C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

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。

/ K% h" L, Z, ~, BOctave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。
# M3 e/ F% i, h/ l
. u3 Q5 e; k5 h/ r+ `) n) DC++ 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 s3 R# {2 z' W9 I( Q4 m* d

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。
7 x5 \! F7 k& B$ z2 I# 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。
) h, ?9 d+ ^+ d. o$ r1 ]/ D$ 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。

雷达

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。 ...

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。
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

- Z+ k; B! q2 ?$ I' d9 y
  }8 w. K& y# L. w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

6 t( J  @# h2 |4 w1 g5 E: u- E
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
: F/ Q7 \2 a# C" g3 L或者调用mkl 库的互相关函数试试
0 a: p8 x$ A! Q8 f

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
8 \6 P/ O, j1 w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.

  R9 [6 I2 h; V" 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
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++ ...

: `2 r2 C# T' w. ?2 zSTL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
* n9 w4 g0 ^& L7 w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。
- _6 l' K8 ?& P: ^2 z% `6 r$ S- B买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？
& L. b' ]3 \/ {  q6 T7 f

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
7 h6 L" F% E& D& o; W2 b( 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.
8 ]* a+ \+ G: i- g& |
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。
下面数值分析回答的是对的，要么用avx自己写，要么 ...

7 b" v; L8 y; l' x+ f5 ^- 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）

数值分析

沉宝 发表于 2022-9-23 20:53
4 m8 c) f4 y* G' r4 e. v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） ...

& V* V. V* f  F( r
必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
3 C/ L4 _) L) P9 G% @
. u2 C2 L! t' g& r+ z2 ~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 {3 Q9 C1 M& B4 ^1 |* k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
7 V% S2 m5 g% H3 w5 u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.
9 ?3 |  \( h. d5 q
最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

* T/ [' F9 i9 a' x2 B区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
3 p* V9 |' v! v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

$ `/ r) ?' W) l( h/ P, f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？
* F8 C6 j% Z, ^$ ?( ?6 ~' D
想了解一下你问题的规模：
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。
/ L0 r6 p! S2 M( E1 n7 q. q* W2) 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

- L- ]* f- G/ V0 b6 C& ~" {: U! a

沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
) z0 o+ q: o( f现在进展怎么样了？

' R% n" }7 n/ U1 B9 Q0 a2 K  @0 l想了解一下你问题的规模：

: e, ]5 Y. y4 H0 Q" J* ]: ^
多谢关注。
) Y6 z4 X( n3 q3 [( M6 Y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。
; z; R( O- b6 _* D$ W1 G% U8 e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。