先前文章介紹完GPU算力估算（如何評估GPU能提供多少AI算力？）與AI應用類型（幾種常見的AI應用類型），本文接著分享如何估算AI訓練所需算力。
算力需求估算公式
最常用來估算AI模型所需訓練算力的基本公式：
訓練 FLOPs ≈ 6 × N × D
- N = 模型參數數（parameter count）。
- D = 訓練的 token 數。
- FLOPs = 結果是需要多少「浮點運算」（FLOPs）。
訓練FLOPs估算值「6」
訓練 FLOPs 估算為什麼用6？6是基於 Transformer 架構計算成本的「經驗係數」，代表平均每個參數參與一個 token 訓練所需的運算次數，這個值會隨模型架構在5~7之間略變，但 6 是合理且保守的抓法，是共通採用的簡化估算係數。
為什麼要簡化公式？因為實際 FLOPs 要考慮眾多因素，像是層數、MLP隱藏維度、Activation function計算量、Embedding / Norm / Residual 等結構、Forward / Backward 計算次數、Hidden size、Batch size & Pipeline優化等等。
透過一個萬用的簡化公式，快速估出FLOPs來衡量訓練成本、訓練時間、比較不同規模的數據集/AI模型所需要的算力需求。
有了基本公式，就能探討不同AI應用模型的算力需求。
參數parameter
模型參數數量（通常用 M 或 B 表示）是指這個 AI 模型「有多少可以學習的知識容量」，可以把它想成模型的「腦容量」或「記憶體」。
當我們提供訓練資料（tokens）給模型學習時，模型會根據這些資料去調整每一個參數的值，進而學會判斷、預測或生成文字的能力。
與常數6相同，模型參數數量也有經驗法則：
理想情況下：Token 數 ≈ 參數數的 20～30 倍。
因此，假如公式中，Token數量已知，就能根據上述法則推估參數數量。反過來說，要是只知道參數，同理能推出Token數。
為什麼要這樣配比？如果模型太大、資料太少→容易過度擬合(overfit)；如果模型太小、資料太多 → 學不出東西(underfit)。理論上模型參數 ≈ token 數的 1/20 到 1/30 是訓練效果的甜蜜點。
自己在實務使用，會採以「保守原則」，估算參數會抓20倍下去當分母，讓參數大一點，讓訓練FLOPs數值較大，在保守原則下得出訓練時間，基本上就是評估最差狀況。
等到具體實施時，較容易出現「倒吃甘蔗」的情形，也比較不會遭到業主的挑戰與質疑。
文字AI訓練FLOPs
為方便理解，就以簡單的文字文件估算所需算力FLOPs，像是MS Office辦公室軟體與pdf檔案。
Token 數如何得知？一個英文單字，簡單估算法可以用音節方式計算，一個音節 ≈ 0.5個Token，一個中文字1個Token。
接著看是要用一頁大約多少單字、共幾頁、共幾份檔案，抑或是以檔案大小回推頁數，都能得出總Token數。
如果對於檔案大小沒有概念的話，可以參考維基百科純文字檔共110GB（副檔名為.Zim），基本上一般企業應該很難超越維基百科。如果是圖文並茂版本，把整個維基百科打包則落在25TB左右。（延伸閱讀：Mirroring Wikimedia project XML dumps）
得出Token總數，就能得出參數總數，進而得出訓練FLOPs，最後除以GPU供應之算力FLOPs，就能得出訓練時間。
圖像算力需求
公式與文字不一樣，圖像涉及輸入圖像大小、訓練圖像數量、Batch Size、訓練 Epoch 數：
訓練總 FLOPs≈單張圖像FLOPs×3×總圖像數×訓練輪數 (epoch)。
關鍵在於「圖像本身」，模型結構與圖像輸入大小有關，高解析度圖像非常吃資源（如 2480×2480），通常會resize或patch-based模型訓練策略，因此公式就會變成：
圖像從預處理開始就需要用到算力，如上述resize、patch-based模型就是預處理的一環。由於每張圖像都需要經歷預處理的環節，公式上才會以「單張圖像FLOPs」作為開頭。
至於為什麼要乘以3？因為訓練中：
- 前向傳播 FLOPs = 1 倍；
- 反向傳播 FLOPs ≈ 2 倍；
- 總共 ≈ 3 倍前向 FLOPs。
訓練 Epoch 數則意味著全部資料會根據Batch Size隨機抽樣訓練幾次。
當關鍵的單圖FLOPs算出來，後續不論是假設圖片總數還是圖檔總容量，總訓練FLOPs自然迎刃而解。
音訊算力需求
語音模型實際輸入的是音訊，而非文字，token對應是音訊 frame的 embedding token，平均每秒大約50–75 token（視音訊特徵處理方式而定）。
音訊的訓練實際上需要考量時長、語言、音訊取樣率Sampling rate、音檔格式，根據不同音訊輸入來源以及終端AI應用，有不同的預處理與模型架構影響訓練FLOPs。
不過我們可以透過取得關鍵數據「每秒Token數」，並透過通用公式：
訓練 FLOPs ≈ 6 × N × D
根據訓練的音檔時長或檔案大小，得出總Token術後，接著回推參數總數，進而得出訓練FLOPs，最後除以GPU供應之算力FLOPs，得出訓練時間。
影像算力需求
影像需要考量檔案大小、時長、解析度、格式、幀率（FPS）、影像數量等等。
影像要用來做AI訓練，計算方式跟圖像相似，將每秒影像變成圖片後做訓練。假設每秒處理幀數 (FPS)為30，那麼一秒鐘就有30張圖像，後續就接著比照「單張圖像FLOPs」做處理。
只是影像根據需求，需要應用不同的AI模型，才能達到動態追蹤，因此在單張圖像FLOPs的計算上，需要把不同AI模型的應用納入：
每秒所需FLOPs＝張數 × 模型結構 × 圖片大小
以人流分析影像為例，我們可以簡單切出需要AI模型的幾個區塊：影像預處理、特徵分析、物件偵測、密度估計、目標追蹤。
根據上述五大區塊，就是我們從輸入影像後，需要透過上述五大AI模型區塊進行訓練，上述五項有各自的AI模型，組合起來就是所謂的模型結構，最終得到「人流分析影像」的AI應用。
將模型結構所需每秒FLOPs得出，再根據總訓練資料集的總時長或影像檔案大小納入計算，得出訓練FLOPs，後續照本宣科與GPU算力相除，就能得出訓練時間。
CAD工程圖算力需求
更複雜尚未碰到，目前難度最高的就停留在工程圖CAD上。CAD不是純文字、也不是純圖片，而是結構化的技術資料格式，屬於矢量圖。
要將CAD檔案餵給AI模型做訓練，需要考量CAD內容的結構化資料，以及採用的AI模型結構而定。
單一張CAD所需要的算力多寡，根據CAD圖的解析度、物件數量、尺寸、圖層數量等資訊決定。一張 300MB~2GB 的 CAD 檔轉成圖片時，可能會是超大解析度圖（如 8000×8000 px），會非常佔Token。
假設訓練一個 AI 模型來從結構化 CAD (.dwg) 檔案中偵測接點並自動連線，可以拆分成CAD預處理、CAD 結構解析、接點偵測、點與點之間的路徑預測四大區塊，根據上述四項採用相對應的AI模型。
CAD圖檔最後以圖面形式餵進AI模型結構中做訓練，因此就能回到「單張圖像FLOPs」，然後將訓練用CAD檔案數量或檔案大小帶出來，就能得到所需算力，最後除以GPU算力就能得到訓練時間。
總結：以終為始，慢慢推算FLOPs
計算AI所需算力需求的重點在於「以終為始」。最終輸出的「使用目的」，決定起始輸入的「資料類型」，過程中需要搭建哪些「AI模型結構」，決定了需要多少算力FLOPs。
正因為終端應用族繁不及備載，難一言以蔽之，只能用通則與簡單的範例說明，希望讀者多少能看懂筆者想表達的意思。
至於複數不同AI混合應用的算力估算，自己在實務上先是拆解不同類型，各自試算完FLOPs後簡單加總。不確定這樣估算是否正確，有待專家指教。
最重要的，在計算完算力供需後，自己是會採「保守原則」估算：算力需求取最大值，算力供應取最小值。倘若試算的訓練時數業主能接受的話，後續實際出來的成效只要不比預期差，基本上就不會受太多質疑與挑戰。
當然，自己非本科出生，對於AI也只是剛入門，關於本篇計算AI算力FLOPs的概念框架，若有敘述不周或內容錯誤，還請各路高人補充與指正。
