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Offene Modelle

Hochschulsouveräne KI-Infrastruktur

Das Handlungsfeld Inferenz des KI:Expertisezentrums.nrw versteht sich als das technische Fundament für die hochschulseitigen Bestrebungen im KI-Bereich in NRW. In den High-Performance Computing (HPC) Rechenzentren der Standorte Aachen und Köln betreiben wir Open-Source und Open-Weight Modelle auf modernster Hardware. Hierbei handelt es sich um solche Modelle, bei denen entweder die Weights des Modells oder gleich der gesamte Trainingscode bzw. Trainingsdaten öffentlich zugänglich sind.

Damit behalten wir die Kontrolle darüber, welche Modelle mit welchem Leistungsumfang angeboten werden und können zugleich sicherstellen, dass verarbeitete Anfragen nicht für weiteres Training oder anderweitige Zwecke verwendet werden.

Was ist eigentlich Inferenz?

Inferenz bezeichnet die Anwendung eines trainierten KI-Modells auf eine Eingabe, um eine passende Ausgabe oder Vorhersage zu erzeugen. Dabei nutzt das Modell die während des Trainings erlernten Muster. Bei Sprachmodellen wird die Ausgabe beispielsweise Schritt für Schritt erzeugt, indem das Modell das jeweils nächste Wort oder Wortstück (Token) vorhersagt. Kurz gesagt: Beim Training wird das Modell trainiert, bei der Inferenz wird es angewendet.

Wie hängen Inferenz und Infrastruktur zusammen?

Das Training sowie die Inferenz von Sprach- und anderen KI-Modellen erfordern erhebliche Rechenressourcen, die insbesondere bei großen Modellen die Kapazitäten herkömmlicher Endgeräte übersteigen. Daher werden diese Modelle in spezialisierten Rechenzentren mit leistungsfähiger Hardware betrieben. Diese Hardware ist darauf ausgelegt, große Datenmengen parallel zu verarbeiten und komplexe mathematische Berechnungen besonders effizient auszuführen. Dadurch können sowohl die Berechnungen für einzelne Anfragen beschleunigt als auch mehrere Anfragen gleichzeitig effizient verarbeitet werden. Dies ermöglicht einen hohen Datendurchsatz sowie eine effiziente Nutzung der verfügbaren Rechenkapazitäten.

Betrieb und Entwicklung

Kernbereich des Tagesgeschäfts ist der reibungslose Betrieb der KI-Modelle, welche hochverfügbar und redundant zur Verfügung stehen. Dies ermöglichen wir durch unser innovatives dezentrales Betriebsmodell, bei dem mehrere Standorte – konkret die HPCs der RWTH Aachen und Universität zu Köln – zusammenarbeiten. Dank maßgeschneiderten Mechanismen zur Überwachung der Systemlast können wir kurzfristig weitere Instanzen eines Modells in Betrieb nehmen, um temporäre Lastspitzen zu kompensieren.

Für den datenschutzkonformen Zugang zu den Modellen entwickeln und betreiben wir eine zentrale Schnittstelle. Diese verteilt die Anfragen auf die beiden Rechenzentren, um eine optimale Auslastung der Hardware und geringe Latenzen zu gewährleisten. Bereits an dieser Stelle sind die Anfragen von einzelnen Nutzenden einer Hochschule entkoppelt und werden vor Weiterleitung in das jeweilige Rechenzentrum nochmals anonymisiert. Somit eignet sich unser Angebot für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, vom Einsatz in Studium und Lehre über Forschung und Verwaltung.

Weil der Dauerbetrieb von KI-Modellen vom klassischen batch-basierten HPC-Betriebsmodell abweicht, erproben wir an beiden Standorten verschiedene Herangehensweisen, die dort vorhandene Infrastruktur für besagten Betrieb zu nutzen. Dafür entwickeln wir unter anderem eine Softwarelösung für die automatische (De-)Provisionierung und Überwachung von Jobs, in denen die KI-Modelle laufen. Ziel ist es, die zur Verfügung stehenden Ressourcen jederzeit optimal zu verwenden und in lastarmen Zeiträumen für bspw. die Berechnung von Forschungsdaten nutzen.

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