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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 _: A7 ^, ]0 p2 s& f- r
    . f- N3 O& k! [/ D. a
    做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。" @  F9 m, I6 H  _/ d' Y6 _
    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。3 e5 w. ?; b) n% y5 l

    + v+ R6 E( k7 O$ Y3 b! K* O# UOctave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 。
    8 g; E" I5 e5 {! u9 |- 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。/ U" p+ j, q# Q( W
    ( E& e  K, D0 v4 {' i/ M& Y0 H7 e
    C++ 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。
    + d$ Z/ p  N# K1 |/ v2 R- o$ _, V- U: @8 }* M( |" x
    高手们给分析分析,  多谢了。; Q; }- Y  m, X8 f* ^/ P( L; u

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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。
    ! {' W! T" j( R! ?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。& N% F. s+ C' d% ^6 J1 u
    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 7 O) l& [! F8 P+ R* X6 w5 t% T
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02( j7 N8 z) A" J4 S+ H7 \, O* \" J
    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。 ...
    : C( r1 v' i  H( u

    8 \0 i$ H, W' \8 v1 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。8 e0 k  ^" U# L
    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 0 l8 m! f( \: s- B/ M+ E

    6 T7 n8 u  U7 b1 t9 S$ Z# E3 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
    半小时前
  • 签到天数: 3432 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
    21 分钟前
  • 签到天数: 1873 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
    / h7 k+ }2 C$ A4 x/ K& m+ L$ Y5 A9 H
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?; v- Y! G5 h% T  b- y: ^. {
    并且是单线程的?加个openmp并行试试' L* C' G  |9 u
    或者调用mkl 库的互相关函数试试5 x( T9 x: o9 f/ O

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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
    . i" z% b) N6 Z- @. L7 _. E8 I汇编快!
    2 Z4 [- w# j+ t; s0 ]4 C7 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 E2 U0 {; L( G7 [. K( P$ M2 _3 C& j6 `9 K0 C6 b( E2 u
    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& v1 M' ?; w6 Y! [5 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++ ...
    ) v2 w! A" |- Y7 H
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。; W4 {* l% T: R
    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。
    2 A6 w1 o6 p: `% e# h' U  m# w9 w买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?$ F! Y& i. P& d5 K5 W8 K# k8 A
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  • TA的每日心情

    5 天前
  • 签到天数: 1612 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
    半小时前
  • 签到天数: 3432 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
    ( E9 W4 R1 z* X9 j( M. `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 A% u! F9 M) O% l; }

    , ]1 V5 V# ]' B最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    ! K3 I0 x5 r6 t, X! }: x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* N* d1 }6 _2 C$ `( d0 W3 N4 I
    STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。. K( C* R& R- ]) k
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...
    ! g6 B& F3 Q# K: w- J
    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
    21 分钟前
  • 签到天数: 1873 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 . t0 O+ g: l' e8 K/ F; B- n6 D. W
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53  I- }2 `6 R2 Z! x; _3 h* u
    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 F% l8 A, `, V5 V$ x% ^
    7 W' o' c  L. L
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。
    ' q. m; w; K/ m7 T* f
    , {0 q$ h! j7 r6 t' s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!6 }' F4 Y' k4 D9 Q' U1 |5 e/ M+ V

    8 ?+ ^6 k* C+ S! m7 F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
    8 x2 r" g" M" L$ N' u+ P( Q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.
    9 j- @- u% V1 [; m$ c3 }4 H' m  {; W) K( M+ x' ]; r% F5 b
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    % H/ R7 \6 y% A* ~4 v  L' N, |
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
    4 D9 d: ]1 K$ X+ ?" Z2 p* @1 i- H7 \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 E( f8 V2 {$ w* t$ L4 b* L) M
    ( j9 G* N6 e; w4 {
    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?; u6 O9 |: `% M3 w
    3 [1 X4 H- [' s
    想了解一下你问题的规模:
    ; _- B/ C" t* R- y1) 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。
    ; ^) a4 {: t# {4 x0 q8 ~9 v2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    + b( h+ \/ v1 \  y, N2 O3) 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# {  P& X0 r7 ^% [
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    ( w5 l3 j7 B' ~$ t! t% C现在进展怎么样了?4 j, |5 z8 ~% U* t: o
    ) M. f. U- h9 c5 Y% `0 ]6 n
    想了解一下你问题的规模:

    & p( m( \, H0 b& u" O1 q) L1 W+ E7 N& G2 x& g1 B4 k
    多谢关注。
    2 d( _( J( \! v4 y7 Q- ]6 }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。 3 S. a2 B" z+ e5 x; G9 |/ ]
    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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