Leistungsfähige Mikrochips sind entscheidend für den erfolgreichen Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI). Das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierte, vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt EDAI verfolgt einen neuen Ansatz: Die Forschenden koppeln den Entwurf von KI-Algorithmen und KI-Chips. So lassen sich Hardwareanforderungen wie Energieeffizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit im gesamten Prozess berücksichtigen. EDAI baut auf Open-Source-Software auf, um den Zugang zu KI-basierten Lösungen besonders für kleinere und mittlere Unternehmen zu erleichtern.
Chatbots und virtuelle Assistenten, Smarthome-Anwendungen und Navigationssysteme – Künstliche Intelligenz begegnet uns im Alltag immer häufiger. Von KI können viele Branchen profitieren, beispielsweise Energie- und Medizintechnik, Automobil- und Maschinenbau, Marketing und Logistik. Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz von KI ist die Entwicklung geeigneter Hardware, das heißt leistungsfähiger Mikrochips. Neben hoher Rechenleistung, niedrigen Kosten und Energieeffizienz sind dabei vor allem Sicherheit und Zuverlässigkeit gefragt. „Die Entwicklung von Hardware erfordert spezielles Know-how, da die Entwurfsprozesse deutlich komplexer sind als bei Software“, sagt Mehdi B. Tahoori, Professor für Dependable Nano Computing am Institut für Technische Informatik des KIT. „Aber weltweit mangelt es an Fachleuten für Hardware.“ Zudem sind Lizenzen für Hardware-Entwurfswerkzeuge, die State of the Art sind, extrem teuer. Diese Herausforderungen bilden hohe Hürden besonders für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU).
Besondere Aufmerksamkeit liegt auf „Security“ und „Safety“
Um einen effizienten Entwurf von KI-Chips und KI-Systemen zu ermöglichen, verfolgt das Projekt „German Open-Source Tools for AI Algorithm-Hardware Co-Design“, kurz EDAI, einen neuen Ansatz. Die Forschenden koppeln den Entwurf von KI-Algorithmen und KI-Chips. „Wir entwickeln Algorithmus-Hardware-Co-Design-Tools, welche die Optimierung von KI-Algorithmen mit der Erkundung des Hardware-Designraums kombinieren“, erklärt Tahoori, der Sprecher des Projekts ist. „Dabei berücksichtigen wir die Hardwareanforderungen im gesamten Prozess.“ Besondere Aufmerksamkeit gilt den Kriterien Sicherheit (Security) und Funktionssicherheit (Safety).
Das Projekt EDAI baut auf Open Source auf, das heißt, die entwickelte Software ist quelloffen. Dies soll zum einen die Gemeinschaft für den Entwurf von KI-Chips vergrößern und dem weltweiten Fachkräftemangel entgegenwirken, zum anderen soll es den Zugang zu KI-basierten Lösungen besonders für kleinere und mittlere Unternehmen erleichtern. Denn KI bildet eine wesentliche Komponente der Digitalisierung und bietet gerade KMU die Chance, wissenschaftliche Erkenntnisse für ihre Wertschöpfung zu nutzen und Wettbewerbsvorteile zu erlangen.
KI-Hardware-Architekturen werden für Anwendungen optimiert
EDAI spannt mithilfe eines automatisierten Design-Flows eine Brücke zwischen der Optimierung von KI-Modellen auf Softwareebene und der Implementierung in Hardware. Dabei verwenden die Forschenden einen Ansatz des Algorithmus/Hardware-Co-Designs, der KI-Algorithmen optimiert, indem er die Hardware von vornherein berücksichtigt. Sie entwickeln neue Vorlagen für KI-Hardware-Architekturen, die automatisch ausgewählt und optimiert werden, um die Vorgaben für die jeweils vorgesehene Anwendung zu erfüllen.
Über EDAI
Das KIT koordiniert EDAI, Partner sind die TU München, die FAU Erlangen-Nürnberg und die RPTU Kaiserslautern-Landau. EDAI ist am 1. Mai 2024 gestartet und auf drei Jahre angelegt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt auf Basis der Richtlinie „Design-Instrumente für souveräne Chipentwicklung mit Open-Source“ (DE:Sign). Insgesamt beläuft sich das Budget des Projekts auf rund drei Millionen Euro.
Das Projektkonsortium bringt international renommierte KI- und Hardware-Expertinnen und Experten führender deutscher Universitäten zusammen und engagiert sich für einen erfolgreichen Technologietransfer in die Industrie, besonders zu KMU. Ziel ist es, eine leistungsstarke, anpassungsfähige KI-Plattform für die deutsche Industrie und für spezifische Anwendungsbereiche wie Automotive und industrielle Automatisierung zu schaffen. Dies wird Innovation, Wettbewerbsfähigkeit und technologische Souveränität fördern. „Das KIT als Koordinator macht Karlsruhe zum Standort für energieeffiziente und vertrauenswürdige KI-Chips in Deutschland und Europa“, sagt Projektsprecher Tahoori. (or)
Details zum KIT-Zentrum Information – Systeme – Technologien (KCIST): https://www.kcist.kit.edu
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 300 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.
Bild: KI eröffnet neue Chancen für viele Branchen. Für ihren erfolgreichen Einsatz ist die Entwicklung geeigneter Mikrochips entscheidend. (Foto: Edelweiss – Fotolia)
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie
