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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
    " d; u( ]+ D6 [4 h6 W
    - b& ^7 C: s/ e! @. a做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。( g  G) {8 Q8 E' D/ z+ E
    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 y3 {; W! ]. I* o. F2 N

    , J- W' W4 t% D, qOctave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 。9 U1 u# b; X; |( M8 P! _
    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。0 J$ l8 s, a# t- T, R

    $ \; d# G1 K6 B- b7 Y" t7 K  JC++ 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。
    2 v/ j2 y$ c) L" q$ s. Y% b
    & G) D6 o* p' l8 x! N高手们给分析分析,  多谢了。# _: }4 D  K. |/ A9 }7 V

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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。
    ; a3 j) X" l) ?1 b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。3 e2 _0 k' G* e) I
    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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      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 3 p* V* Z! I6 a
    雷声 发表于 2022-9-23 07:029 I, F0 ~/ ^" N* g
    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 G$ y5 g) ]5 K1 }- M+ A0 Q; `: n. C7 a4 D9 u3 d/ s/ L
    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。& b0 Z! |$ J. {
    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
  • 签到天数: 300 天

    [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 1 s/ ~9 w6 ~: s1 p* A- d! B. P
    % l' }: r* K2 C+ r0 F/ R, W& a& J
    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
    16 小时前
  • 签到天数: 3481 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
    昨天 00:06
  • 签到天数: 1911 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 , c- a" O" K! Q$ C. S

    + _! v6 _7 P$ S& z6 h+ A4 ?; U) _C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?* @% v. b# s6 c; F  L
    并且是单线程的?加个openmp并行试试& Q; E4 M7 \- y8 K; e6 }
    或者调用mkl 库的互相关函数试试
    7 n9 |6 }% H* _' H# L* v" ^& V

    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' D' R1 G' A4 t' e$ C: K
    汇编快!
    ( b5 J6 e3 _  v
    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.
    8 ~4 V! y+ C3 z6 Q+ q3 Q6 v( |1 Y& V+ V, B' O( P* V$ {+ m* W
    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  R5 ]; _! ?4 `# C
    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++ ...
    ( w1 L" }+ {: \6 P$ D8 T* M8 j
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。6 V0 S5 n" o" Q
    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。
    4 y  [8 D1 m& ~8 ^# w9 t9 y买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    8 ]6 s& q. K' o1 t1 R; z6 h" I
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  • TA的每日心情
    奋斗
    前天 03:29
  • 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
    16 小时前
  • 签到天数: 3481 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' {0 b' \& H9 f
    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.# h* Z8 v; H* U! @+ @

    $ T1 e0 e. H/ \% ^' V8 [最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    6 ~0 p9 {; f5 c& \
    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
    . T( A! b8 e6 y: Y- LSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
    # v- O$ z: P* v7 D% I: J7 i下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...
    : x4 j2 F" ]4 _- N/ q- g3 a# _& ~
    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
    昨天 00:06
  • 签到天数: 1911 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
    % X. A- B) G! V
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53! }$ I5 u" Y2 x$ D* w, W0 M, B
    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) ...

    : O, d4 u$ Z+ y- o) f$ m- @* e& v7 C/ h0 [' f( l5 s
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    ) i# [. d8 ]. E2 S6 k
    8 ?7 y9 a" m/ u, W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!
    0 k+ Z! f- G3 v0 p, l1 v% F; {$ M3 A3 `/ v
    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
    % A5 E2 d; e# M! r4 b7 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.
    + y9 G, C+ W) W" k  ~
    / }5 y2 k6 F* s( M  T4 Q$ ?) y最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    5 z7 @+ O* L% Q( ?4 \
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。: D* a* S5 U& e
    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
    1 ^4 D) O1 g: `! R0 s7 _3 ~
    % w" x! r6 N8 V" R2 h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?! Q- p' G2 A6 ?8 }2 D  {8 Q6 R+ p

    1 r. L4 d7 \  E! k" j5 u, k想了解一下你问题的规模:
    7 n5 S- X" A; A; n1) 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。2 r( B" E$ F2 R' I, E5 V6 m: E
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    ) j8 Y- @+ `$ J5 |9 O% x5 W3) 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 & @& I( Q  G! w" g/ {; ]# O# }
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    7 b1 O1 v- ~) S现在进展怎么样了?
    * ^( l6 @. F5 ]- o9 n
    8 l& r; u4 ^( F5 p9 s: n6 t; N想了解一下你问题的规模:

    ; X& ?. B  t9 z$ t0 Y+ X/ N; r! W1 y9 e! V
    多谢关注。
    , N& R4 e" X. }# ?5 Y* Q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 h6 m. ^2 F- T9 S( C9 V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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