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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
    9 w4 p3 l% a# [  o! N# D  Y$ ~3 c5 B( E
    做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。3 Z# F+ U; P+ |; d" d, q
    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。
    ! H$ D/ A+ S$ `3 R) p1 }% d+ a4 }. I" v7 W
    Octave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 。) U4 P2 \9 ?( ]6 |% K
    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。% w, c1 N& V: E& ^2 J

    % q7 ]3 x4 ]& t- i$ S. I& GC++ 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。+ F9 B- H7 H$ a& l4 l  ?

    * c6 r( z$ q2 I8 B6 _* Q' [# V" t/ Z高手们给分析分析,  多谢了。2 E' I# I5 k; _. l9 l6 W$ H4 W

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    参与人数 3爱元 +18 收起 理由
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    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。
    7 N3 h$ Q. r# r2 g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。
    , ~6 z& _4 ^% n! r) Z1 ?% g6 w6 s# 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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      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
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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 " {1 b  q9 i' G# M! {! x& W" u
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02" ^7 P& a4 K4 K8 O# `+ k& ^
    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。 ...

    $ L3 s6 Z6 @  s( Y6 Y2 K, I4 n: r
    0 l" w3 n: F9 {- U5 O& `. H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。
    & ^& y6 m5 A; V) v2 ^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
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    [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 4 m* G* `/ r& w" Q( h* V7 [6 l( ^

    + t; N6 z/ S  f: [% Z. H3 b* P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
    昨天 00:00
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    [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 23:17
  • 签到天数: 1935 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
    : c5 q+ m1 y. U7 Q7 w* ?- b  ~# r4 Z& L
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?8 A- ?, S: a6 L: r* Y! _' S
    并且是单线程的?加个openmp并行试试* o* S  I* n7 r5 J3 K; d9 m
    或者调用mkl 库的互相关函数试试) {$ B  ?3 m6 F3 E. e8 T; m: G' L

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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# X6 N) y5 K: K8 s1 W8 U" f
    汇编快!

    7 j) ~# t) e( g. k* 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.
    . F+ n* l% N" u' Z5 f: W
    , |2 ^% d3 u3 O! I! n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 08:13
    # Z9 m, n# D/ s  z$ j4 P4 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++ ...
    % J/ p+ ~4 A6 _4 r! d* G# G& a, u
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。4 r0 p) U, C- D9 D+ B$ d
    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。
    % j0 Z/ t0 K5 V7 X/ g( `买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?
    3 b7 ~$ I, s7 x0 d+ G
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  • TA的每日心情
    郁闷
    2025-7-18 13:05
  • 签到天数: 1642 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
    昨天 00:00
  • 签到天数: 3524 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; _  b; S( A1 U  S4 i
    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.* a8 ^2 e9 {8 U" @

    3 M8 c& G: d1 \最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

      z- z" }: }7 B. |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% c3 z! i$ U5 g0 Y2 T
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。) i* ^1 Y/ O5 K+ G
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    3 g  p/ H' e1 K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 23:17
  • 签到天数: 1935 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
    . m" w% h  j7 h' a2 l5 w, D
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53) l/ H, H; {' n
    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) ...
    2 a* _$ X) F4 K2 R3 c

    ; N4 T' }- F7 O- D必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。+ w: W( Z+ V# u3 ?$ j. c. I

    0 I& B( L% l6 @7 ]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!$ `/ r2 ?2 Z1 X4 e& |
    3 N; C7 @  R6 I0 h
    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
    5 _* L0 M% Z) t$ U* l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.
    2 m5 u5 e+ q5 q% |9 p% D: R8 ^6 E9 [& y5 H3 Z4 ]# Y
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    7 e0 Y& P* x& G3 ?& z区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
    6 k- s( ?6 o3 ?" ^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
    ) B1 P+ v9 l9 F( E$ {& n$ U) }' }' M$ g1 D0 A& q: M5 _# w
    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?
      \- n9 f! g5 R, M6 Z
    0 {: c  N' P! O+ u/ J想了解一下你问题的规模:
    + i$ e) w  P- }' z3 g; u1) 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。0 C0 f9 C% O3 _0 e+ M
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    " Q' f8 W1 _, _3 M- x, z0 i3) 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 5 i- |" Q+ V; E% T1 C* @
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    - y) b% U% Q9 y/ [5 s. V+ x8 B% e: q现在进展怎么样了?
    . u  ~2 r& J: V2 {/ W9 R6 k! p. S: {( c3 R- Z5 ?" u0 X
    想了解一下你问题的规模:

    9 `) ?/ u/ i! I
    6 D" c6 ^- W) H, N, I6 Y& M多谢关注。
    5 z3 }# B4 \1 Q. z2 w! A7 t3 o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。 : Y5 k( `: g9 v) P* L) ?( r' a
    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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