src/gromacs/mdlib/nbnxn_kernels/nbnxn_kernel_simd_utils_ibm_qpx.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2013, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 #ifndef _nbnxn_kernel_simd_utils_ibm_qpx_h_
  36 #define _nbnxn_kernel_simd_utils_ibm_qpx_h_
  37
  38 typedef gmx_mm_pr gmx_exclfilter;
  39 static const int filter_stride = 1;
  40
  41 /* The 4xn kernel operates on 4-wide i-force registers */
  42 typedef gmx_mm_pr gmx_mm_pr4;
  43
  44 /* This files contains all functions/macros for the SIMD kernels
  45  * which have explicit dependencies on the j-cluster size and/or SIMD-width.
  46  * The functionality which depends on the j-cluster size is:
  47  *   LJ-parameter lookup
  48  *   force table lookup
  49  *   energy group pair energy storage
  50  */
  51
  52 /* Collect all [0123] elements of the 4 inputs to out[0123], respectively */
  53 static gmx_inline void
  54 gmx_transpose_4_ps(gmx_mm_pr a, gmx_mm_pr b, gmx_mm_pr c, gmx_mm_pr d,
  55                    gmx_mm_pr *out0, gmx_mm_pr *out1,
  56                    gmx_mm_pr *out2, gmx_mm_pr *out3)
  57 {
  58     /* Prepare control vectors for swizzling. In its third input,
  59        vec_perm accepts indices into the effective 8-wide SIMD vector
  60        created by concatenating its first two inputs. Those indices
  61        map data from the input vectors to the output vector.
  62
  63        vec_gpci() converts an octal literal of the indices into the
  64        correct form for vec_perm() to use. That form is an octal digit
  65        in bits 0-2 of the mantissa of each double. */
  66     gmx_mm_pr p6420 = vec_gpci(06420);
  67     gmx_mm_pr p7531 = vec_gpci(07531);
  68
  69     /* Four-way swizzle (i.e. transpose) of vectors a = a0a1a2a3, etc. */
  70     gmx_mm_pr b2b0a2a0 = vec_perm(a, b, p6420);
  71     gmx_mm_pr b3b1a3a1 = vec_perm(a, b, p7531);
  72     gmx_mm_pr d2d0c2c0 = vec_perm(c, d, p6420);
  73     gmx_mm_pr d3d1c3c1 = vec_perm(c, d, p7531);
  74     *out0 = vec_perm(d2d0c2c0, b2b0a2a0, p7531);
  75     *out1 = vec_perm(d3d1c3c1, b3b1a3a1, p7531);
  76     *out2 = vec_perm(d2d0c2c0, b2b0a2a0, p6420);
  77     *out3 = vec_perm(d3d1c3c1, b3b1a3a1, p6420);
  78 }
  79
  80 /* Collect element 0 and 1 of the 4 inputs to out0 and out1, respectively */
  81 static gmx_inline void
  82 gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(gmx_mm_pr a, gmx_mm_pr b, gmx_mm_pr c, gmx_mm_pr d,
  83                                gmx_mm_pr *out0, gmx_mm_pr *out1)
  84 {
  85     gmx_mm_pr p6420 = vec_gpci(06420);
  86     gmx_mm_pr p7531 = vec_gpci(07531);
  87
  88     /* Partial four-way swizzle of vectors a = a0a1a2a3, etc. */
  89     gmx_mm_pr b2b0a2a0 = vec_perm(a, b, p6420);
  90     gmx_mm_pr b3b1a3a1 = vec_perm(a, b, p7531);
  91     gmx_mm_pr d2d0c2c0 = vec_perm(c, d, p6420);
  92     gmx_mm_pr d3d1c3c1 = vec_perm(c, d, p7531);
  93     *out0 = vec_perm(d2d0c2c0, b2b0a2a0, p7531);
  94     *out1 = vec_perm(d3d1c3c1, b3b1a3a1, p7531);
  95 }
  96
  97 /* Collect element 2 of the 4 inputs to out */
  98 static gmx_inline gmx_mm_pr
  99 gmx_shuffle_4_ps_fil2_to_1_ps(gmx_mm_pr a, gmx_mm_pr b, gmx_mm_pr c, gmx_mm_pr d)
 100 {
 101     gmx_mm_pr p6420 = vec_gpci(06420);
 102
 103     /* Partial four-way swizzle of vectors a = a0a1a2a3, etc. */
 104     gmx_mm_pr b2b0a2a0 = vec_perm(a, b, p6420);
 105     gmx_mm_pr d2d0c2c0 = vec_perm(c, d, p6420);
 106     return vec_perm(d2d0c2c0, b2b0a2a0, p6420);
 107 }
 108
 109 #ifdef TAB_FDV0
 110 /* Align a stack-based thread-local working array. Table loads on QPX
 111  * use the array, but most other implementations do not. */
 112 static gmx_inline int *
 113 prepare_table_load_buffer(const int *array)
 114 {
 115     return gmx_simd_align_int(array);
 116 }
 117
 118 static gmx_inline void
 119 load_table_f(const real *tab_coul_FDV0, gmx_epi32 ti_S, int *ti,
 120              gmx_mm_pr *ctab0_S, gmx_mm_pr *ctab1_S)
 121 {
 122 #ifdef NDEBUG
 123     /* Just like 256-bit AVX, we need to use memory to get indices
 124        into integer registers efficiently. */
 125     vec_st(ti_S, 0, ti);
 126 #else
 127     vec_sta(ti_S, 0, ti);
 128 #endif
 129
 130     /* Here we load 4 aligned reals, but we need just 2 elements of each */
 131     gmx_mm_pr a = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[0] * nbfp_stride);
 132     gmx_mm_pr b = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[1] * nbfp_stride);
 133     gmx_mm_pr c = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[2] * nbfp_stride);
 134     gmx_mm_pr d = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[3] * nbfp_stride);
 135
 136     gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(a, b, c, d, ctab0_S, ctab1_S);
 137 }
 138
 139 static gmx_inline void
 140 load_table_f_v(const real *tab_coul_FDV0,
 141                gmx_epi32 ti_S, int *ti,
 142                gmx_mm_pr *ctab0_S, gmx_mm_pr *ctab1_S,
 143                gmx_mm_pr *ctabv_S)
 144 {
 145 #ifdef NDEBUG
 146     /* Just like 256-bit AVX, we need to use memory to get indices
 147        into integer registers efficiently. */
 148     vec_st(ti_S, 0, ti);
 149 #else
 150     vec_sta(ti_S, 0, ti);
 151 #endif
 152
 153     /* Here we load 4 aligned reals, but we need just 3 elements of each. */
 154     gmx_mm_pr a = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[0] * nbfp_stride);
 155     gmx_mm_pr b = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[1] * nbfp_stride);
 156     gmx_mm_pr c = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[2] * nbfp_stride);
 157     gmx_mm_pr d = gmx_load_pr(tab_coul_FDV0 + ti[3] * nbfp_stride);
 158
 159     gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(a, b, c, d, ctab0_S, ctab1_S);
 160     *ctabv_S = gmx_shuffle_4_ps_fil2_to_1_ps(a, b, c, d);
 161 }
 162 #else
 163
 164 /* Not required for BlueGene/Q */
 165
 166 #endif
 167
 168 /* Sum the elements within each input register and store the sums in out.
 169  */
 170 static gmx_inline gmx_mm_pr
 171 gmx_mm_transpose_sum4_pr(gmx_mm_pr a, gmx_mm_pr b,
 172                          gmx_mm_pr c, gmx_mm_pr d)
 173 {
 174     gmx_mm_pr a0b0c0d0, a1b1c1d1, a2b2c2d2, a3b3c3d3;
 175     gmx_transpose_4_ps(a, b, c, d,
 176                        &a0b0c0d0,
 177                        &a1b1c1d1,
 178                        &a2b2c2d2,
 179                        &a3b3c3d3);
 180     /* Now reduce the transposed vectors */
 181     gmx_mm_pr sum01 = gmx_add_pr(a0b0c0d0, a1b1c1d1);
 182     gmx_mm_pr sim23 = gmx_add_pr(a2b2c2d2, a3b3c3d3);
 183     return gmx_add_pr(sum01, sim23);
 184 }
 185
 186 #ifdef GMX_DOUBLE
 187 /* In double precision on x86 it can be faster to first calculate
 188  * single precision square roots for two double precision registers at
 189  * once and then use double precision Newton-Raphson iteration to
 190  * reach full double precision. For QPX, we just wrap the usual
 191  * reciprocal square roots.
 192  */
 193 static gmx_inline void
 194 gmx_mm_invsqrt2_pd(gmx_mm_pr in0, gmx_mm_pr in1,
 195                    gmx_mm_pr *out0, gmx_mm_pr *out1)
 196 {
 197     *out0 = gmx_invsqrt_pr(in0);
 198     *out1 = gmx_invsqrt_pr(in1);
 199 }
 200 #endif
 201
 202 static gmx_inline void
 203 load_lj_pair_params(const real *nbfp, const int *type, int aj,
 204                     gmx_mm_pr *c6_S, gmx_mm_pr *c12_S)
 205 {
 206     /* Here we load 4 aligned reals, but we need just 2 elemnts of each. */
 207     gmx_mm_pr a = gmx_load_pr(nbfp + type[aj+0] * nbfp_stride);
 208     gmx_mm_pr b = gmx_load_pr(nbfp + type[aj+1] * nbfp_stride);
 209     gmx_mm_pr c = gmx_load_pr(nbfp + type[aj+2] * nbfp_stride);
 210     gmx_mm_pr d = gmx_load_pr(nbfp + type[aj+3] * nbfp_stride);
 211
 212     gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(a, b, c, d, c6_S, c12_S);
 213 }
 214
 215 /* Define USE_FUNCTIONS_FOR_QPX to get the static inline functions
 216  * that seem to exhaust xlC 12.1 during kernel compilation */
 217
 218 #ifndef USE_FUNCTIONS_FOR_QPX
 219
 220 #define gmx_load_exclusion_filter(a) vec_ldia(0, (int *) a)
 221 #define gmx_load_interaction_mask_pb(a, b) vec_ld(a, (real *) b)
 222
 223 #else /* USE_FUNCTIONS_FOR_QPX */
 224
 225 static gmx_inline gmx_exclfilter gmx_load_exclusion_filter(const unsigned *a)
 226 {
 227 #ifdef NDEBUG
 228     return vec_ldia(0, (int *) a);
 229 #else
 230     return vec_ldiaa(0, (int *) a);
 231 #endif
 232 }
 233
 234 /* Code for handling loading and applying exclusion masks. Note that
 235    parameter a is not treated like an array index; it is naively added
 236    to b, so should be in bytes. */
 237 static gmx_inline gmx_mm_pb gmx_load_interaction_mask_pb(long a, const real *b)
 238 {
 239 #ifdef NDEBUG
 240     return vec_ld(a, (real *) b);
 241 #else
 242     return vec_lda(a, (real *) b);
 243 #endif
 244 }
 245
 246 #endif /* USE_FUNCTIONS_FOR_QPX */
 247
 248 #endif /* _nbnxn_kernel_simd_utils_ibm_qpx_h_ */