为什么Apple Accelerate框架有时会很慢？

Posted 2021-03-27

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我正在使用C和Swift 3.0代码，使用来自Apple的vecLib和Accelerate framework作为基于C lang的项目和Swift playground中的动态库+我的代码。

并且，当函数从接近1.000倍的循环调用时，从SIMD指令的框架调用Apple的包装器与1或<4元素计算函数（如vvcospif()）的情况比简单的标准cos(x * PI)慢。

我知道vvcospif()和cos()之间的区别，我应该使用vvcospif()为x * PI。

在游乐场中的示例，您只需复制代码并运行它：

import Cocoa
import Accelerate

func cosine_interpolate(alpha: Float, a: Float, b: Float) -> Float {
    let ft: Float = alpha * 3.1415927;
    let f: Float = (1 - cos(ft)) * 0.5;

    return a + f*(b - a);
}

var start: Date = NSDate() as Date

var interp: Float;

for index in 0..<1000 {
   interp = cosine_interpolate(alpha: 0.25, a: 1.0, b: 0.75)
}

var end = NSDate();
var timeInterval: Double = end.timeIntervalSince(start);

print("cosine_interpolate in (timeInterval) seconds")

func fast_cosine_interpolate(alpha: Float, a: Float, b: Float) -> Float {
    var x: Float = alpha
    var count: Int32 = 1

    var result: Float = 0
    vvcospif(&result, &x, &count)

    let SINSIN_HALF_X: Float = (1 - result) * 0.5;

    return a + SINSIN_HALF_X * (b - a);
}

start = NSDate() as Date

for index in 0..<1000 {
    interp = fast_cosine_interpolate(alpha: 0.25, a: 1.0, b: 0.75)
}

end = NSDate();
timeInterval = end.timeIntervalSince(start);

print("fast_cosine_interpolate in (timeInterval) seconds")

我的问题是：

为什么vvcospif()在这个例子中很慢？

可能是因为vvcospif()它是Objective-C运行时下的包装器，并且转换数据结构/从Intel SIMD复制内存 - > Objective-C - > Swift运行时比微小的cos()慢？

我也有C代码+的性能问题

#include <Accelerate/Accelerate.h>

vvcospif(resultVector, inputVector, &count);

当inputVector和resultVector是带有1或2个元素的小数组或者只是浮点变量时，并且循环调用~1.000.000次。

cos(x * PI)计算时间接近20毫秒。

和

vvcospif(x)处理一个float或float array[2] - 计算时间接近80毫秒！加速在哪里？ :)

是的，在Xcode中我使用编译器-O -whole-module-optimization优化与整个模块opt。启用。

答案

有关示例的更详细讨论，请参阅"Introduction to Fast Bezier (and Trying the Accelerate.framework)"。

第一个基本问题是非内联函数调用非常昂贵。如果您可以在性能关键代码中提供帮助，则不需要函数调用。在模块中，编译器通常可以为您内联函数，并且可以为您内联部分stdlib。但是当你开始跨越模块障碍时，Swift通常无法优化呼叫。

SIMD功能的关键在于您以正确的格式设置所有数据，然后只调用一次。这样，函数调用的成本由您调用的SIMD优化代码组成。

但请记住，您不必调用Accelerate来获得SIMD优化。编译器完全能够注意到你已经编写了一个循环并将其转换为内联SIMD算法本身（并且它一直这样做）。因此，对于许多简单的问题，编译器无论如何都会赢。想一想：如果调用vvcospif计数为1比调用cos更快，他们不会这样实现cos吗？

我没有太多使用你的代码，但是如果你想用Accelerate改进它的性能，你想要考虑如何安排所有的输入数据，这样你就可以用大N调用vvcospif一次。很可能在那里一个循环（因为cos不是微不足道）会快得多的情况。

如果您想在实践中获得Accelerate的示例，以及如何组织数据，请参阅PinchText。此代码通过动画实现最多10次触摸的几千个字形页面的计算偏移（有关结果的信息，请参阅PinchText.mov）。特别是看看adjustViewPositions:count:forTouchPoint:。注意count是如何大的，并且数据是逐步转换的，没有循环。即使抛入（非常昂贵的）ObjC方法调用该方法并不重要，因为它只进行了一次。摆脱循环中的函数调用是性能编程的重要组成部分。