との比較

伝統的な科学は、科学の歴史における 2 つの異なる哲学的伝統を代表するものですが、e サイエンスにはパラダイムシフトと、科学の 3 番目の分野の追加が必要であると主張されています。「オープンデータのアイデアは新しいものではありません。実際、科学の歴史と哲学を研究したロバートボイルは、1660 年代に学術出版における独立した検証のために懐疑主義、透明性、再現性の概念を強調したと言われています。科学的方法は、その後、演繹的アプローチと経験的アプローチという 2 つの主要な分野に分かれました。今日、科学的方法の理論的改訂には、他の 2 つの方法と同様に、科学者が結論を導き出すすべての計算手順が明らかにされる計算アプローチという新しい分野が含まれるべきだとビクトリアストッデンは主張しています。これは、過去 20 年間、人々が高性能コンピューティングとシミュレーションの変化に対処する方法に取り組んできたためです。」^[1]そのため、eサイエンスは経験的伝統と理論的伝統の両方を組み合わせることを目指しており、^[3]コンピュータシミュレーションは人工データを作成し、リアルタイムのビッグデータは理論的なシミュレーションモデルの調整に使用できます。^[7]概念的には、eサイエンスは、膨大な計算リソースを使用してインターネット経由でアクセス可能な膨大な量のデータを分析することにより、新しい科学的発見を行うことを目的として、科学者が科学研究を行うのを支援する新しい方法の開発を中心に展開しています。ただし、価値のある発見は、計算ツールやサイバーインフラストラクチャを提供したり、結果を生成するために事前に定義された一連の手順を実行したりするだけでは実現できません。むしろ、その活動には、本質的に自動化できない独創的で創造的な側面が必要です。これにより、科学を行うための新しいパラダイムをサポートするためにeサイエンスプラットフォームが提供すべき特性と、計算データの結果をトレース可能で論理的な手順で再現可能な方法で保存および利用可能にするための要件を満たすための新しいルールを定義しようとするさまざまな研究が生まれました。これは、「計算時代におけるボイルの伝統」の緩和を可能にする現代の科学的完全性を維持するための本質的な要件です。^[1]