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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
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    [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 6 {5 z* h. L' ^; V# j

    # G. n5 Q6 z1 C8 L5 a3 R+ H' n* U做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。3 H# @% ?* d1 u% s
    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。. V0 P6 a$ |! Y3 h0 l4 V6 M

    $ Q( d- ]! d8 y! o0 w) d& e+ AOctave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 。
    5 H- Z) i4 a0 l6 J/ n- g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。% B, B$ r& K  ?! e0 \- v! b

    $ c0 D8 x: d, b( ~3 T  j$ {  B3 r' W* AC++ 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。$ H" j& j, z: f/ P1 b  b, z) k

    % ^/ K  E9 z, ]; q( f高手们给分析分析,  多谢了。
    $ a7 P3 I6 G3 e

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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。
    2 X& i9 H' f& z7 u* m) K% t% R) V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。
    8 f$ I& E6 G# F; c2 h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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      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

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    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
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    [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 6 ^8 Q* q9 p. F
    雷声 发表于 2022-9-23 07:028 |" V2 R; Q& I6 h- K# h
    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。 ...
    7 x) A$ I1 e) G+ i4 c, f0 l

    # c2 s# O& b2 ?( H) Z2 P7 i( u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。
    ) I& Q5 C& C  T( P3 s8 I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
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    [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 $ Z# {; z7 e; D  ]+ R% m. z
    & J0 C6 Y9 t& }/ _* E
    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
    10 小时前
  • 签到天数: 3479 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
    开心
    9 小时前
  • 签到天数: 1910 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 * _' I3 g  `4 b+ d" M% e2 q

    6 G' N' p' ]( F; n  h, fC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?7 b% P; a% d. l" v5 [
    并且是单线程的?加个openmp并行试试
    ' y8 @  j" Y) X- j或者调用mkl 库的互相关函数试试
    " M( O+ Y! c/ x0 O. Z

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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
    8 o# T; ?0 j$ j' U& V, Z3 r3 W汇编快!
    ! H( _0 S. i$ n# i9 b
    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.* e" ^7 D. T  Q! t8 C6 P  U
    9 N, M( E4 _% W  }6 S' G+ P
    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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    该用户从未签到

    12#
    发表于 2022-9-23 15:48:12 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-23 08:136 a$ f/ n# H7 x* @& P% g+ b4 [+ @8 x
    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++ ...
    ! P  \- K8 p! h
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。. Q+ f  U  E$ T& a2 T2 i9 \6 ]
    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。& n, ]5 F9 O- ~4 e2 g7 |
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    - Q+ E' G7 `) h( M+ Q% [
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  • TA的每日心情
    奋斗
    6 小时前
  • 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
    10 小时前
  • 签到天数: 3479 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 22:431 n5 m! a6 _  y0 d1 h1 y
    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.
    3 V( i- W% l# o  Z, X) s; X* x  ]3 ~$ i  r$ V" p
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    2 u0 ?+ m6 R0 G$ E$ x5 k我不是it的,说汇编是起哄呢
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    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
    * p1 l8 c4 C+ [& g0 J2 a: v2 QSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。8 F5 |+ i, T; H- o; I' ?
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...
    4 k, z9 S% }0 m5 k  {. E# Y
    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
    开心
    9 小时前
  • 签到天数: 1910 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
      E2 c' [; Q- V  P
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    2 K  O+ b+ h. w5 ?: z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) ...
    + e& u7 c0 ~/ n5 E9 P% P/ d
    , F9 d2 S# ?, n6 R4 y- O1 S' ?
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    # s3 d. Q6 v+ W7 s$ H
    8 @3 s5 w+ b8 R有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    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!' q1 M' Z* c& A7 F0 R( ^
    2 r( ^/ j1 }% C/ S  N1 Y
    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- t9 k* [3 D6 {$ L- K. \
    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 f- H6 m; V+ \; p+ D4 X6 w  c( S% a8 s
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ) q( v  ^+ @5 r$ `" \区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
    $ o8 k% u. ?, [% |5 G. U# {8 W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. j' T- {* ^* j

    : ~- U# R* \2 M% R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?9 i/ K! _* [. B, [- l
    7 l/ O- E4 t4 @/ t/ ]) s& z  e
    想了解一下你问题的规模:# p, L. A+ I. o" n6 p: h" P
    1) 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。5 m9 N5 z* h, N* t, I
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?8 d2 o" E* Y/ y
    3) 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
    : R& R1 Y5 x6 _' a( r: @6 h
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    9 q3 O9 [( S5 Z2 g5 z7 I现在进展怎么样了?
    " \. T7 _7 @3 V, L# S2 T( m* b- L1 q0 N8 y$ X
    想了解一下你问题的规模:

    ! G! @) z0 m3 e0 n% [
    ! T' D/ A$ M" k7 m1 W/ j多谢关注。
    4 e& a4 p; s  m$ p! }8 [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。
    ! D4 }3 G0 g1 ^' X2 k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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