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