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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 5 _. V) {. j! @* ]+ G/ E9 t7 V

    $ ]" m4 J9 W+ q7 F! E做一个数字信号处理的小算法,需要算互相关。0 G8 m% W; f5 k; 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。
    5 q; T- B& Q" y* O! X$ N
    + e9 G( q% i* c  S4 v6 h" f0 COctave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 。
    ' o2 U1 j( i0 T7 q, [9 |, A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。# g& s6 u, Z" `. M, L# a# M
    4 x0 q2 y2 D1 ~9 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。
    8 f; d, X' r1 A& Q, I- j0 ~0 {. H# _
    * e" ]4 N! W/ }; _# V8 I7 M0 ^( a高手们给分析分析,  多谢了。/ K8 E( a1 ^9 E3 H/ o2 u8 Q  h

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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。4 P' g: f2 B) t) q) \; J! m4 n* o
    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 H0 H/ ^5 ~3 G' s
    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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    给力: 5 涨姿势: 5
      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 ) U! i3 O: P% }: o+ x+ v$ [
    雷声 发表于 2022-9-23 07:02
    2 s/ K3 B, I/ B7 x" y, D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。 ...
    3 y( B% n. k1 }1 j/ D0 t, F9 |
    3 l* ]1 m' k0 p- G
    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。
    , o& v# X# E  s; [: U2 {4 O' a% u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 ! k* T% V* J7 v- T* l- x( a
    2 o# i: C! K3 U7 ?" [8 y% [
    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
    6 小时前
  • 签到天数: 3510 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

    前天 19:30
  • 签到天数: 1931 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 ' d  m) N( B: F
    $ C. L" p! j) a, j
    C++ code 用的是普通乘法?换成sse/avx向量乘法试试?/ e- m7 c+ L. |' Z9 \: V3 t
    并且是单线程的?加个openmp并行试试
    # k- @- E$ J. m; C9 C或者调用mkl 库的互相关函数试试
    & x! V3 S- ~5 j9 g; Z8 x

    点评

    +1: 5.0 给力: 5.0
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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
    " M5 s7 [' Z' ~7 g3 B) }9 E5 V' Z4 {汇编快!
    1 B. G" _: S" i4 ~
    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.
    7 v9 ?1 u2 H2 I6 g& D
    : B; V& l) z0 _% H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
    # Z9 h7 }5 P8 r! w2 X: x8 X, Z# S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++ ...

    1 l% B' a( I, N8 w0 OSTL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。2 P2 [+ d) U, n8 V+ H! `
    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。& m0 I' z8 C8 P" A; y. D! E1 q2 }
    买个Ipp库虽然不贵,但是还是要几百刀的吧?$ m8 X4 Y: Q2 J/ j, U+ I
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  • TA的每日心情
    无聊
    6 天前
  • 签到天数: 1640 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
    6 小时前
  • 签到天数: 3510 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 22:430 z" q+ M( v$ W% C8 ~
    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 N# ~- Y" [+ P3 z3 x4 f
    - G' |0 _% V' u+ H
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    ; K: T  o8 H( u7 D/ G5 ~' ]5 _! T1 t
    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  m: [3 l" I/ f, {( ^STL对性能优化没什么帮助,只是写起来比较安全而已。' z# V! Z- r9 x' z/ ]
    下面数值分析回答的是对的,要么用avx自己写,要么 ...

    ) S1 c0 @  |3 U' S% T) d& c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

    前天 19:30
  • 签到天数: 1931 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
    / ~1 M, U8 N9 R& p  p1 \) R
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    : ?& b9 I! }0 U$ 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) ...
    ) E) d9 ~. A: A4 E: u4 A) f  e/ |7 x
    . [  H; ?% T7 d3 N7 [
    必然是GPU啊,10来个核心对上千个计算单元。。。2 f6 M0 V% M  m$ ]: q5 X  g

    7 u! x. T5 r0 ]- n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!
    ' L! K5 n+ F* w) y+ Y9 V8 e( N1 h* k+ 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 11:431 C! J" h) r- @! P+ q. E9 O
    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.% C$ c& H3 Q1 X& S/ C+ i

    5 q7 D# Q# Q2 c' J4 a: R( d最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    ) w; {1 q4 ~8 \7 \: G0 ^( \
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。* E+ w! c& c5 d: ~
    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/ E9 L* P+ c. J+ d- ~' }* {- m
    # K$ A. `: _' }& w. S
    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?
    ; A7 s$ I$ l1 w8 J, @  h2 _: l$ X. {6 P
    想了解一下你问题的规模:
    * F! V8 U$ t: j- S& X1) 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。& k' S' U& a9 c) e
    2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少?
    . A4 A; r. b) G3) 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
    . S  B5 J" c! f, d5 {6 m
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
    , ~# S6 p3 q# a& S7 s7 k现在进展怎么样了?
    1 r$ M, \  Q) ?5 A% J% w$ B
    " b/ s* ]0 v5 s0 Z想了解一下你问题的规模:
    + X1 [: {9 D( w: a& u* J
    5 \1 p* o  W8 {" Q7 a, v+ z
    多谢关注。% y3 p' X; r2 ?+ f1 C& Z/ 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。 1 s8 b( N  ~  a) ~7 ?( 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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