src/gromacs/mdlib/nbnxn_kernels/nbnxn_kernel_simd_utils_x86_mic.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2013,2014, 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_mic_h_
  36 #define _nbnxn_kernel_simd_utils_x86_mic_h_
  37
  38 typedef gmx_simd_int32_t      gmx_exclfilter;
  39 static const int filter_stride = GMX_SIMD_INT32_WIDTH/GMX_SIMD_REAL_WIDTH;
  40
  41 #define PERM_LOW2HIGH _MM_PERM_BABA
  42 #define PERM_HIGH2LOW _MM_PERM_DCDC
  43
  44 #define mask_loh _mm512_int2mask(0x00FF) /* would be better a constant - but can't initialize with a function call. */
  45 #define mask_hih _mm512_int2mask(0xFF00)
  46
  47 /* float/double SIMD register type */
  48 typedef __m512 gmx_mm_pr4;
  49
  50 static gmx_inline gmx_mm_pr4
  51 gmx_load_pr4(const real *r)
  52 {
  53     return _mm512_loadunpacklo_ps(_mm512_undefined_ps(), r);
  54 }
  55
  56 static gmx_inline void
  57 gmx_store_pr4(real *dest, gmx_mm_pr4 src)
  58 {
  59     _mm512_mask_packstorelo_ps(dest, _mm512_int2mask(0xF), src);
  60 }
  61
  62 static gmx_inline gmx_mm_pr4
  63 gmx_add_pr4(gmx_mm_pr4 a, gmx_mm_pr4 b)
  64 {
  65     return _mm512_add_ps(a, b);
  66 }
  67
  68 /* Half-width SIMD real type */
  69 typedef __m512 gmx_mm_hpr; /* high half is ignored */
  70
  71 /* Half-width SIMD operations */
  72
  73 /* Load reals at half-width aligned pointer b into half-width SIMD register a */
  74 static gmx_inline void
  75 gmx_load_hpr(gmx_mm_hpr *a, const real *b)
  76 {
  77     *a = _mm512_loadunpacklo_ps(_mm512_undefined_ps(), b);
  78 }
  79
  80 /* Set all entries in half-width SIMD register *a to b */
  81 static gmx_inline void
  82 gmx_set1_hpr(gmx_mm_hpr *a, real b)
  83 {
  84     *a = _mm512_set1_ps(b);
  85 }
  86
  87 /* Load one real at b and one real at b+1 into halves of a, respectively */
  88 static gmx_inline void
  89 gmx_load1p1_pr(gmx_mm_ps *a, const real *b)
  90 {
  91
  92     *a = _mm512_mask_extload_ps(_mm512_extload_ps(b, _MM_UPCONV_PS_NONE, _MM_BROADCAST_1X16, _MM_HINT_NONE), mask_hih,
  93                                 b+1, _MM_UPCONV_PS_NONE, _MM_BROADCAST_1X16, _MM_HINT_NONE);
  94 }
  95
  96 /* Load reals at half-width aligned pointer b into two halves of a */
  97 static gmx_inline void
  98 gmx_loaddh_pr(gmx_mm_ps *a, const real *b)
  99 {
 100     *a = _mm512_permute4f128_ps(_mm512_loadunpacklo_ps(_mm512_undefined_ps(), b), PERM_LOW2HIGH);
 101 }
 102
 103 /* Store half-width SIMD register b into half width aligned memory a */
 104 static gmx_inline void
 105 gmx_store_hpr(real *a, gmx_mm_hpr b)
 106 {
 107     _mm512_mask_packstorelo_ps(a, mask_loh, b);
 108 }
 109
 110 #define gmx_add_hpr _mm512_add_ps
 111 #define gmx_sub_hpr _mm512_sub_ps
 112
 113 /* Sum over 4 half SIMD registers */
 114 static gmx_inline gmx_mm_hpr
 115 gmx_sum4_hpr(gmx_mm_ps a, gmx_mm_ps b)
 116 {
 117     a = _mm512_add_ps(a, b);
 118     b = _mm512_permute4f128_ps(a, PERM_HIGH2LOW);
 119     return _mm512_add_ps(a, b);
 120 }
 121
 122 /* Sum the elements of halfs of each input register and store sums in out */
 123 static gmx_inline gmx_mm_pr4
 124 gmx_mm_transpose_sum4h_pr(gmx_mm_ps a, gmx_mm_ps b)
 125 {
 126     return _mm512_setr4_ps(_mm512_mask_reduce_add_ps(mask_loh, a),
 127                            _mm512_mask_reduce_add_ps(mask_hih, a),
 128                            _mm512_mask_reduce_add_ps(mask_loh, b),
 129                            _mm512_mask_reduce_add_ps(mask_hih, b));
 130 }
 131
 132 static gmx_inline void
 133 gmx_pr_to_2hpr(gmx_mm_ps a, gmx_mm_hpr *b, gmx_mm_hpr *c)
 134 {
 135     *b = a;
 136     *c = _mm512_permute4f128_ps(a, PERM_HIGH2LOW);
 137 }
 138
 139 static gmx_inline void
 140 gmx_2hpr_to_pr(gmx_mm_hpr a, gmx_mm_hpr b, gmx_mm_ps *c)
 141 {
 142     *c = _mm512_mask_permute4f128_ps(a, mask_hih, b, PERM_LOW2HIGH);
 143 }
 144
 145 /* recombine the 2 high half into c */
 146 static gmx_inline void
 147 gmx_2hpr_high_to_pr(gmx_mm_hpr a, gmx_mm_hpr b, gmx_mm_ps *c)
 148 {
 149     *c = _mm512_mask_permute4f128_ps(b, mask_loh, a, PERM_HIGH2LOW);
 150 }
 151
 152 static gmx_inline void
 153 gmx_2hepi_to_epi(gmx_simd_int32_t a, gmx_simd_int32_t b, gmx_simd_int32_t *c)
 154 {
 155     *c = _mm512_mask_permute4f128_epi32(a, mask_hih, b, PERM_LOW2HIGH);
 156 }
 157
 158 /* recombine the 2 high half into c */
 159 static gmx_inline void
 160 gmx_2hepi_high_to_epi(gmx_simd_int32_t a, gmx_simd_int32_t b, gmx_simd_int32_t *c)
 161 {
 162     *c = _mm512_mask_permute4f128_epi32(b, mask_loh, a, PERM_HIGH2LOW);
 163 }
 164
 165 /* Align a stack-based thread-local working array. work-array (currently) not used by load_table_f*/
 166 static gmx_inline int *
 167 prepare_table_load_buffer(const int *array)
 168 {
 169     return NULL;
 170 }
 171
 172 /* Using TAB_FDV0 is slower (for non-analytical PME). For the _mm512_i32gather_ps it helps
 173    to have the 16 elements in fewer cache lines. This is why it is faster to do F&D toghether
 174    and low/high half after each other, then simply doing a gather for tab_coul_F and tab_coul_F+1.
 175    The ording of the 16 elements doesn't matter, so it doesn't help to get FD sorted as odd/even
 176    instead of low/high.
 177  */
 178 static gmx_inline void
 179 load_table_f(const real *tab_coul_F, gmx_simd_int32_t ti_S, int *ti,
 180              gmx_mm_ps *ctab0_S, gmx_mm_ps *ctab1_S)
 181 {
 182     __m512i idx;
 183     __m512i ti1 = _mm512_add_epi32(ti_S, _mm512_set1_epi32(1)); /* incr by 1 for tab1 */
 184     gmx_2hepi_to_epi(ti_S, ti1, &idx);
 185     __m512  tmp1 = _mm512_i32gather_ps(idx, tab_coul_F, sizeof(float));
 186     gmx_2hepi_high_to_epi(ti_S, ti1, &idx);
 187     __m512  tmp2 = _mm512_i32gather_ps(idx, tab_coul_F, sizeof(float));
 188
 189     gmx_2hpr_to_pr(tmp1, tmp2, ctab0_S);
 190     gmx_2hpr_high_to_pr(tmp1, tmp2, ctab1_S);
 191     *ctab1_S  = gmx_simd_sub_r(*ctab1_S, *ctab0_S);
 192 }
 193
 194 static gmx_inline void
 195 load_table_f_v(const real *tab_coul_F, const real *tab_coul_V,
 196                gmx_simd_int32_t ti_S, int *ti,
 197                gmx_mm_ps *ctab0_S, gmx_mm_ps *ctab1_S,
 198                gmx_mm_ps *ctabv_S)
 199 {
 200     load_table_f(tab_coul_F, ti_S, ti, ctab0_S, ctab1_S);
 201     *ctabv_S = _mm512_i32gather_ps(ti_S, tab_coul_V, sizeof(float));
 202 }
 203
 204 static gmx_inline gmx_mm_pr4
 205 gmx_mm_transpose_sum4_pr(gmx_mm_ps in0, gmx_mm_ps in1,
 206                          gmx_mm_ps in2, gmx_mm_ps in3)
 207 {
 208     return _mm512_setr4_ps(_mm512_reduce_add_ps(in0),
 209                            _mm512_reduce_add_ps(in1),
 210                            _mm512_reduce_add_ps(in2),
 211                            _mm512_reduce_add_ps(in3));
 212 }
 213
 214 static gmx_inline void
 215 load_lj_pair_params2(const real *nbfp0, const real *nbfp1,
 216                      const int *type, int aj,
 217                      gmx_mm_ps *c6_S, gmx_mm_ps *c12_S)
 218 {
 219     __m512i idx0, idx1, idx;
 220
 221     /* load all 8 unaligned requires 2 load. */
 222     idx0 = _mm512_loadunpacklo_epi32(_mm512_undefined_epi32(), type+aj);
 223     idx0 = _mm512_loadunpackhi_epi32(idx0, type+aj+16);
 224
 225     idx0 = _mm512_mullo_epi32(idx0, _mm512_set1_epi32(nbfp_stride));
 226     idx1 = _mm512_add_epi32(idx0, _mm512_set1_epi32(1)); /* incr by 1 for c12 */
 227
 228     gmx_2hepi_to_epi(idx0, idx1, &idx);
 229     __m512 tmp1 = _mm512_i32gather_ps(idx, nbfp0, sizeof(float));
 230     __m512 tmp2 = _mm512_i32gather_ps(idx, nbfp1, sizeof(float));
 231
 232     gmx_2hpr_to_pr(tmp1, tmp2, c6_S);
 233     gmx_2hpr_high_to_pr(tmp1, tmp2, c12_S);
 234 }
 235
 236 #define HAVE_GMX_SUM_SIMD
 237 static gmx_inline real
 238 gmx_sum_simd(gmx_simd_real_t x, real* b)
 239 {
 240     return _mm512_reduce_add_ps(x);
 241 }
 242 static gmx_inline real
 243 gmx_sum_simd4(gmx_simd_real_t x, real* b)
 244 {
 245     return _mm512_mask_reduce_add_ps(_mm512_int2mask(0xF), x);
 246 }
 247
 248 /* Code for handling loading exclusions and converting them into
 249    interactions. */
 250 #define gmx_load1_exclfilter _mm512_set1_epi32
 251 #define gmx_load_exclusion_filter _mm512_load_epi32
 252 #define gmx_checkbitmask_pb _mm512_test_epi32_mask
 253
 254 #endif /* _nbnxn_kernel_simd_utils_ref_h_ */