Leibniz-Gemeinschaft baut KI-Kapazitäten gezielt aus – das LIV ist an zwei Vorhaben beteiligt
Moderne Lebenswissenschaften erzeugen riesige Datenmengen, von Genomsequenzen und Stoffwechselprofilen bis hin zu hochauflösenden Bilddaten. Künstliche Intelligenz eröffnet neue Möglichkeiten, diese Daten auszuwerten und komplexe biologische Zusammenhänge zu erkennen. Als eine der sechs Schlüsseltechnologien der Hightech Agenda Deutschland kommt KI dabei eine zentrale Bedeutung für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit des Forschungs- und Innovationsstandorts Deutschland zu.
Um dieses Potenzial zu nutzen, braucht es leistungsfähige Forschungsinfrastrukturen. Die Leibniz-Gemeinschaft baut ihre Kapazitäten in diesem Bereich gezielt aus. Das Leibniz-Institut für Virologie (LIV) ist an zwei der neuen Infrastrukturvorhaben beteiligt und bringt seine Expertise in der datenintensiven virologischen Forschung ein.
Damit große und komplexen Datenmengen mittels KI analysiert werden können, braucht es erhebliche Rechenleistung. Grafikprozessoren (GPUs) eignen sich besonders für KI-Anwendungen, da sie viele Rechenoperationen gleichzeitig durchführen können. In einem GPU-Cluster werden zahlreiche solcher Prozessoren zu einem leistungsfähigen Rechnerverbund zusammengeschaltet. So können große KI-Modelle trainiert und umfangreiche biologische Datensätze in angemessener Zeit analysiert werden.
Gemeinsam KI-Infrastrukturen für die Lebenswissenschaften entwickeln
An einem vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle (Saale) koordinierten Vorhaben ist auch das LIV beteiligt. Herzstück der geplanten Infrastruktur ist ein leistungsfähiger GPU-Cluster, auf dem moderne KI-Modelle für die Lebenswissenschaften trainiert werden sollen. Ziel ist es, große und sehr unterschiedliche Datenbestände aus Genomik, Proteomik, Metabolomik, Bildgebung und Umweltforschung miteinander zu verknüpfen und mithilfe von KI neue Muster und Zusammenhänge zu erkennen. Die zugrundeliegenden Datenmengen können dabei mehrere Petabyte, also mehrere Millionen Gigabyte, umfassen.
Auch in der Gesundheits- und Präventionsforschung beteiligt sich das LIV an einem weiteren Leibniz-weiten Vorhaben, das vom Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften – ISAS in Dortmund vorangetrieben wird.
Für das LIV bieten diese Kooperationen die Möglichkeit, eigene Kompetenzen und Infrastrukturen mit den Kapazitäten anderer Leibniz-Einrichtungen zu verbinden und die eigenen Rechenkapazitäten deutlich zu erweitern. Auf diese Weise kann der weitere Ausbau des Forschungsfelds Viral Data Science, ein zentrales Ziel des Leibniz-Instituts für Virologie, zusätzlich beschleunigt werden.
Infrastruktur am LIV
Das LIV verfügt bereits die Technologieplattform Scientific Computing, mit dem das Institut seine Infrastruktur für datenintensive Forschung kontinuierlich weiterentwickelt. Dazu gehören unter anderem ein eigener High-Performance-Computing-Cluster (HPC), GPU-beschleunigte Anwendungen sowie Werkzeuge für Big Data, Cloud Computing und KI.
So unterstützt beispielsweise die aktuelle Entwicklung der hauseigenen HPC-Infrastruktur bereits eine Reihe von Forschungsaktivitäten, darunter molekulare Simulationen, die Analyse viraler Sequenzdaten und das Training von KI-Modellenmolekulare Simulationen, die Analyse von Sequenz- und Strukturdaten, und das Training von KI-Modellen. Neben dem Ausbau der technischen Infrastruktur legt das LIV Wert auf einen sicheren und verantwortungsvollen Einsatz von KI. Ein institutseigenes KI-Komitee hat dafür eine entsprechende Richtlinie erarbeitet. Sowohl interne als auch externe Schulungen und Workshops vermitteln unter anderem Grundlagen zu Datenschutz, Transparenz und dem Umgang mit Bias. Für die sichere Anwendung von KI steht am LIV zudem ein sicheres und geschlossenes System zur Verfügung (Chat AI), das Forschende und Mitarbeitende bei wissenschaftlichen und wissenschaftsunterstützenden Aufgaben unterstützt.
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