src/gromacs/simd/impl_x86_avx_256/impl_x86_avx_256_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
  36 #ifndef GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_256_SIMD4_FLOAT_H
  37 #define GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_256_SIMD4_FLOAT_H
  38
  39 #include "config.h"
  40
  41 #include <cassert>
  42 #include <cstddef>
  43
  44 #include <immintrin.h>
  45
  46 namespace gmx
  47 {
  48
  49 class Simd4Float
  50 {
  51 public:
  52     Simd4Float() {}
  53
  54     Simd4Float(float f) : simdInternal_(_mm_set1_ps(f)) {}
  55
  56     // Internal utility constructor to simplify return statements
  57     Simd4Float(__m128 simd) : simdInternal_(simd) {}
  58
  59     __m128 simdInternal_;
  60 };
  61
  62 class Simd4FBool
  63 {
  64 public:
  65     Simd4FBool() {}
  66
  67     //! \brief Construct from scalar bool
  68     Simd4FBool(bool b) : simdInternal_(_mm_castsi128_ps(_mm_set1_epi32(b ? 0xFFFFFFFF : 0))) {}
  69
  70     // Internal utility constructor to simplify return statements
  71     Simd4FBool(__m128 simd) : simdInternal_(simd) {}
  72
  73     __m128 simdInternal_;
  74 };
  75
  76 static inline Simd4Float gmx_simdcall load4(const float* m)
  77 {
  78     assert(std::size_t(m) % 16 == 0);
  79     return { _mm_load_ps(m) };
  80 }
  81
  82 static inline void gmx_simdcall store4(float* m, Simd4Float a)
  83 {
  84     assert(std::size_t(m) % 16 == 0);
  85     _mm_store_ps(m, a.simdInternal_);
  86 }
  87
  88 static inline Simd4Float gmx_simdcall load4U(const float* m)
  89 {
  90     return { _mm_loadu_ps(m) };
  91 }
  92
  93 static inline void gmx_simdcall store4U(float* m, Simd4Float a)
  94 {
  95     _mm_storeu_ps(m, a.simdInternal_);
  96 }
  97
  98 static inline Simd4Float gmx_simdcall simd4SetZeroF()
  99 {
 100     return { _mm_setzero_ps() };
 101 }
 102
 103 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator&(Simd4Float a, Simd4Float b)
 104 {
 105     return { _mm_and_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 106 }
 107
 108 static inline Simd4Float gmx_simdcall andNot(Simd4Float a, Simd4Float b)
 109 {
 110     return { _mm_andnot_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 111 }
 112
 113 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator|(Simd4Float a, Simd4Float b)
 114 {
 115     return { _mm_or_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 116 }
 117
 118 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator^(Simd4Float a, Simd4Float b)
 119 {
 120     return { _mm_xor_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 121 }
 122
 123 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator+(Simd4Float a, Simd4Float b)
 124 {
 125     return { _mm_add_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 126 }
 127
 128 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator-(Simd4Float a, Simd4Float b)
 129 {
 130     return { _mm_sub_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 131 }
 132
 133 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator-(Simd4Float x)
 134 {
 135     return { _mm_xor_ps(x.simdInternal_, _mm_set1_ps(GMX_FLOAT_NEGZERO)) };
 136 }
 137
 138 static inline Simd4Float gmx_simdcall operator*(Simd4Float a, Simd4Float b)
 139 {
 140     return { _mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 141 }
 142
 143 // Override for AVX2 and higher
 144 #if GMX_SIMD_X86_AVX_256
 145 static inline Simd4Float gmx_simdcall fma(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 146 {
 147     return { _mm_add_ps(_mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_), c.simdInternal_) };
 148 }
 149
 150 static inline Simd4Float gmx_simdcall fms(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 151 {
 152     return { _mm_sub_ps(_mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_), c.simdInternal_) };
 153 }
 154
 155 static inline Simd4Float gmx_simdcall fnma(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 156 {
 157     return { _mm_sub_ps(c.simdInternal_, _mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_)) };
 158 }
 159
 160 static inline Simd4Float gmx_simdcall fnms(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 161 {
 162     return { _mm_sub_ps(_mm_setzero_ps(),
 163                         _mm_add_ps(_mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_), c.simdInternal_)) };
 164 }
 165 #endif
 166
 167 static inline Simd4Float gmx_simdcall rsqrt(Simd4Float x)
 168 {
 169     return { _mm_rsqrt_ps(x.simdInternal_) };
 170 }
 171
 172 static inline Simd4Float gmx_simdcall abs(Simd4Float x)
 173 {
 174     return { _mm_andnot_ps(_mm_set1_ps(GMX_FLOAT_NEGZERO), x.simdInternal_) };
 175 }
 176
 177 static inline Simd4Float gmx_simdcall max(Simd4Float a, Simd4Float b)
 178 {
 179     return { _mm_max_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 180 }
 181
 182 static inline Simd4Float gmx_simdcall min(Simd4Float a, Simd4Float b)
 183 {
 184     return { _mm_min_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 185 }
 186
 187 static inline Simd4Float gmx_simdcall round(Simd4Float x)
 188 {
 189     return { _mm_round_ps(x.simdInternal_, _MM_FROUND_NINT) };
 190 }
 191
 192 static inline Simd4Float gmx_simdcall trunc(Simd4Float x)
 193 {
 194     return { _mm_round_ps(x.simdInternal_, _MM_FROUND_TRUNC) };
 195 }
 196
 197 static inline float gmx_simdcall dotProduct(Simd4Float a, Simd4Float b)
 198 {
 199     __m128 c, d;
 200     c = _mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_);
 201     d = _mm_add_ps(c, _mm_permute_ps(c, _MM_SHUFFLE(2, 1, 2, 1)));
 202     d = _mm_add_ps(d, _mm_permute_ps(c, _MM_SHUFFLE(3, 2, 3, 2)));
 203     return *reinterpret_cast<float*>(&d);
 204 }
 205
 206 static inline void gmx_simdcall transpose(Simd4Float* v0, Simd4Float* v1, Simd4Float* v2, Simd4Float* v3)
 207 {
 208     _MM_TRANSPOSE4_PS(v0->simdInternal_, v1->simdInternal_, v2->simdInternal_, v3->simdInternal_);
 209 }
 210
 211 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator==(Simd4Float a, Simd4Float b)
 212 {
 213     return { _mm_cmp_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_EQ_OQ) };
 214 }
 215
 216 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator!=(Simd4Float a, Simd4Float b)
 217 {
 218     return { _mm_cmp_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_NEQ_OQ) };
 219 }
 220
 221 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator<(Simd4Float a, Simd4Float b)
 222 {
 223     return { _mm_cmp_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_LT_OQ) };
 224 }
 225
 226 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator<=(Simd4Float a, Simd4Float b)
 227 {
 228     return { _mm_cmp_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_LE_OQ) };
 229 }
 230
 231 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator&&(Simd4FBool a, Simd4FBool b)
 232 {
 233     return { _mm_and_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 234 }
 235
 236 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator||(Simd4FBool a, Simd4FBool b)
 237 {
 238     return { _mm_or_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 239 }
 240
 241 static inline bool gmx_simdcall anyTrue(Simd4FBool a)
 242 {
 243     return _mm_movemask_ps(a.simdInternal_) != 0;
 244 }
 245
 246 static inline Simd4Float gmx_simdcall selectByMask(Simd4Float a, Simd4FBool mask)
 247 {
 248     return { _mm_and_ps(a.simdInternal_, mask.simdInternal_) };
 249 }
 250
 251 static inline Simd4Float gmx_simdcall selectByNotMask(Simd4Float a, Simd4FBool mask)
 252 {
 253     return { _mm_andnot_ps(mask.simdInternal_, a.simdInternal_) };
 254 }
 255
 256 static inline Simd4Float gmx_simdcall blend(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4FBool sel)
 257 {
 258     return { _mm_blendv_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, sel.simdInternal_) };
 259 }
 260
 261 static inline float gmx_simdcall reduce(Simd4Float a)
 262 {
 263     __m128 b;
 264     b = _mm_add_ps(a.simdInternal_, _mm_permute_ps(a.simdInternal_, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2)));
 265     b = _mm_add_ss(b, _mm_permute_ps(b, _MM_SHUFFLE(0, 3, 2, 1)));
 266     return *reinterpret_cast<float*>(&b);
 267 }
 268
 269 } // namespace gmx
 270
 271 #endif // GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_256_SIMD4_FLOAT_H