src/gromacs/mdlib/nbnxn_kernels/nbnxn_kernel_simd_utils_x86_128s.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2012,2013, 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_x86_128s_h_
  36 #define _nbnxn_kernel_simd_utils_x86_128s_h_
  37
  38 /* This files contains all functions/macros for the SIMD kernels
  39  * which have explicit dependencies on the j-cluster size and/or SIMD-width.
  40  * The functionality which depends on the j-cluster size is:
  41  *   LJ-parameter lookup
  42  *   force table lookup
  43  *   energy group pair energy storage
  44  */
  45
  46 typedef gmx_epi32 gmx_exclfilter;
  47 static const int filter_stride = GMX_SIMD_EPI32_WIDTH/GMX_SIMD_WIDTH_HERE;
  48
  49 /* Collect element 0 and 1 of the 4 inputs to out0 and out1, respectively */
  50 static gmx_inline void
  51 gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(__m128 in0, __m128 in1, __m128 in2, __m128 in3,
  52                                __m128 *out0, __m128 *out1)
  53 {
  54     __m128 _c01, _c23;
  55
  56     _c01  = _mm_movelh_ps(in0, in1);
  57     _c23  = _mm_movelh_ps(in2, in3);
  58     *out0 = _mm_shuffle_ps(_c01, _c23, _MM_SHUFFLE(2, 0, 2, 0));
  59     *out1 = _mm_shuffle_ps(_c01, _c23, _MM_SHUFFLE(3, 1, 3, 1));
  60 }
  61
  62 /* Collect element 2 of the 4 inputs to out */
  63 static gmx_inline __m128
  64 gmx_shuffle_4_ps_fil2_to_1_ps(__m128 in0, __m128 in1, __m128 in2, __m128 in3)
  65 {
  66     __m128 _c01, _c23;
  67
  68     _c01 = _mm_shuffle_ps(in0, in1, _MM_SHUFFLE(3, 2, 3, 2));
  69     _c23 = _mm_shuffle_ps(in2, in3, _MM_SHUFFLE(3, 2, 3, 2));
  70
  71     return _mm_shuffle_ps(_c01, _c23, _MM_SHUFFLE(2, 0, 2, 0));
  72 }
  73
  74 /* Sum the elements within each input register and store the sums in out */
  75 static gmx_inline __m128
  76 gmx_mm_transpose_sum4_pr(__m128 in0, __m128 in1,
  77                          __m128 in2, __m128 in3)
  78 {
  79     _MM_TRANSPOSE4_PS(in0, in1, in2, in3);
  80     in0  = _mm_add_ps(in0, in1);
  81     in2  = _mm_add_ps(in2, in3);
  82
  83     return _mm_add_ps(in0, in2);
  84 }
  85
  86 static gmx_inline void
  87 load_lj_pair_params(const real *nbfp, const int *type, int aj,
  88                     __m128 *c6_S, __m128 *c12_S)
  89 {
  90     __m128 clj_S[UNROLLJ];
  91     int    p;
  92
  93     for (p = 0; p < UNROLLJ; p++)
  94     {
  95         /* Here we load 4 aligned floats, but we need just 2 */
  96         clj_S[p] = gmx_load_pr(nbfp+type[aj+p]*nbfp_stride);
  97     }
  98     gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(clj_S[0], clj_S[1], clj_S[2], clj_S[3], c6_S, c12_S);
  99 }
 100
 101 /* The load_table functions below are performance critical.
 102  * The routines issue UNROLLI*UNROLLJ _mm_load_ps calls.
 103  * As these all have latencies, scheduling is crucial.
 104  * The Intel compilers and CPUs seem to do a good job at this.
 105  * But AMD CPUs perform significantly worse with gcc than with icc.
 106  * Performance is improved a bit by using the extract function UNROLLJ times,
 107  * instead of doing an _mm_store_si128 for every i-particle.
 108  * This is only faster when we use FDV0 formatted tables, where we also need
 109  * to multiple the index by 4, which can be done by a SIMD bit shift.
 110  * With single precision AVX, 8 extracts are much slower than 1 store.
 111  * Because of this, the load_table_f function always takes the ti
 112  * parameter, which should contain a buffer that is aligned with
 113  * prepare_table_load_buffer(), but it is only used with full-width
 114  * AVX_256. */
 115
 116 static gmx_inline void
 117 load_table_f(const real *tab_coul_FDV0, gmx_epi32 ti_S, int *ti,
 118              __m128 *ctab0_S, __m128 *ctab1_S)
 119 {
 120     int    idx[4];
 121     __m128 ctab_S[4];
 122
 123     /* Table has 4 entries, left-shift index by 2 */
 124     ti_S = _mm_slli_epi32(ti_S, 2);
 125     /* Without SSE4.1 the extract macro needs an immediate: unroll */
 126     idx[0]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 0);
 127     ctab_S[0] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[0]);
 128     idx[1]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 1);
 129     ctab_S[1] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[1]);
 130     idx[2]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 2);
 131     ctab_S[2] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[2]);
 132     idx[3]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 3);
 133     ctab_S[3] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[3]);
 134
 135     /* Shuffle the force table entries to a convenient order */
 136     gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(ctab_S[0], ctab_S[1], ctab_S[2], ctab_S[3], ctab0_S, ctab1_S);
 137 }
 138
 139 static gmx_inline void
 140 load_table_f_v(const real *tab_coul_FDV0, gmx_epi32 ti_S, int *ti,
 141                __m128 *ctab0_S, __m128 *ctab1_S, __m128 *ctabv_S)
 142 {
 143     int    idx[4];
 144     __m128 ctab_S[4];
 145
 146     /* Table has 4 entries, left-shift index by 2 */
 147     ti_S = _mm_slli_epi32(ti_S, 2);
 148     /* Without SSE4.1 the extract macro needs an immediate: unroll */
 149     idx[0]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 0);
 150     ctab_S[0] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[0]);
 151     idx[1]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 1);
 152     ctab_S[1] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[1]);
 153     idx[2]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 2);
 154     ctab_S[2] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[2]);
 155     idx[3]    = gmx_mm_extract_epi32(ti_S, 3);
 156     ctab_S[3] = _mm_load_ps(tab_coul_FDV0+idx[3]);
 157
 158     /* Shuffle the force table entries to a convenient order */
 159     gmx_shuffle_4_ps_fil01_to_2_ps(ctab_S[0], ctab_S[1], ctab_S[2], ctab_S[3], ctab0_S, ctab1_S);
 160
 161     *ctabv_S = gmx_shuffle_4_ps_fil2_to_1_ps(ctab_S[0], ctab_S[1], ctab_S[2], ctab_S[3]);
 162 }
 163
 164 static gmx_inline gmx_exclfilter
 165 gmx_load1_exclfilter(int e)
 166 {
 167     return _mm_set1_epi32(e);
 168 }
 169
 170 static gmx_inline gmx_exclfilter
 171 gmx_load_exclusion_filter(const unsigned *i)
 172 {
 173     return _mm_load_si128((__m128i *) i);
 174 }
 175
 176 static gmx_inline gmx_mm_pb
 177 gmx_checkbitmask_pb(gmx_exclfilter m0, gmx_exclfilter m1)
 178 {
 179     return gmx_mm_castsi128_ps(_mm_cmpeq_epi32(_mm_andnot_si128(m0, m1), _mm_setzero_si128()));
 180 }
 181
 182 #endif /* _nbnxn_kernel_simd_utils_x86_s128s_h_ */