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[信息技术] C++ 比 Octave 慢好多,怎么破?

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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 天

    [LV.10]大乘

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    楼主
     楼主| 发表于 2022-9-23 06:27:09 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 06:29 编辑
    3 x( B3 _4 Z" \) I' g9 i7 G
    3 M$ R, u- v6 N0 H! Y6 k* K做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。% Q' [# i, m. |
    先用 Octave (兼容matlab 那个东东) 做了一下,感觉慢,走通后就用C++ 重写,结果比 Octave 还慢,目测能慢10倍,很不科学啊。6 W6 b  Q# B1 Y7 d% b9 r

    : X6 F5 f! I/ S1 X, ]0 z4 dOctave的互相关有现成函数 xcorr,  C++ 需要自己写。互相关是一个一维矢量和一个二维数组里的矢量依次做。矢量里是复数数据,没有用 STL,自己做了个  Re/Im 的struct,其实就是两个四字节 float 。" Q1 @. R; L2 j2 V, O' `% t
    互相关的最基本运算是两个复数的乘法,就是四次 float 乘法再相加,所以本质上影响速度的应该就是 float 乘法和加法。
    9 y& |2 a1 q1 X
    : w. I' r  {8 |5 s# eC++ 用的是VS 社区版,估计编译器不给力,但也不至于差这么多啊。) _, F$ ^; o& g2 ~5 n+ Z
    ( i$ D' C: `2 g2 e6 S* ?8 s
    高手们给分析分析,  多谢了。7 ^. q% F  W9 X8 o! O* B

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    参与人数 3爱元 +18 收起 理由
    helloworld + 4
    MacArthur + 4
    indy + 10 伙呆了

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    该用户从未签到

    沙发
    发表于 2022-9-23 07:02:18 | 只看该作者
    互相关这种是最适合矢量化的,Octave应该是用SIMD 或者CUDA写了核心的计算部分。所以比没有优化的快很多。我差不多20年前做过类似的二维相关处理,优化过的比老师自己写的快了三四十倍,实验室的小崽子们怨声载道。因为本来等处理完一次数据需要差不多六七个小时,正好打游戏。优化完了之后不到二十分钟就好了。啥也干不了。: o! w8 d! B" \+ l# R$ }. X) L
    你想省事的话用Intel的IPP库,里面有现成的高度优化的互相关函数。或者用CUDA自己写一个。
    ( L7 D/ m9 t9 r! \2 X- h( g你做信号处理很熟的话,这个还可以用FFT来做。应该会更快一些。九十年代很多人这么处理,主要是那时候CPU实在太慢。现在基本用不着了。而且FFT前后处理比较麻烦,加窗什么的。

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    给力: 5.0 油菜: 5.0
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    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:31
    油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 18:40
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 11:16
    给力: 5
      发表于 2022-9-23 09:14

    评分

    参与人数 2爱元 +18 收起 理由
    雨楼 + 8
    colin1992 + 10

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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 天

    [LV.10]大乘

    板凳
     楼主| 发表于 2022-9-23 08:13:54 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 08:15 编辑 2 U1 [& h8 X) ~$ B+ b/ B8 h3 B: C
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02
    3 @6 K. d3 M0 ?& n互相关这种是最适合矢量化的,Octave应该是用SIMD 或者CUDA写了核心的计算部分。所以比没有优化的快很多。 ...
    % E% a) m8 _6 P( h+ y* t! J
    . z; x0 r+ e/ i( C$ D4 ~/ }
    嗯, 我就是觉得 FFT 反而麻烦,互相关代码本身倒真没有几行。那看来就用 octave 就好了,没必要再用C++重写了。: N! J. V) z% e4 s
    另外,我现在就是用指针数组,如果用 STL 的Vector 会不会更快一些?
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2021-4-20 05:43
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    [LV.8]合体

    地板
    发表于 2022-9-23 09:18:16 | 只看该作者
    Octave/Matlab内部对数值计算做了很多并行和优化。内核甚至是用Fortran写的。你用C++重写,没有做并行优化,真未必比他们的性能好。
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2023-8-28 01:10
  • 签到天数: 1748 天

    [LV.Master]无

    5#
    发表于 2022-9-23 09:55:04 | 只看该作者
    Matlab不是浪得虚名的,要打败它还是要下点功夫才行
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 天

    [LV.10]大乘

    6#
     楼主| 发表于 2022-9-23 11:00:38 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 11:10 编辑
    ' d3 G% z1 L$ _  f, }! v% d5 ^# a4 u1 ]' T" p2 T
    研究了一下,似乎可以用预处理指令对浮点运算做一些优化。这个问题比我最初想象的要复杂得多
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  • TA的每日心情
    开心
    22 小时前
  • 签到天数: 3482 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2022-9-23 11:18:11 | 只看该作者
    汇编快!
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  • TA的每日心情

    昨天 22:29
  • 签到天数: 1912 天

    [LV.Master]无

    8#
    发表于 2022-9-23 11:34:49 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-23 11:48 编辑
    3 m8 z! I- u2 j' G4 w! v2 e1 s; s5 p# X1 Q$ P" b2 L; r
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?7 A% H! p- [4 l! A* \
    并且是单线程的?加个openmp并行试试
    : v) H( i( @1 O$ v+ P  C或者调用mkl 库的互相关函数试试( X: y7 z& ^; E  e3 L

    点评

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      发表于 2022-9-23 22:32
    +1: 5
      发表于 2022-9-23 11:55
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  • TA的每日心情

    2024-2-11 13:31
  • 签到天数: 141 天

    [LV.7]分神

    9#
    发表于 2022-9-23 11:43:35 | 只看该作者
    马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
    1 S% Q; W( J1 N% y5 @4 m汇编快!

    : R. s6 v# v7 {6 h+ ]9 O% o* }这种问题的优化, 在语言层面没太大意义, c++和汇编没什么本质区别.
    4 |) K7 Q3 x8 F# j; c# e! _+ `8 t
    最好还是用高性能的计算库, 比如intel的ipp,或者看看gpu方面有没有类似的库.
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    该用户从未签到

    10#
    发表于 2022-9-23 12:59:58 | 只看该作者
    涉及矩阵的用blas
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  • TA的每日心情
    慵懒
    2020-1-3 00:51
  • 签到天数: 71 天

    [LV.6]出窍

    11#
    发表于 2022-9-23 14:05:11 | 只看该作者
    实际使用中要考虑综合成本/时间。比如用octave /Python 解决起来简单。自己另起炉灶麻烦些。
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    12#
    发表于 2022-9-23 15:48:12 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-23 08:13, Y8 J2 M6 E3 g2 C+ R' {# d
    嗯, 我就是觉得 FFT 反而麻烦,互相关代码本身倒真没有几行。那看来就用 octave 就好了,没必要再用C++ ...

    4 d# t* \- P$ T9 F  y1 b# U1 l% R# Y# ySTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    1 _8 B" m- t: Y3 q( k8 A' _下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么就凑合用octave得了。
    0 e8 ^$ l$ s: K  ?4 v买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    # e, D. Y) a. ]* ^6 B. G8 I8 ~- u
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  • TA的每日心情
    奋斗
    3 天前
  • 签到天数: 1635 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2022-9-23 16:05:15 | 只看该作者
    矩阵最简单用eigen,然后enable  avx2以上
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  • TA的每日心情
    开心
    22 小时前
  • 签到天数: 3482 天

    [LV.Master]无

    14#
    发表于 2022-9-23 20:24:06 | 只看该作者
    mark 发表于 2022-9-22 22:43
    - U" i/ t$ E% m( D! }  w这种问题的优化, 在语言层面没太大意义, c++和汇编没什么本质区别.
    0 a3 U# F7 }8 R% `/ k# r2 `+ i1 j1 ]
    ; X; J- Z- a& l/ M( t9 \& `最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ! m5 w- Q1 f) |2 w% v- o% K我不是it的,说汇编是起哄呢
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    该用户从未签到

    15#
    发表于 2022-9-23 20:53:40 | 只看该作者
    雷声 发表于 2022-9-23 15:48
    + W, ^. s" _: |% ?3 ?8 ZSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    4 D& ^) J% R( X6 R$ p: Z' |下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    + k8 b" j8 s, a0 Q9 e你觉得在用AVX自己写与用GPU加速的Octave之间,谁有可能性能上超出?(基于中等价位的硬件水平)
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  • TA的每日心情

    昨天 22:29
  • 签到天数: 1912 天

    [LV.Master]无

    16#
    发表于 2022-9-23 21:37:24 | 只看该作者
    本帖最后由 数值分析 于 2022-9-23 23:50 编辑 ; N8 r* e( ~4 V, s
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53. z7 N1 a  F( {! e- i% K$ n% K) z* e; Q
    你觉得在用AVX自己写与用GPU加速的Octave之间,谁有可能性能上超出?(基于中等价位的硬件水平) ...

      {" a$ I0 w* [9 Q$ {$ E" h4 S
    ( {( W; m$ _& z- H必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。/ K, \/ n7 b% f; f+ @' f/ T7 \% |0 ~; B) n

    7 q- t$ K/ a1 e2 ?; M9 X有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    该用户从未签到

    17#
    发表于 2022-9-26 18:34:55 | 只看该作者
    先用性能探查器看下热点在哪里,用前面坛友们的方法针对性优化下,满足了应用需求就收手(心中牢记那句箴言:又不是不能用!. _: R9 C7 t' @7 T

    ) V1 h. Z0 j, @. F- V; `6 \7 [不知道vs的社区版带不带性能探查器,不行的话用pro/ent试用几天应该是不违规的,实在不行把C++编译到Linux下,那perf工具可就多了去了
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    18#
    发表于 2022-9-26 23:30:40 | 只看该作者
    mark 发表于 2022-9-23 11:43
    . N+ i- z8 f. y5 V4 m9 _- A这种问题的优化, 在语言层面没太大意义, c++和汇编没什么本质区别.6 u- E2 ^; B( l

    , l; j  w) _9 v6 q& |最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    ( ]0 a2 X# v& `& `  Q; J5 |
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。% {- Q+ Q3 J' h- A3 w6 k
    你说的那些“高性能的计算库”很多估计都是专门的人用汇编手工优化出来的。那个得对要优化的系统非常熟悉的人来干,打个比方那条指令用在哪个地方会导致cache需要加载,这些都必须考虑到! h; v- N7 [! _$ W$ I& U/ i7 j
    " }! R- f# e1 I5 w+ X
    当然对于调用这些库的代码来说,一般C和汇编区别不大
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    该用户从未签到

    19#
    发表于 2022-10-2 01:38:20 | 只看该作者
    现在进展怎么样了?1 e# A* k  H9 [) k! C
    % E, l, G: `% f$ Q
    想了解一下你问题的规模:
    2 M  _! P+ M+ Q( b1) 你说互相关是一个一维矢量和一个二维数组里的矢量依次做,那么这个二维数组有什么特殊意义吗?需要对所有维度按列操作并返回一个矩阵,还是就是简单的一对一算过去?换一句话,本质上要的是一个1-维互相关算法,还是N-维互相关算法。
    6 ^& n2 ~! S7 M0 Z: P2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    3 @1 O4 ?1 i( ~& X) R2 J  S3) Octave 大约跑了多长时间,你心里期望的速度大约是多少?
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2024-12-25 23:22
  • 签到天数: 1182 天

    [LV.10]大乘

    20#
     楼主| 发表于 2022-10-2 03:04:55 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-10-2 03:06 编辑 0 p, E1 c9 q- J$ e7 {% O
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    ' p" A, }* v6 |- C现在进展怎么样了?9 l  G9 k' w: g# `
    $ E5 X( n$ g: N' [& l+ S% R
    想了解一下你问题的规模:
    , L! P4 m; k* u- A4 g

    ) M8 S7 i6 b2 g- U' Q3 ]5 E1 Z多谢关注。/ v$ X' S! \" @
    规模还比较大,一个至少3万*3万的二维浮点复数矩阵,用一个4000点复数矢量对矩阵的每一个3万点矢量做互相关,重复3万次这种互相关。
    1 u- c' N7 a- [; B( C我已经试验成功了 AVX 算浮点内积和 VS 优化, 再加上多核并行,我希望能至少和 octave 打平。但现在手头有其他事,还没有时间改正式代码。
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