C++ 比 Octave 慢好多，怎么破？

雷达

$ i; a4 ]$ f, i. m) j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。
) Z/ x- \6 K3 \# M
) e& w% R$ |, C+ K2 T) zOctave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。
8 `0 g/ x& F5 @3 a9 a
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。

高手们给分析分析,  多谢了。
0 D6 Y+ B4 `# 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。
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

# Q5 L& ~+ D( A, u/ |

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。 ...

9 p: Q5 [0 r% f# z6 F; O
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

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

' a) a8 k$ _+ }4 k5 r6 T
C++ code 用的是普通乘法？换成sse/avx向量乘法试试？
4 x7 ], E$ D9 k5 t$ K3 J并且是单线程的？加个openmp并行试试
; B+ j/ B) d/ S  ~! w; T& K或者调用mkl 库的互相关函数试试
/ ~% D$ y& w/ ^+ P. L

mark

马鹿 发表于 2022-9-23 11:18
9 t6 x, Q5 k: Y/ V/ `# D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.

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++ ...

STL对性能优化没什么帮助，只是写起来比较安全而已。
$ b- y9 v, _9 Z9 R( L9 ^. 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。
买个Ipp库虽然不贵，但是还是要几百刀的吧？
  ~/ \) {: ]) Q) a0 }& w

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
6 f% N% j$ T, G% {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.

最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

9 T: h/ F2 M8 t2 o) n0 r0 z% }我不是it的，说汇编是起哄呢

沉宝

雷声 发表于 2022-9-23 15:48
( _7 C+ |- x& l4 ~+ A* r$ LSTL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 ...

( L/ `; X) E; F& ^- x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
3 j# P% n; `! b) ]* s- V* h/ 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） ...

' R$ I7 d( A3 }9 N- W  f& d必然是GPU啊，10来个核心对上千个计算单元。。。
$ G! r6 g  Y* y1 ]
) q" U/ Z/ P+ z5 i# i, O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！）
$ r! ]- F1 r0 l2 Z( j- y$ C
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
5 B/ Z7 O( g6 x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.
: b3 J. T0 U8 ]$ \, u$ ^
; A  T2 l7 [; K! [* v8 R2 |最好还是用高性能的计算库, 比如inte ...

3 ?  c5 H" Z' {1 A; R区别还是很大的。编译器的优化还到不了那种程度。
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

: b  g, W9 ]3 G6 y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？
; A/ }4 G( \6 A* D# k/ S# W
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。
2) 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

+ c1 K+ P" Z3 Y" f, B5 }$ O& Q

沉宝 发表于 2022-10-2 01:38
1 K, q$ Z2 N2 J2 }现在进展怎么样了？

5 \3 H+ u# C7 w, [. A& S想了解一下你问题的规模：

8 D: D9 D: k7 G! H/ S; u
4 F3 P- A( k0 S多谢关注。
2 g1 B5 s, V) W+ x2 q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。
8 T6 I" R' _8 z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。