C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

+ h/ i4 |) I5 w. I2 L
* p& s7 E9 n# Y) P4 ^4 ?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。

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 。
# Y. G6 c- X9 D# b. ^* X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。

1 x4 a6 {: }' F; I  a/ u  T# oC++ 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。

高手们给分析分析,  多谢了。
8 T6 x, E* M' n$ H7 u! j/ Y

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。
, q3 k& P6 ^& p  R, J5 g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。
$ l% T& P0 m& |% c$ }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

2 m) I+ U0 I; H; j6 e8 T4 m) I

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。 ...

5 q0 t- W: w9 l. e9 R# D" C
6 i6 S* k% W0 F. K  m* u+ U9 [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。
& b  ^5 I. }/ E8 Q' q* w) D8 q0 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？

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 N1 Z  M( s  m; H4 O
C++ 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
或者调用mkl 库的互相关函数试试

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
) P+ w5 h7 j! L+ z7 }汇编快！

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 F& q" U% K( E% a$ F- S4 K
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
" T+ c4 r( m0 d9 V7 o6 p3 F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 d& P; Q7 O# S! E/ O9 [- D6 o& |: h) u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。
; F. A( W  M! j* t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
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.
% X5 B; s2 m7 K- c5 l) }
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
STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
; u5 R1 g' c+ q) N. {9 b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

- t4 k* _5 R5 N' M

沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
& {! k4 x/ {9 w+ }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） ...

4 [  b( N/ u) U  D- v, q
. c  r' |1 G0 e必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。

$ {  u. ~8 N( L  S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！）

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
# g  _% Y0 `5 K0 f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 M- N/ ?, X" K; Y( L- L4 g
最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

' `$ |, u/ k# q+ d9 G4 Q$ X9 s区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
  J6 l' F5 I9 F* U+ X" X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

7 ?: z8 h' R  V) R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？
  Y6 p+ j4 |$ r3 }
3 b  c9 `; O" T: F# t9 G1 u# \' s, x想了解一下你问题的规模：
7 Y5 `+ j- o* T8 n7 `' @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。
2) 矢量和一个二维数组的长度大概是多少？
7 b9 R$ ?. P4 ?8 U7 ]# c3) Octave 大约跑了多长时间，你心里期望的速度大约是多少？

雷达

- k" w+ \9 a* v  m1 S

沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
$ Y, s: ~" h8 i4 Z0 d- ]- @现在进展怎么样了？
# K- l# r, D8 m
想了解一下你问题的规模：

  Y0 p, s4 F0 `. d' r8 J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。
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。