Cooley-Tukey FFT算法高性能实现与优化研究

GUO Jinxin,ZHANG Guangting,ZHANG Yunquan,CHEN Zehua,JIA Haipeng

Journal of Frontiers of Computer Science & Technology（2022）

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摘要

快速傅里叶变换(FFT)算法是处理器基础软件生态的重要组成部分,在工程、科学、物理和数学等领域的应用十分广泛,且这些领域对FFT算法的性能也提出了越来越高的要求.研究FFT算法在ARMv8和X86-64上的高性能实现特别是大基高性能的实现,提高FFT算法的计算性能日益重要.针对ARMv8和X86-64计算平台的架构特征,研究FFT算法的高性能实现和优化方法.通过蝶形网络优化、大基网络级数降低、大基蝶形计算优化、SIMD汇编优化以及寄存器使用策略优化等方法的应用,有效提升了FFT算法的性能,特别是提升了FFT大基的计算性能,解决了寄存器不够用的性能瓶颈,并最终总结了一套Cooley-Tukey FFT算法的高性能实现策略和优化方案.实验结果表明,在ARM、X86-64处理器上,实现的FFT算法,较ARMPL、Intel MKL和FFTW性能有明显提升,较中小基性能也有明显提升.

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