NASE – Neuronale Architektursuche

KI-Agent für die multikriterielle Hardwareoptimierung von KI-Modellen

Cloud-, Edge- und Embedded-Lösungen setzen zunehmend auf Künstliche Intelligenz als zentrale Technologie, um Dienste zuverlässiger zu machen und die Nutzererfahrung zu verbessern. Die Einführung von KI am Netzwerkrand (Edge) ist jedoch anspruchsvoll, da Modelle gezielt auf die jeweilige Hardwareplattform zugeschnitten werden müssen. Herkömmliche Entwicklungsprozesse stoßen hier schnell an ihre Grenzen: Die manuelle Anpassung von Modellen ist aufwendig, schlecht skalierbar und führt zu langen Entwicklungszeiten.

Agentenbasierte Systeme haben in den vergangenen Jahren gezeigt, dass sich Entwicklungsprozesse durch die Automatisierung von Entwurfs- und Testzyklen deutlich beschleunigen lassen. Solche KI-Systeme lösen komplexe Aufgaben zuverlässig, indem sie mit externen Tools und Testumgebungen interagieren. Gleichzeitig kommunizieren sie in natürlicher Sprache mit den Nutzenden und erklären Ergebnisse verständlich und transparent. Dadurch können auch Anwenderinnen und Anwender ohne tiefgehende Expertise komplexe Technologien effektiv nutzen.

NASE ist ein agentenbasiertes KI-System, das die Ausführung von KI-Modellen auf Edge- und Embedded-Plattformen gezielt hardwarebewusst optimiert. Es unterstützt Nutzende dabei, relevante Optimierungskriterien festzulegen und die am besten geeigneten Modelle für die jeweilige Anwendung und Zielplattform zu identifizieren. NASE entwirft, entwickelt und stellt Modelle direkt auf der Zielhardware bereit und überprüft deren Performance anhand realer Messdaten. Auf diese Weise lassen sich Entwicklungszeiten von mehreren Monaten auf wenige Wochen reduzieren – bei gleichzeitig höherer Modellqualität im Vergleich zu manuellen Designprozessen.

NASE ist mehr als ein Chatbot

Als mathematisches Institut kennen wir die Stärken und Grenzen unterschiedlicher Ansätze des Maschinellen Lernens genau. Große Sprachmodelle sind dabei nur eine von mehreren Schlüsselkomponenten innerhalb der hochentwickelten KI-Methoden, aus denen NASE besteht. Die Hardwareoptimierung formulieren wir als bayessches Black-Box-Optimierungsproblem. Nutzende können individuelle Zielkriterien wie Modellgenauigkeit, Laufzeit oder Energieverbrauch definieren, um ein optimal angepasstes Modell für ihre Anwendung zu erhalten.

Genetische Evolutionsalgorithmen kombinieren diese Vorgaben mit Multi-Fidelity-Bewertungsstrategien, um vielversprechende Lösungen effizient zu identifizieren und Modelle zu trainieren, die ohne zusätzliche Umstellung direkt auf der Zielplattform eingesetzt werden. Dynamisch trainierte Ersatzmodelle beschleunigen den Suchprozess zusätzlich und reduzieren den Bedarf an aufwendigen Hardwaretests auf ein notwendiges Minimum. Dadurch werden Evaluierungszyklen verkürzt und Entwicklungsressourcen effizienter genutzt.

Erste Schritte

Das Fraunhofer ITWM unterstützt Sie auf Ihrem Weg zu einer effizienten Edge-KI-Entwicklung. In einem ersten unverbindlichen Gespräch ermitteln wir, wo Sie stehen und was Sie benötigen, um mit KI effektiver voranzukommen.

Wenn Sie sich in einer Phase befinden, in der Sie mit der Implementierung von Edge-KI zu kämpfen haben, unterstützen wir Sie dabei, die besten Modelle für Ihr System zu identifizieren.

Für einen guten Start benötigen wir:

  • Ziel-Hardwareplattform
  • Beschriftete Daten
  • Ein Basismodell zum Vergleich
  • Zielanforderungen (z. B. Genauigkeit, Ausführungsgeschwindigkeit, Energieverbrauch)
KI-Agenten für eine neue Ära in der Edge-KI-Entwicklung
© Fraunhofer ITWM
KI-Agenten für eine neue Ära in der Entwicklung von Edge-KI

Sie erhalten:

  • Eine Auswahl optimierter Modelle mit unterschiedlichen Leistungskompromissen
  • Gekürzte und quantisierte Modellgewichte, trainiert für Ihr Problem
  • Trainings- und Evaluierungskonfiguration zur Reproduktion der Ergebnisse
  • Verifizierte Hardwareleistung
  • Individuelle Beratung und Integrationsunterstützung

NASE ist auch als Softwarelizenz verfügbar und kann sowohl lokal vor Ort als auch in der Cloud betrieben werden. Für einen praxisnahen Einstieg stellen wir eine Testversion bereit, mit der Sie NASE selbst ausprobieren und die Vorteile agentenbasierter Optimierung direkt erleben können. Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf – wir beraten Sie individuell zu Ihren Anwendungsfällen.

Statement Dominik Loroch zu NASE

Englisches Video auf der Messe Embedded World

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Auf der Messe »Embedded World« in Nürnberg präsentiert Dominik Loroch unsere Arbeit auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand.