src/gromacs/simd/impl_arm_neon/impl_arm_neon_util_float.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014,2015,2016,2017,2018,2019, 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_UTIL_FLOAT_H
  36 #define GMX_SIMD_IMPL_ARM_NEON_UTIL_FLOAT_H
  37
  38 #include "config.h"
  39
  40 #include <cassert>
  41 #include <cstddef>
  42 #include <cstdint>
  43
  44 #include <arm_neon.h>
  45
  46 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  47
  48 #include "impl_arm_neon_simd_float.h"
  49
  50
  51 namespace gmx
  52 {
  53
  54 template<int align>
  55 static inline void gmx_simdcall gatherLoadTranspose(const float*       base,
  56                                                     const std::int32_t offset[],
  57                                                     SimdFloat*         v0,
  58                                                     SimdFloat*         v1,
  59                                                     SimdFloat*         v2,
  60                                                     SimdFloat*         v3)
  61 {
  62     assert(std::size_t(offset) % 16 == 0);
  63     assert(std::size_t(base) % 16 == 0);
  64     assert(align % 4 == 0);
  65
  66     // Unfortunately we cannot use the beautiful Neon structured load
  67     // instructions since the data comes from four different memory locations.
  68     float32x4x2_t t0 =
  69             vuzpq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[0]), vld1q_f32(base + align * offset[2]));
  70     float32x4x2_t t1 =
  71             vuzpq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[1]), vld1q_f32(base + align * offset[3]));
  72     float32x4x2_t t2  = vtrnq_f32(t0.val[0], t1.val[0]);
  73     float32x4x2_t t3  = vtrnq_f32(t0.val[1], t1.val[1]);
  74     v0->simdInternal_ = t2.val[0];
  75     v1->simdInternal_ = t3.val[0];
  76     v2->simdInternal_ = t2.val[1];
  77     v3->simdInternal_ = t3.val[1];
  78 }
  79
  80 template<int align>
  81 static inline void gmx_simdcall
  82                    gatherLoadTranspose(const float* base, const std::int32_t offset[], SimdFloat* v0, SimdFloat* v1)
  83 {
  84     assert(std::size_t(offset) % 16 == 0);
  85     assert(std::size_t(base) % 8 == 0);
  86     assert(align % 2 == 0);
  87
  88     v0->simdInternal_ =
  89             vcombine_f32(vld1_f32(base + align * offset[0]), vld1_f32(base + align * offset[2]));
  90     v1->simdInternal_ =
  91             vcombine_f32(vld1_f32(base + align * offset[1]), vld1_f32(base + align * offset[3]));
  92
  93     float32x4x2_t tmp = vtrnq_f32(v0->simdInternal_, v1->simdInternal_);
  94
  95     v0->simdInternal_ = tmp.val[0];
  96     v1->simdInternal_ = tmp.val[1];
  97 }
  98
  99 static const int c_simdBestPairAlignmentFloat = 2;
 100
 101 template<int align>
 102 static inline void gmx_simdcall gatherLoadUTranspose(const float*       base,
 103                                                      const std::int32_t offset[],
 104                                                      SimdFloat*         v0,
 105                                                      SimdFloat*         v1,
 106                                                      SimdFloat*         v2)
 107 {
 108     assert(std::size_t(offset) % 16 == 0);
 109
 110     float32x4x2_t t0 =
 111             vuzpq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[0]), vld1q_f32(base + align * offset[2]));
 112     float32x4x2_t t1 =
 113             vuzpq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[1]), vld1q_f32(base + align * offset[3]));
 114     float32x4x2_t t2  = vtrnq_f32(t0.val[0], t1.val[0]);
 115     float32x4x2_t t3  = vtrnq_f32(t0.val[1], t1.val[1]);
 116     v0->simdInternal_ = t2.val[0];
 117     v1->simdInternal_ = t3.val[0];
 118     v2->simdInternal_ = t2.val[1];
 119 }
 120
 121
 122 template<int align>
 123 static inline void gmx_simdcall
 124                    transposeScatterStoreU(float* base, const std::int32_t offset[], SimdFloat v0, SimdFloat v1, SimdFloat v2)
 125 {
 126     assert(std::size_t(offset) % 16 == 0);
 127
 128     float32x4x2_t tmp = vtrnq_f32(v0.simdInternal_, v1.simdInternal_);
 129
 130     vst1_f32(base + align * offset[0], vget_low_f32(tmp.val[0]));
 131     vst1_f32(base + align * offset[1], vget_low_f32(tmp.val[1]));
 132     vst1_f32(base + align * offset[2], vget_high_f32(tmp.val[0]));
 133     vst1_f32(base + align * offset[3], vget_high_f32(tmp.val[1]));
 134
 135     vst1q_lane_f32(base + align * offset[0] + 2, v2.simdInternal_, 0);
 136     vst1q_lane_f32(base + align * offset[1] + 2, v2.simdInternal_, 1);
 137     vst1q_lane_f32(base + align * offset[2] + 2, v2.simdInternal_, 2);
 138     vst1q_lane_f32(base + align * offset[3] + 2, v2.simdInternal_, 3);
 139 }
 140
 141
 142 template<int align>
 143 static inline void gmx_simdcall
 144                    transposeScatterIncrU(float* base, const std::int32_t offset[], SimdFloat v0, SimdFloat v1, SimdFloat v2)
 145 {
 146     assert(std::size_t(offset) % 16 == 0);
 147
 148     if (align < 4)
 149     {
 150         float32x2_t   t0, t1, t2, t3;
 151         float32x4x2_t tmp = vtrnq_f32(v0.simdInternal_, v1.simdInternal_);
 152
 153         t0 = vget_low_f32(tmp.val[0]);
 154         t1 = vget_low_f32(tmp.val[1]);
 155         t2 = vget_high_f32(tmp.val[0]);
 156         t3 = vget_high_f32(tmp.val[1]);
 157
 158         t0 = vadd_f32(t0, vld1_f32(base + align * offset[0]));
 159         vst1_f32(base + align * offset[0], t0);
 160         base[align * offset[0] + 2] += vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 0);
 161
 162         t1 = vadd_f32(t1, vld1_f32(base + align * offset[1]));
 163         vst1_f32(base + align * offset[1], t1);
 164         base[align * offset[1] + 2] += vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 1);
 165
 166         t2 = vadd_f32(t2, vld1_f32(base + align * offset[2]));
 167         vst1_f32(base + align * offset[2], t2);
 168         base[align * offset[2] + 2] += vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 2);
 169
 170         t3 = vadd_f32(t3, vld1_f32(base + align * offset[3]));
 171         vst1_f32(base + align * offset[3], t3);
 172         base[align * offset[3] + 2] += vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 3);
 173     }
 174     else
 175     {
 176         // Extra elements means we can use full width-4 load/store operations
 177         float32x4x2_t t0 = vuzpq_f32(v0.simdInternal_, v2.simdInternal_);
 178         float32x4x2_t t1 = vuzpq_f32(v1.simdInternal_, vdupq_n_f32(0.0F));
 179         float32x4x2_t t2 = vtrnq_f32(t0.val[0], t1.val[0]);
 180         float32x4x2_t t3 = vtrnq_f32(t0.val[1], t1.val[1]);
 181         float32x4_t   t4 = t2.val[0];
 182         float32x4_t   t5 = t3.val[0];
 183         float32x4_t   t6 = t2.val[1];
 184         float32x4_t   t7 = t3.val[1];
 185
 186         vst1q_f32(base + align * offset[0], vaddq_f32(t4, vld1q_f32(base + align * offset[0])));
 187         vst1q_f32(base + align * offset[1], vaddq_f32(t5, vld1q_f32(base + align * offset[1])));
 188         vst1q_f32(base + align * offset[2], vaddq_f32(t6, vld1q_f32(base + align * offset[2])));
 189         vst1q_f32(base + align * offset[3], vaddq_f32(t7, vld1q_f32(base + align * offset[3])));
 190     }
 191 }
 192
 193 template<int align>
 194 static inline void gmx_simdcall
 195                    transposeScatterDecrU(float* base, const std::int32_t offset[], SimdFloat v0, SimdFloat v1, SimdFloat v2)
 196 {
 197     assert(std::size_t(offset) % 16 == 0);
 198
 199     if (align < 4)
 200     {
 201         float32x2_t   t0, t1, t2, t3;
 202         float32x4x2_t tmp = vtrnq_f32(v0.simdInternal_, v1.simdInternal_);
 203
 204         t0 = vget_low_f32(tmp.val[0]);
 205         t1 = vget_low_f32(tmp.val[1]);
 206         t2 = vget_high_f32(tmp.val[0]);
 207         t3 = vget_high_f32(tmp.val[1]);
 208
 209         t0 = vsub_f32(vld1_f32(base + align * offset[0]), t0);
 210         vst1_f32(base + align * offset[0], t0);
 211         base[align * offset[0] + 2] -= vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 0);
 212
 213         t1 = vsub_f32(vld1_f32(base + align * offset[1]), t1);
 214         vst1_f32(base + align * offset[1], t1);
 215         base[align * offset[1] + 2] -= vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 1);
 216
 217         t2 = vsub_f32(vld1_f32(base + align * offset[2]), t2);
 218         vst1_f32(base + align * offset[2], t2);
 219         base[align * offset[2] + 2] -= vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 2);
 220
 221         t3 = vsub_f32(vld1_f32(base + align * offset[3]), t3);
 222         vst1_f32(base + align * offset[3], t3);
 223         base[align * offset[3] + 2] -= vgetq_lane_f32(v2.simdInternal_, 3);
 224     }
 225     else
 226     {
 227         // Extra elements means we can use full width-4 load/store operations
 228         float32x4x2_t t0 = vuzpq_f32(v0.simdInternal_, v2.simdInternal_);
 229         float32x4x2_t t1 = vuzpq_f32(v1.simdInternal_, vdupq_n_f32(0.0F));
 230         float32x4x2_t t2 = vtrnq_f32(t0.val[0], t1.val[0]);
 231         float32x4x2_t t3 = vtrnq_f32(t0.val[1], t1.val[1]);
 232         float32x4_t   t4 = t2.val[0];
 233         float32x4_t   t5 = t3.val[0];
 234         float32x4_t   t6 = t2.val[1];
 235         float32x4_t   t7 = t3.val[1];
 236
 237         vst1q_f32(base + align * offset[0], vsubq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[0]), t4));
 238         vst1q_f32(base + align * offset[1], vsubq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[1]), t5));
 239         vst1q_f32(base + align * offset[2], vsubq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[2]), t6));
 240         vst1q_f32(base + align * offset[3], vsubq_f32(vld1q_f32(base + align * offset[3]), t7));
 241     }
 242 }
 243
 244 static inline void gmx_simdcall expandScalarsToTriplets(SimdFloat  scalar,
 245                                                         SimdFloat* triplets0,
 246                                                         SimdFloat* triplets1,
 247                                                         SimdFloat* triplets2)
 248 {
 249     float32x2_t lo, hi;
 250     float32x4_t t0, t1, t2, t3;
 251
 252     lo = vget_low_f32(scalar.simdInternal_);
 253     hi = vget_high_f32(scalar.simdInternal_);
 254
 255     t0 = vdupq_lane_f32(lo, 0);
 256     t1 = vdupq_lane_f32(lo, 1);
 257     t2 = vdupq_lane_f32(hi, 0);
 258     t3 = vdupq_lane_f32(hi, 1);
 259
 260     triplets0->simdInternal_ = vextq_f32(t0, t1, 1);
 261     triplets1->simdInternal_ = vextq_f32(t1, t2, 2);
 262     triplets2->simdInternal_ = vextq_f32(t2, t3, 3);
 263 }
 264
 265
 266 template<int align>
 267 static inline void gmx_simdcall gatherLoadBySimdIntTranspose(const float* base,
 268                                                              SimdFInt32   offset,
 269                                                              SimdFloat*   v0,
 270                                                              SimdFloat*   v1,
 271                                                              SimdFloat*   v2,
 272                                                              SimdFloat*   v3)
 273 {
 274     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t ioffset[GMX_SIMD_FINT32_WIDTH];
 275
 276     assert(std::size_t(base) % 16 == 0);
 277     assert(align % 4 == 0);
 278
 279     store(ioffset, offset);
 280     gatherLoadTranspose<align>(base, ioffset, v0, v1, v2, v3);
 281 }
 282
 283 template<int align>
 284 static inline void gmx_simdcall
 285                    gatherLoadBySimdIntTranspose(const float* base, SimdFInt32 offset, SimdFloat* v0, SimdFloat* v1)
 286 {
 287     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t ioffset[GMX_SIMD_FINT32_WIDTH];
 288
 289     store(ioffset, offset);
 290     gatherLoadTranspose<align>(base, ioffset, v0, v1);
 291 }
 292
 293
 294 template<int align>
 295 static inline void gmx_simdcall
 296                    gatherLoadUBySimdIntTranspose(const float* base, SimdFInt32 offset, SimdFloat* v0, SimdFloat* v1)
 297 {
 298     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t ioffset[GMX_SIMD_FINT32_WIDTH];
 299
 300     store(ioffset, offset);
 301     v0->simdInternal_ =
 302             vcombine_f32(vld1_f32(base + align * ioffset[0]), vld1_f32(base + align * ioffset[2]));
 303     v1->simdInternal_ =
 304             vcombine_f32(vld1_f32(base + align * ioffset[1]), vld1_f32(base + align * ioffset[3]));
 305     float32x4x2_t tmp = vtrnq_f32(v0->simdInternal_, v1->simdInternal_);
 306     v0->simdInternal_ = tmp.val[0];
 307     v1->simdInternal_ = tmp.val[1];
 308 }
 309
 310 static inline float gmx_simdcall reduceIncr4ReturnSum(float* m, SimdFloat v0, SimdFloat v1, SimdFloat v2, SimdFloat v3)
 311 {
 312     assert(std::size_t(m) % 16 == 0);
 313
 314     float32x4x2_t t0 = vuzpq_f32(v0.simdInternal_, v2.simdInternal_);
 315     float32x4x2_t t1 = vuzpq_f32(v1.simdInternal_, v3.simdInternal_);
 316     float32x4x2_t t2 = vtrnq_f32(t0.val[0], t1.val[0]);
 317     float32x4x2_t t3 = vtrnq_f32(t0.val[1], t1.val[1]);
 318     v0.simdInternal_ = t2.val[0];
 319     v1.simdInternal_ = t3.val[0];
 320     v2.simdInternal_ = t2.val[1];
 321     v3.simdInternal_ = t3.val[1];
 322
 323     v0 = v0 + v1;
 324     v2 = v2 + v3;
 325     v0 = v0 + v2;
 326     v2 = v0 + simdLoad(m);
 327     store(m, v2);
 328
 329     return reduce(v0);
 330 }
 331
 332 } // namespace gmx
 333
 334 #endif // GMX_SIMD_IMPL_ARM_NEON_UTIL_FLOAT_H