C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

- l, A! z( ]% d0 c7 m. r) O6 D/ q# e3 {
做一个数字信号处理的小算法，需要算互相关。
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。
1 s/ M2 h9 m) l- t0 I/ S+ o2 f; d
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 。
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。

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。
& [! \$ @$ \4 k4 E; L8 O' I5 G
2 Z2 n7 j- T9 q高手们给分析分析,  多谢了。

雷声

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。
3 f) z, f/ K8 j' z1 X% y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。
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。

雷达

, }  d: J. s) T( D3 H9 L& b5 Q" w

雷声 发表于 2022-9-23 07:02
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。 ...

. K; l5 G4 |3 r5 h
4 Z. X; z  h5 o, G4 i- b; |' A9 r$ _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。
# c. G1 a, i* d/ F) `( ?3 I, |; Y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？

可梦之

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。

阿忙

Matlab不是浪得虚名的，要打败它还是要下点功夫才行

雷达

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

马鹿

汇编快！

数值分析

2 |1 |: S' E5 j; O, i. ]( |  G/ W  a
7 N* f8 v+ _7 N0 C; HC++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
并且是单线程的？加个openmp并行试试
3 a5 P7 Q7 d+ T/ y  N或者调用mkl 库的互相关函数试试
% L: G  z9 i- q1 a: k$ Z

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
' u( W1 l/ h* L) w汇编快！

  d- X+ g& r& S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 K( d( W: P) n* m3 O
# ]7 Q' U' g5 ?: Y& p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.

走两步

涉及矩阵的用blas

雨楼

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。

雷声

雷达 发表于 2022-9-23 08:13
- H( c+ v9 Z) 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++ ...

STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
6 y+ R, P6 u# h+ Y+ A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。
- y1 E% M; j0 W9 S; |买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？

四处张望

矩阵最简单用eigen，然后enable  avx2以上

马鹿

mark 发表于 2022-9-22 22:43
# Y5 _$ h3 [' _' d8 E7 n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.
" M2 d: \4 @& F9 z; y' \
最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
+ P: u! e, D0 \- ]/ PSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...

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）

数值分析

沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
1 B' Y' Z) \! x4 e& 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） ...

3 c, `' P" S$ a. c
必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
1 j, i% |( e$ d" }( r0 t; D4 w+ w
有道是 双拳难敌四手 一虎不如群狼

ltpub

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！）
8 @$ H0 m2 x/ ?5 |  w. s1 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

机器猫

mark 发表于 2022-9-23 11:43
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.
& B  G; e2 a- Q  Y: G4 B: C
7 P) S' {, {% N) u# u; M最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
2 W, _. ~9 Z- J, `8 y: 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
( T/ l1 ?/ `+ P9 t* I
' v( G0 y3 T* z, p当然对于调用这些库的代码来说，一般C和汇编区别不大

沉宝

现在进展怎么样了？

想了解一下你问题的规模：
; n: y6 ~/ x& [) c/ X* X: L1) 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。
  G/ t% z) ]5 x' X9 Q2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
3) Octave 大约跑了多长时间，你心里期望的速度大约是多少？

雷达

5 e6 ~* f5 T! @; k2 ~& u4 a

沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
现在进展怎么样了？
2 }2 ]# i) T6 s! X' t' f
想了解一下你问题的规模：

% }2 P2 x( M' S多谢关注。
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。
% c3 p4 j; R. W7 h9 v% M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。