src/gromacs/simd/impl_arm_neon/impl_arm_neon_simd4_float.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014,2015,2019, 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 GMX_SIMD_IMPL_ARM_NEON_SIMD4_FLOAT_H
  36 #define GMX_SIMD_IMPL_ARM_NEON_SIMD4_FLOAT_H
  37
  38 #include "config.h"
  39
  40 #include <cassert>
  41 #include <cstddef>
  42
  43 #include <arm_neon.h>
  44
  45 namespace gmx
  46 {
  47
  48 class Simd4Float
  49 {
  50 public:
  51     Simd4Float() {}
  52
  53     Simd4Float(float f) : simdInternal_(vdupq_n_f32(f)) {}
  54
  55     // Internal utility constructor to simplify return statements
  56     Simd4Float(float32x4_t simd) : simdInternal_(simd) {}
  57
  58     float32x4_t simdInternal_;
  59 };
  60
  61 class Simd4FBool
  62 {
  63 public:
  64     Simd4FBool() {}
  65
  66     //! \brief Construct from scalar bool
  67     Simd4FBool(bool b) : simdInternal_(vdupq_n_u32(b ? 0xFFFFFFFF : 0)) {}
  68
  69     // Internal utility constructor to simplify return statements
  70     Simd4FBool(uint32x4_t simd) : simdInternal_(simd) {}
  71
  72     uint32x4_t simdInternal_;
  73 };
  74
  75 static inline Simd4Float gmx_simdcall load4(const float* m)
  76 {
  77     assert(size_t(m) % 16 == 0);
  78     return { vld1q_f32(m) };
  79 }
  80
  81 static inline void gmx_simdcall store4(float* m, Simd4Float a)
  82 {
  83     assert(size_t(m) % 16 == 0);
  84     vst1q_f32(m, a.simdInternal_);
  85 }
  86
  87 static inline Simd4Float gmx_simdcall load4U(const float* m)
  88 {
  89     return { vld1q_f32(m) };
  90 }
  91
  92 static inline void gmx_simdcall store4U(float* m, Simd4Float a)
  93 {
  94     vst1q_f32(m, a.simdInternal_);
  95 }
  96
  97 static inline Simd4Float gmx_simdcall simd4SetZeroF()
  98 {
  99     return { vdupq_n_f32(0.0F) };
 100 }
 101
 102 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator&(Simd4Float a, Simd4Float b)
 103 {
 104     return { vreinterpretq_f32_s32(vandq_s32(vreinterpretq_s32_f32(a.simdInternal_),
 105                                              vreinterpretq_s32_f32(b.simdInternal_))) };
 106 }
 107
 108 static inline Simd4Float gmx_simdcall andNot(Simd4Float a, Simd4Float b)
 109 {
 110     return { vreinterpretq_f32_s32(vbicq_s32(vreinterpretq_s32_f32(b.simdInternal_),
 111                                              vreinterpretq_s32_f32(a.simdInternal_))) };
 112 }
 113
 114 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator|(Simd4Float a, Simd4Float b)
 115 {
 116     return { vreinterpretq_f32_s32(vorrq_s32(vreinterpretq_s32_f32(a.simdInternal_),
 117                                              vreinterpretq_s32_f32(b.simdInternal_))) };
 118 }
 119
 120 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator^(Simd4Float a, Simd4Float b)
 121 {
 122     return { vreinterpretq_f32_s32(veorq_s32(vreinterpretq_s32_f32(a.simdInternal_),
 123                                              vreinterpretq_s32_f32(b.simdInternal_))) };
 124 }
 125
 126 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator+(Simd4Float a, Simd4Float b)
 127 {
 128     return { vaddq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 129 }
 130
 131 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator-(Simd4Float a, Simd4Float b)
 132 {
 133     return { vsubq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 134 }
 135
 136 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator-(Simd4Float x)
 137 {
 138     return { vnegq_f32(x.simdInternal_) };
 139 }
 140
 141 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator*(Simd4Float a, Simd4Float b)
 142 {
 143     return { vmulq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 144 }
 145
 146 // Override for Neon-Asimd
 147 #if GMX_SIMD_ARM_NEON
 148 static inline Simd4Float gmx_simdcall fma(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 149 {
 150     return {
 151 #    ifdef __ARM_FEATURE_FMA
 152         vfmaq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_)
 153 #    else
 154         vmlaq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_)
 155 #    endif
 156     };
 157 }
 158
 159 static inline Simd4Float gmx_simdcall fms(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 160 {
 161     return {
 162 #    ifdef __ARM_FEATURE_FMA
 163         vnegq_f32(vfmsq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_))
 164 #    else
 165         vnegq_f32(vmlsq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_))
 166 #    endif
 167     };
 168 }
 169
 170 static inline Simd4Float gmx_simdcall fnma(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 171 {
 172     return {
 173 #    ifdef __ARM_FEATURE_FMA
 174         vfmsq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_)
 175 #    else
 176         vmlsq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_)
 177 #    endif
 178     };
 179 }
 180
 181 static inline Simd4Float gmx_simdcall fnms(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 182 {
 183     return {
 184 #    ifdef __ARM_FEATURE_FMA
 185         vnegq_f32(vfmaq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_))
 186 #    else
 187         vnegq_f32(vmlaq_f32(c.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_))
 188 #    endif
 189     };
 190 }
 191 #endif
 192
 193 static inline Simd4Float gmx_simdcall rsqrt(Simd4Float x)
 194 {
 195     return { vrsqrteq_f32(x.simdInternal_) };
 196 }
 197
 198 static inline Simd4Float gmx_simdcall abs(Simd4Float x)
 199 {
 200     return { vabsq_f32(x.simdInternal_) };
 201 }
 202
 203 static inline Simd4Float gmx_simdcall max(Simd4Float a, Simd4Float b)
 204 {
 205     return { vmaxq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 206 }
 207
 208 static inline Simd4Float gmx_simdcall min(Simd4Float a, Simd4Float b)
 209 {
 210     return { vminq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 211 }
 212
 213 // Override for Neon-Asimd
 214 #if GMX_SIMD_ARM_NEON
 215 static inline Simd4Float gmx_simdcall round(Simd4Float x)
 216 {
 217     // Convert x to nearest integer
 218     float32x4_t signBitOfX = vreinterpretq_f32_u32(
 219             vandq_u32(vdupq_n_u32(0x80000000), vreinterpretq_u32_f32(x.simdInternal_)));
 220     float32x4_t half = vdupq_n_f32(0.5F);
 221     float32x4_t corr = vreinterpretq_f32_u32(
 222             vorrq_u32(vreinterpretq_u32_f32(half), vreinterpretq_u32_f32(signBitOfX)));
 223
 224     int32x4_t integerX = vcvtq_s32_f32(vaddq_f32(x.simdInternal_, corr));
 225
 226     // Convert back to float
 227
 228     return { vcvtq_f32_s32(integerX) };
 229 }
 230
 231 static inline Simd4Float gmx_simdcall trunc(Simd4Float x)
 232 {
 233     return { vcvtq_f32_s32(vcvtq_s32_f32(x.simdInternal_)) };
 234 }
 235 #endif
 236
 237 static inline void gmx_simdcall transpose(Simd4Float* v0, Simd4Float* v1, Simd4Float* v2, Simd4Float* v3)
 238 {
 239     float32x4x2_t t0  = vuzpq_f32(v0->simdInternal_, v2->simdInternal_);
 240     float32x4x2_t t1  = vuzpq_f32(v1->simdInternal_, v3->simdInternal_);
 241     float32x4x2_t t2  = vtrnq_f32(t0.val[0], t1.val[0]);
 242     float32x4x2_t t3  = vtrnq_f32(t0.val[1], t1.val[1]);
 243     v0->simdInternal_ = t2.val[0];
 244     v1->simdInternal_ = t3.val[0];
 245     v2->simdInternal_ = t2.val[1];
 246     v3->simdInternal_ = t3.val[1];
 247 }
 248
 249 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator==(Simd4Float a, Simd4Float b)
 250 {
 251     return { vceqq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 252 }
 253
 254 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator!=(Simd4Float a, Simd4Float b)
 255 {
 256     return { vmvnq_u32(vceqq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_)) };
 257 }
 258
 259 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator<(Simd4Float a, Simd4Float b)
 260 {
 261     return { vcltq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 262 }
 263
 264 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator<=(Simd4Float a, Simd4Float b)
 265 {
 266     return { vcleq_f32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 267 }
 268
 269 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator&&(Simd4FBool a, Simd4FBool b)
 270 {
 271     return { vandq_u32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 272 }
 273
 274 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator||(Simd4FBool a, Simd4FBool b)
 275 {
 276     return { vorrq_u32(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 277 }
 278
 279 // Override for Neon-Asimd
 280 #if GMX_SIMD_ARM_NEON
 281 static inline bool gmx_simdcall anyTrue(Simd4FBool a)
 282 {
 283     uint32x4_t x = a.simdInternal_;
 284     uint32x4_t y = vextq_u32(x, x, 2);
 285
 286     x = vorrq_u32(x, y);
 287     y = vextq_u32(x, x, 1);
 288     x = vorrq_u32(x, y);
 289     return (vgetq_lane_u32(x, 0) != 0);
 290 }
 291 #endif
 292
 293 static inline Simd4Float gmx_simdcall selectByMask(Simd4Float a, Simd4FBool m)
 294 {
 295     return { vreinterpretq_f32_u32(vandq_u32(vreinterpretq_u32_f32(a.simdInternal_), m.simdInternal_)) };
 296 }
 297
 298 static inline Simd4Float gmx_simdcall selectByNotMask(Simd4Float a, Simd4FBool m)
 299 {
 300     return { vreinterpretq_f32_u32(vbicq_u32(vreinterpretq_u32_f32(a.simdInternal_), m.simdInternal_)) };
 301 }
 302
 303 static inline Simd4Float gmx_simdcall blend(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4FBool sel)
 304 {
 305     return { vbslq_f32(sel.simdInternal_, b.simdInternal_, a.simdInternal_) };
 306 }
 307
 308 // Override for Neon-Asimd
 309 #if GMX_SIMD_ARM_NEON
 310 static inline float gmx_simdcall reduce(Simd4Float a)
 311 {
 312     float32x4_t x = a.simdInternal_;
 313     float32x4_t y = vextq_f32(x, x, 2);
 314
 315     x = vaddq_f32(x, y);
 316     y = vextq_f32(x, x, 1);
 317     x = vaddq_f32(x, y);
 318     return vgetq_lane_f32(x, 0);
 319 }
 320
 321 static inline float gmx_simdcall dotProduct(Simd4Float a, Simd4Float b)
 322 {
 323     Simd4Float c;
 324
 325     c = a * b;
 326     /* set 4th element to 0, then add all of them */
 327     c.simdInternal_ = vsetq_lane_f32(0.0F, c.simdInternal_, 3);
 328     return reduce(c);
 329 }
 330 #endif
 331
 332 } // namespace gmx
 333
 334 #endif // GMX_SIMD_IMPL_ARM_NEON_SIMD4_FLOAT_H