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[信息技术] C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

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雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    2024-3-29 05:09

    • 签到天数: 1180 天

    [LV.10]大乘
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    #
     楼主| 发表于 2022-9-23 06:27:09 | 只看该作者 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 雷达 于 2022-9-23 06:29 编辑
    1 k4 U; X2 ]6 v$ K# c9 K4 E. K- [/ P7 A
    做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。
    # H- a0 ~# w1 |* F+ _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 D) y# V$ Q: r: o: @3 ]9 s5 A5 u, D3 \- [) v& M
    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 。2 `( P; a1 t" z, N4 C7 L& {
    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。
    - E. ^6 }* y6 _6 R8 l0 k
    , J' L3 b3 a7 R3 u4 ~1 UC++ 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。
    0 Y5 t. c6 I6 h3 Z, S3 Y" h# L! C" ^
    / n6 S  E% D) a" {高手们给分析分析,  多谢了。
    5 g5 |" \; d% ?

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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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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    2024-3-29 05:09

    • 签到天数: 1180 天

    [LV.10]大乘
    21#
     楼主| 发表于 2022-10-3 09:13:33 | 只看该作者
    本帖最后由 雷达 于 2022-10-3 09:16 编辑
    ! L6 \* m5 w8 ^7 l) }
    沉宝 发表于 2022-10-3 01:16
    3 m5 f+ H2 ]7 N; ^你在 Octave 跑出来的速度是多少？没有具体数据的话能不能说一下数量级上大致在哪里？
    4 [3 c+ L6 r. P0 p
    ; q( E3 B4 m1 ^- T0 u另外，你在 Octav ...
    3 a+ d# x4 k" g# o# e9 @% T+ |

    1 d3 h  o* w# l7 q应该没有那么大。
    : i' k: v1 Z: f2 U1 Y我算的：+ o$ z) a' }  J! v7 O- P
    3万*3万的二维浮点复数矩阵, 30k*30k = 900M个点, 复数 *2， 浮点数 *4，总共 7.2G。  P; K$ O! Z$ [. j2 \
    做算法的时候，一行一行从文件读取，有个16G内存应该足够了
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    沉宝

    该用户从未签到
    20#
    发表于 2022-10-3 01:16:57 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-10-2 03:04
    - k2 k7 J1 x. ^6 G# M4 |* D. U多谢关注。' p& y& l- ]- \2 J
    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 ...
    8 e% n" I) `8 t; h; @. _1 a" \
    你在 Octave 跑出来的速度是多少？没有具体数据的话能不能说一下数量级上大致在哪里？$ Z! a/ k) m3 t  x( [5 f% d
    ! F. n) E! t/ L  D- ^
    另外，你在 Octave 上的测试是按实际数据量跑的吗？我大概估计了一下，如果我没有算错，你那个二维浮点复数矩阵的数据量大约240TB（1 billion elements, each element has 30000x8 bytes）。这么大的数据量不可能全都放进内存中准备好，（事实上，它们已经不是一块硬盘可以装得下的了，放在磁盘阵列上吗？）有可能计算机的I/O吞吐性能也成为影响真正计算速度的一个重要因素。
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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    2024-3-29 05:09

    • 签到天数: 1180 天

    [LV.10]大乘
    19#
     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
    ( F. z% c1 r) K  w1 n
    沉宝 发表于 2022-10-2 01:38! ]3 G, ]. y2 q3 ?: S- q
    现在进展怎么样了？" Q/ h% y2 [: I" g/ _

    1 Y+ i4 i# y9 T8 V想了解一下你问题的规模：

    % Z" P, [7 f- Y+ X! x' g( n+ A6 R$ Z, R2 G3 \# o
    多谢关注。; H; p" V$ v) u: Y( B. R; T) r9 p  ~
    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。
    4 i2 m% L5 [1 ^7 S2 _$ {0 U$ 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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    沉宝

    该用户从未签到
    18#
    发表于 2022-10-2 01:38:20 | 只看该作者
    现在进展怎么样了？
    % w1 V, t& d  W) O( a
    & m# c! ^" g6 N* s8 C& ?想了解一下你问题的规模：  S- V% e& k0 c" H; y( h0 |
    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。
    / }" k/ H! {) }4 k: v2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
    9 @! s: Y8 G0 ]4 m, [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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    机器猫
  • TA的每日心情
    奋斗
    2020-2-8 10:08

    • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气
    17#
    发表于 2022-9-26 23:30:40 | 只看该作者
    mark 发表于 2022-9-23 11:43
    7 i1 M/ ?  j( Y1 I5 D+ z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." V! a+ A6 N0 \$ q$ s
    % n0 i$ k* s& Y
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...
    8 Y1 D( M, g/ _- H
    区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。/ s+ B* O6 \; `9 l
    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
    ; I. w% H9 N) o% J* S3 t1 p
    + V) G5 K7 u4 J0 T% c) I1 \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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    ltpub

    该用户从未签到
    16#
    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！）' q# H; |' ^6 |- P/ L) a
    9 ?3 f; [. q0 ^# i
    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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    数值分析
  • TA的每日心情
    衰
    22 小时前

    • 签到天数: 1657 天

    [LV.Master]无

    15#
    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
    % u1 J7 y: p7 h) W; g$ z
    沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
    ( q0 R+ a8 P" J6 X0 h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） ...
    6 x  K0 p7 Y1 }' R/ H4 y
    8 p1 [: n, J; n3 H
    必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
    4 E+ C7 z4 D. t
    - z0 X7 f$ j7 i! P* ?  e% w% D有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼
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    沉宝

    该用户从未签到
    14#
    发表于 2022-9-23 20:53:40 | 只看该作者
    雷声 发表于 2022-9-23 15:484 g+ q$ ^7 P+ h# X
    STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
    + ~$ G4 n( E9 ~' P6 j下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...
    4 I9 k  `0 a/ \; V: ~" p
    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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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    22 小时前

    • 签到天数: 3089 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2022-9-23 20:24:06 | 只看该作者
    mark 发表于 2022-9-22 22:436 f. P8 W/ t0 j: \) z
    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.
    ! e# Y1 Z; X$ w' w& s1 \" w& l4 w# u! Y
    最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

    9 n/ k9 z: i( |; m5 a) w/ Y我不是it的，说汇编是起哄呢
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    四处张望
  • TA的每日心情
    衰
    4 天前

    • 签到天数: 1479 天

    [LV.10]大乘
    12#
    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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    雷声

    该用户从未签到
    11#
    发表于 2022-9-23 15:48:12 | 只看该作者
    雷达 发表于 2022-9-23 08:13. B" o. z( g. z0 o. o( F# {& E, [
    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++ ...

    + a3 P" o( H% @STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。, }* z9 T2 P7 @2 j7 ?& U8 G
    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 c9 O6 N" @5 g* k# H
    买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？# U2 w9 o( \' {
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    雨楼
  • TA的每日心情
    慵懒
    2020-1-3 00:51

    • 签到天数: 71 天

    [LV.6]出窍
    10#
    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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    走两步

    该用户从未签到
    9#
    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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    mark
  • TA的每日心情
    衰
    2024-2-11 13:31

    • 签到天数: 141 天

    [LV.7]分神
    8#
    发表于 2022-9-23 11:43:35 | 只看该作者
    马鹿 发表于 2022-9-23 11:18/ q: y9 P; W4 M4 O8 ?" w
    汇编快！
    ; J+ E/ B( Q: S: ^# v: e; ~
    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' N1 U, t  N6 \% L* a' Y, f5 m
    . ]2 B& e( S) ]7 ]5 g/ S
    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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    数值分析
  • TA的每日心情
    衰
    22 小时前

    • 签到天数: 1657 天

    [LV.Master]无

    7#
    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
    ( ?9 \+ j* g" n" r. c3 Y  b5 S( c# C8 e! h" Y
    C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
    7 y3 B$ T4 {. Z' l并且是单线程的？加个openmp并行试试$ S0 K& L/ l# z. ?! f# Z
    或者调用mkl 库的互相关函数试试
    ) P4 r7 G! v% C4 I) s) L5 h

    点评

    +1: 5.0 给力: 5.0
    涨姿势: 5.0
    住在乡下
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2022-9-23 22:32
    colin1992
    +1: 5
      发表于 2022-9-23 11:55
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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    22 小时前

    • 签到天数: 3089 天

    [LV.Master]无

    6#
    发表于 2022-9-23 11:18:11 | 只看该作者
    汇编快！
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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    2024-3-29 05:09

    • 签到天数: 1180 天

    [LV.10]大乘
    5#
     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
    8 [+ A. K, `7 |' R' W1 @+ D$ V4 p9 _
    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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    阿忙
  • TA的每日心情
    奋斗
    2023-8-28 01:10

    • 签到天数: 1748 天

    [LV.Master]无

    地板
    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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    可梦之
  • TA的每日心情
    奋斗
    2021-4-20 05:43

    • 签到天数: 300 天

    [LV.8]合体
    板凳
    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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    雷达
  • TA的每日心情
    奋斗
    2024-3-29 05:09

    • 签到天数: 1180 天

    [LV.10]大乘
    沙发
     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 , M7 Q' x0 {6 b2 \+ x5 M! p( F/ \  s5 S% S
    雷声 发表于 2022-9-23 07:024 @, }- u# d$ l3 I% f5 V
    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。 ...

    9 V. L3 F, r* i) k* W7 O6 L
    ' O7 g  e4 T; C  B1 c8 J$ N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。
    # c4 O' v/ W0 G1 X- C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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