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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
    * O9 x3 y. ~$ ^
    3 @, ]* ?' [) C. ?8 @+ p1 n- y做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。$ l/ i' }) S: r
    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。
    7 l; i  E5 g0 ]( f0 |5 y, G5 h" z  ^# f) d6 I( Y
    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 。& N  H3 Q2 d4 ], u( J: r' u/ N
    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。
    & _( Y* t; B& w$ j' H' z8 X% v' N) L3 d
    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。
    % ^9 m) _3 N  A: {0 s' M1 T- x: j& v% u' w, Q. M* ?: J9 g+ Z$ h7 R
    高手们给分析分析,  多谢了。' O0 |8 i6 E1 L- H* u# _) G

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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。
    1 I  l* c, b5 p$ ^: D, ^9 W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 O1 a/ n8 z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

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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
    : l& d4 g$ S9 i" _9 u7 a
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02
    ( W( j- K" \( F6 y9 v; |: C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。 ...
    ( b% D. |  s& N: Y$ L) S2 r

    3 i! G& f" |- L3 W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。
    & K2 T+ e  L" i* m( \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
    - o1 A9 e4 Y9 {* l( D8 T. m" M4 i
    1 z! U& J  M" V( W8 x- M* F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
    8 小时前
  • 签到天数: 3409 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
    7 小时前
  • 签到天数: 1853 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 ( E, F, a3 {2 ~0 j/ p3 I

    , [4 M7 X& {( VC++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?
    7 @( }! I; ~/ }% F并且是单线程的?加个openmp并行试试
    $ j( X3 s$ G1 Z* s4 s+ T) U& E( o或者调用mkl 库的互相关函数试试
    7 Z/ I( p. u( j/ ~( E

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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
    % c5 E( T1 Y5 r; F  u  a% x汇编快!
    ' d! D* M5 L- [* G
    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 A9 n& N7 e5 X/ i- |, Y
    1 K. T% S  b0 @# \9 c
    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/ O% H% O9 }  K4 T: M* s3 ~
    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++ ...

    ; M; v- J5 i* f( y( `( u' mSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。
      k! k8 |$ T1 S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。9 t& b" {2 l6 Y6 Z3 W
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?  `+ A: R; A8 A2 I" z
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 01:27
  • 签到天数: 1605 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
    8 小时前
  • 签到天数: 3409 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
    % m9 w0 _  o. ?) V: C  S1 H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.5 a' }8 Y9 D  d! q+ r+ f

    : r6 `0 x1 {) x# v: x最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    . x: I. z. I2 G3 e, k9 B) E; l" 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
    : N1 W, n3 f1 P4 CSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。, J& V. a1 v; `* L6 a, U) W0 p0 |
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    ( v- \" l4 @# `) 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
    7 小时前
  • 签到天数: 1853 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 , U0 `' Q* Z* c. W- O* Y( ~8 J
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    " }  `; y' X# Z% l2 i$ ]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) ...

    . f' T* a# ~4 H! V' t/ H5 l) n3 N# c! h
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。, k! e3 r( I) _  U# B- B( ]) U

    + E% P, G4 \3 n- m6 B6 [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!
    ( O/ F+ L. H! R4 Q* H/ c9 `9 l, t! T0 {% u$ L9 J  L4 \2 N
    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 11:435 V( O* d( |6 P  @9 P
    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.
    " v2 Y/ K  K5 ^' d
    ( f& m( M& \7 A( |* W' T最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    ; ]9 Z9 n: y1 W6 c
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
    # |* f  y! C  i. n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; a. q) @4 b2 D) l4 D  ]0 ]

    * r" c" m1 j! m# m! J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?
    : e0 {" f( u$ ]( @5 [8 p
    9 r* Q  q% l" h" `! k  j想了解一下你问题的规模:+ o/ m4 f" _: G( o3 Y" a
    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。
    + c# [/ [, |( t: @$ D2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?/ J$ f  z* [* i9 l$ f7 [* t
    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 " p# E& n# i3 V: a
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38) w  v/ `# \2 \$ \; A
    现在进展怎么样了?
    / O- y: a3 o% G' c; q. J$ y# G& q& C% B1 o$ E
    想了解一下你问题的规模:

    : E  d$ V& u3 U, J. h  K6 J% \+ r) T) i2 a5 [& v5 `7 |
    多谢关注。! @* R& X) P- p% n) J5 h" u
    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。
    ! l5 z; ~; K9 U% ], k4 o3 c: n4 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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