src/gromacs/legacyheaders/gmx_cpuid.h

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  * This file is part of GROMACS.
   5  * Copyright (c) 2012-
   6  *
   7  * Written by the Gromacs development team under coordination of
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl.
   9  *
  10  * This library is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  12  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  13  * of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  16  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org
  17  *
  18  * And Hey:
  19  * Gnomes, ROck Monsters And Chili Sauce
  20  */
  21 #ifndef GMX_CPUID_H_
  22 #define GMX_CPUID_H_
  23
  24 #include <stdio.h>
  25
  26
  27 #ifdef __cplusplus
  28 extern "C" {
  29 #endif
  30 #if 0
  31 } /* fixes auto-indentation problems */
  32 #endif
  33
  34
  35 /* Currently identifiable CPU Vendors */
  36 enum gmx_cpuid_vendor
  37 {
  38     GMX_CPUID_VENDOR_CANNOTDETECT,   /* Should only be used if something fails */
  39     GMX_CPUID_VENDOR_UNKNOWN,
  40     GMX_CPUID_VENDOR_INTEL,
  41     GMX_CPUID_VENDOR_AMD,
  42     GMX_CPUID_VENDOR_FUJITSU,
  43     GMX_CPUID_VENDOR_IBM,
  44     GMX_CPUID_NVENDORS
  45 };
  46
  47
  48 /* CPU feature/property list, to be used as indices into the feature array of the
  49  * gmxcpuid_t data structure.
  50  *
  51  * To facilitate looking things up, we keep this list alphabetical.
  52  * The list is NOT exhaustive - we have basically added stuff that might be
  53  * useful in an application like Gromacs.
  54  *
  55  * AMD and Intel tend to share most architectural elements, and even if the
  56  * flags might have to be detected in different ways (different cpuid registers),
  57  * once the flag is present the functions should be identical. Unfortunately the
  58  * trend right now (2012) seems to be that they are diverging. This means that
  59  * we need to use specific flags to the compiler to maximize performance, and
  60  * then the binaries might not be portable between Intel and AMD as they were
  61  * before when we only needed to check for SSE and/or SSE2 support in Gromacs.
  62  */
  63 enum gmx_cpuid_feature
  64 {
  65     GMX_CPUID_FEATURE_CANNOTDETECT,      /* Flag set if we could not detect on this CPU  */
  66     GMX_CPUID_FEATURE_X86_AES,           /* x86 advanced encryption standard accel.      */
  67     GMX_CPUID_FEATURE_X86_APIC,          /* APIC support                                 */
  68     GMX_CPUID_FEATURE_X86_AVX,           /* Advanced vector extensions                   */
  69     GMX_CPUID_FEATURE_X86_AVX2,          /* AVX2 including gather support (not used yet) */
  70     GMX_CPUID_FEATURE_X86_CLFSH,         /* Supports CLFLUSH instruction                 */
  71     GMX_CPUID_FEATURE_X86_CMOV,          /* Conditional move insn support                */
  72     GMX_CPUID_FEATURE_X86_CX8,           /* Supports CMPXCHG8B (8-byte compare-exchange) */
  73     GMX_CPUID_FEATURE_X86_CX16,          /* Supports CMPXCHG16B (16-byte compare-exchg)  */
  74     GMX_CPUID_FEATURE_X86_F16C,          /* Supports 16-bit FP conversion instructions   */
  75     GMX_CPUID_FEATURE_X86_FMA,           /* Fused-multiply add support (mainly for AVX)  */
  76     GMX_CPUID_FEATURE_X86_FMA4,          /* 4-operand FMA, only on AMD for now           */
  77     GMX_CPUID_FEATURE_X86_HTT,           /* Hyper-Threading supported                    */
  78     GMX_CPUID_FEATURE_X86_LAHF_LM,       /* LAHF/SAHF support in 64 bits                 */
  79     GMX_CPUID_FEATURE_X86_MISALIGNSSE,   /* Support for misaligned SSE data instructions */
  80     GMX_CPUID_FEATURE_X86_MMX,           /* MMX registers and instructions               */
  81     GMX_CPUID_FEATURE_X86_MSR,           /* Supports Intel model-specific-registers      */
  82     GMX_CPUID_FEATURE_X86_NONSTOP_TSC,   /* Invariant TSC (constant rate in ACPI states) */
  83     GMX_CPUID_FEATURE_X86_PCID,          /* Process context identifier support           */
  84     GMX_CPUID_FEATURE_X86_PCLMULDQ,      /* Carry-less 64-bit multiplication supported   */
  85     GMX_CPUID_FEATURE_X86_PDCM,          /* Perfmon and Debug Capability                 */
  86     GMX_CPUID_FEATURE_X86_PDPE1GB,       /* Support for 1GB pages                        */
  87     GMX_CPUID_FEATURE_X86_POPCNT,        /* Supports the POPCNT (population count) insn  */
  88     GMX_CPUID_FEATURE_X86_PSE,           /* Supports 4MB-pages (page size extension)     */
  89     GMX_CPUID_FEATURE_X86_RDRND,         /* RDRAND high-quality hardware random numbers  */
  90     GMX_CPUID_FEATURE_X86_RDTSCP,        /* Serializing rdtscp instruction available     */
  91     GMX_CPUID_FEATURE_X86_SSE2,          /* SSE 2                                        */
  92     GMX_CPUID_FEATURE_X86_SSE3,          /* SSE 3                                        */
  93     GMX_CPUID_FEATURE_X86_SSE4A,         /* SSE 4A                                       */
  94     GMX_CPUID_FEATURE_X86_SSE4_1,        /* SSE 4.1                                      */
  95     GMX_CPUID_FEATURE_X86_SSE4_2,        /* SSE 4.2                                      */
  96     GMX_CPUID_FEATURE_X86_SSSE3,         /* Supplemental SSE3                            */
  97     GMX_CPUID_FEATURE_X86_TDT,           /* TSC deadline timer                           */
  98     GMX_CPUID_FEATURE_X86_X2APIC,        /* Extended xAPIC Support                       */
  99     GMX_CPUID_FEATURE_X86_XOP,           /* AMD extended instructions, only AMD for now  */
 100     GMX_CPUID_NFEATURES
 101 };
 102
 103
 104 /* Currently supported acceleration instruction sets, intrinsics or other similar combinations
 105  * in Gromacs. There is not always a 1-to-1 correspondence with feature flags; on some AMD
 106  * hardware we prefer to use 128bit AVX instructions (although 256-bit ones could be executed),
 107  * and we still haven't written the AVX2 kernels.
 108  */
 109 enum gmx_cpuid_acceleration
 110 {
 111     GMX_CPUID_ACCELERATION_CANNOTDETECT,    /* Should only be used if something fails */
 112     GMX_CPUID_ACCELERATION_NONE,
 113     GMX_CPUID_ACCELERATION_X86_SSE2,
 114     GMX_CPUID_ACCELERATION_X86_SSE4_1,
 115     GMX_CPUID_ACCELERATION_X86_AVX_128_FMA,
 116     GMX_CPUID_ACCELERATION_X86_AVX_256,
 117     GMX_CPUID_ACCELERATION_SPARC64_HPC_ACE,
 118     GMX_CPUID_ACCELERATION_IBM_QPX,
 119     GMX_CPUID_NACCELERATIONS
 120 };
 121
 122 /* Text strings corresponding to CPU vendors */
 123 extern const char *
 124 gmx_cpuid_vendor_string[GMX_CPUID_NVENDORS];
 125
 126 /* Text strings for CPU feature indices */
 127 extern const char *
 128 gmx_cpuid_feature_string[GMX_CPUID_NFEATURES];
 129
 130 /* Text strings for Gromacs acceleration/instruction sets */
 131 extern const char *
 132 gmx_cpuid_acceleration_string[GMX_CPUID_NACCELERATIONS];
 133
 134
 135 /* Abstract data type with CPU detection information. Set by gmx_cpuid_init(). */
 136 typedef struct gmx_cpuid *
 137     gmx_cpuid_t;
 138
 139
 140 /* Fill the data structure by using CPU detection instructions.
 141  * Return 0 on success, 1 if something bad happened.
 142  */
 143 int
 144 gmx_cpuid_init              (gmx_cpuid_t *              cpuid);
 145
 146
 147 /* Return the vendor id as enumerated type. Use gmx_cpuid_vendor_string[]
 148  * to get the corresponding text string.
 149  */
 150 enum gmx_cpuid_vendor
 151 gmx_cpuid_vendor            (gmx_cpuid_t                cpuid);
 152
 153
 154 /* Return a constant pointer to the processor brand string. */
 155 const char *
 156 gmx_cpuid_brand             (gmx_cpuid_t                cpuid);
 157
 158
 159 /* Return processor family version. For a chip of version 1.2.3, this is 1 */
 160 int
 161 gmx_cpuid_family            (gmx_cpuid_t                cpuid);
 162
 163 /* Return processor model version, For a chip of version 1.2.3, this is 2. */
 164 int
 165 gmx_cpuid_model             (gmx_cpuid_t                cpuid);
 166
 167 /* Return processor stepping version, For a chip of version 1.2.3, this is 3. */
 168 int
 169 gmx_cpuid_stepping          (gmx_cpuid_t                cpuid);
 170
 171
 172 /* Check whether a particular CPUID feature is set.
 173  * Returns 0 if flag "feature" is not set, 1 if the flag is set. We cannot use
 174  * gmx_bool here since this file must be possible to compile without simple.h.
 175  */
 176 int
 177 gmx_cpuid_feature           (gmx_cpuid_t                cpuid,
 178                              enum gmx_cpuid_feature     feature);
 179
 180
 181 /* Return pointers to cpu topology information.
 182  *
 183  * Important: CPU topology requires more OS support than most other
 184  * functions in this file, including support for thread pinning to hardware.
 185  * This means it will not work on some platforms, including e.g. Mac OS X.
 186  * Thus, it is IMPERATIVE that you check the return value from this routine
 187  * before doing anything with the information. It is only if the return
 188  * value is zero that the data is valid.
 189  *
 190  * For the returned values we have:
 191  * - nprocessors         Total number of logical processors reported by OS
 192  * - npackages           Usually number of CPU sockets
 193  * - ncores_per_package  Number of cores in each package
 194  * - nhwthreads_per_core Number of hardware threads per core; 2 for hyperthreading.
 195  * - package_id          Array with the package index for each logical cpu
 196  * - core_id             Array with local core index for each logical cpu
 197  * - hwthread_id         Array with local hwthread index for each logical cpu
 198  * - locality_order      Array with logical cpu numbers, sorted in order
 199  *                       of physical and logical locality in the system.
 200  *
 201  * All arrays are of length nprocessors.
 202  */
 203 int
 204 gmx_cpuid_topology(gmx_cpuid_t        cpuid,
 205                    int *              nprocessors,
 206                    int *              npackages,
 207                    int *              ncores_per_package,
 208                    int *              nhwthreads_per_core,
 209                    const int **       package_id,
 210                    const int **       core_id,
 211                    const int **       hwthread_id,
 212                    const int **       locality_order);
 213
 214 /* Enumerated values for x86 SMT enabled-status. Note that this does not refer
 215  * to Hyper-Threading support (that is the flag GMX_CPUID_FEATURE_X86_HTT), but
 216  * whether Hyper-Threading is _enabled_ and _used_ in bios right now.
 217  */
 218 enum gmx_cpuid_x86_smt
 219 {
 220     GMX_CPUID_X86_SMT_CANNOTDETECT,
 221     GMX_CPUID_X86_SMT_DISABLED,
 222     GMX_CPUID_X86_SMT_ENABLED
 223 };
 224
 225 /* Returns the status of x86 SMT support. IMPORTANT: There are non-zero
 226  * return values for this routine that still do not indicate supported and
 227  * enabled smt/Hyper-Threading. You need to carefully check the return value
 228  * against the enumerated type values to see what you are getting.
 229  *
 230  * Long-term, this functionality will move to a new hardware topology detection
 231  * layer, but that will require a lot of new code and a working interface to the
 232  * hwloc library. Surprisingly, there is no simple way to find out that
 233  * Hyper-Threading is actually turned on without fully enumerating and checking
 234  * all the cores, which we presently can only do on Linux. This means a couple
 235  * of things:
 236  *
 237  * 1) If you want to know whether your CPU _supports_ Hyper-Threading in the
 238  *    first place, check the GMX_CPUID_FEATURE_X86_HTT flag instead!
 239  * 2) There are several scenarios where this routine will say that it cannot
 240  *    detect whether SMT is enabled and used right now.
 241  * 3) If you need support on non-Linux x86, you have to write it :-)
 242  * 4) Don't invest too much efforts, since this will be replaced with
 243  *    full hardware topology detection in the future.
 244  * 5) Don't worry if the detection does not work. It is not a catastrophe, but
 245  *    but we get slightly better performance on x86 if we use Hyper-Threading
 246  *    cores in direct space, but not reciprocal space.
 247  *
 248  * Since this routine presently only supports Hyper-Threading we say X86_SMT
 249  * in order not to give the impression we can detect any SMT. We haven't
 250  * even tested the performance on other SMT implementations, so it is not
 251  * obvious we shouldn't use SMT there.
 252  *
 253  * Note that you can get more complete topology information from
 254  * gmx_cpuid_topology(), although that requires slightly more OS support.
 255  */
 256 enum gmx_cpuid_x86_smt
 257 gmx_cpuid_x86_smt(gmx_cpuid_t cpuid);
 258
 259
 260 /* Formats a text string (up to n characters) from the data structure.
 261  * The output will have max 80 chars between newline characters.
 262  */
 263 int
 264 gmx_cpuid_formatstring      (gmx_cpuid_t                cpuid,
 265                              char *                     s,
 266                              int                        n);
 267
 268
 269 /* Suggests a suitable gromacs acceleration based on the support in the
 270  * hardware.
 271  */
 272 enum gmx_cpuid_acceleration
 273 gmx_cpuid_acceleration_suggest  (gmx_cpuid_t                    cpuid);
 274
 275
 276 /* Check if this binary was compiled with the same acceleration as we
 277  * would suggest for the current hardware. Always print stats to the log file
 278  * if it is non-NULL, and print a warning in stdout if we don't have a match.
 279  */
 280 int
 281 gmx_cpuid_acceleration_check    (gmx_cpuid_t                cpuid,
 282                                  FILE *                     log);
 283
 284
 285 /* Release resources used by data structure. Note that the pointer to the
 286  * CPU brand string will no longer be valid once this routine has been called.
 287  */
 288 void
 289 gmx_cpuid_done              (gmx_cpuid_t                cpuid);
 290
 291
 292
 293
 294 #ifdef __cplusplus
 295 }
 296 #endif
 297
 298
 299 #endif /* GMX_CPUID_H_ */