src/gromacs/simd/impl_x86_avx_512/impl_x86_avx_512_simd4_double.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014,2015,2016,2017,2019,2020, 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_512_SIMD4_DOUBLE_H
  37 #define GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_512_SIMD4_DOUBLE_H
  38
  39 #include "config.h"
  40
  41 #include <cassert>
  42
  43 #include <immintrin.h>
  44
  45 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  46
  47 #include "impl_x86_avx_512_general.h"
  48
  49 namespace gmx
  50 {
  51
  52 class Simd4Double
  53 {
  54 public:
  55     Simd4Double() {}
  56
  57     Simd4Double(double d) : simdInternal_(_mm256_set1_pd(d)) {}
  58
  59     // Internal utility constructor to simplify return statements
  60     Simd4Double(__m256d simd) : simdInternal_(simd) {}
  61
  62     __m256d simdInternal_;
  63 };
  64
  65 class Simd4DBool
  66 {
  67 public:
  68     Simd4DBool() {}
  69
  70     // Internal utility constructor to simplify return statements
  71     Simd4DBool(__mmask8 simd) : simdInternal_(simd) {}
  72
  73     __mmask8 simdInternal_;
  74 };
  75
  76 static inline Simd4Double gmx_simdcall load4(const double* m)
  77 {
  78     assert(size_t(m) % 32 == 0);
  79     return { _mm256_load_pd(m) };
  80 }
  81
  82 static inline void gmx_simdcall store4(double* m, Simd4Double a)
  83 {
  84     assert(size_t(m) % 32 == 0);
  85     _mm256_store_pd(m, a.simdInternal_);
  86 }
  87
  88 static inline Simd4Double gmx_simdcall load4U(const double* m)
  89 {
  90     return { _mm256_loadu_pd(m) };
  91 }
  92
  93 static inline void gmx_simdcall store4U(double* m, Simd4Double a)
  94 {
  95     _mm256_storeu_pd(m, a.simdInternal_);
  96 }
  97
  98 static inline Simd4Double gmx_simdcall simd4SetZeroD()
  99 {
 100     return { _mm256_setzero_pd() };
 101 }
 102
 103 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator&(Simd4Double a, Simd4Double b)
 104 {
 105     return { _mm256_and_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 106 }
 107
 108 static inline Simd4Double gmx_simdcall andNot(Simd4Double a, Simd4Double b)
 109 {
 110     return { _mm256_andnot_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 111 }
 112
 113 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator|(Simd4Double a, Simd4Double b)
 114 {
 115     return { _mm256_or_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 116 }
 117
 118 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator^(Simd4Double a, Simd4Double b)
 119 {
 120     return { _mm256_xor_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 121 }
 122
 123 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator+(Simd4Double a, Simd4Double b)
 124 {
 125     return { _mm256_add_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 126 }
 127
 128 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator-(Simd4Double a, Simd4Double b)
 129 {
 130     return { _mm256_sub_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 131 }
 132
 133 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator-(Simd4Double x)
 134 {
 135     return { _mm256_xor_pd(x.simdInternal_, _mm256_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO)) };
 136 }
 137
 138 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator*(Simd4Double a, Simd4Double b)
 139 {
 140     return { _mm256_mul_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 141 }
 142
 143 static inline Simd4Double gmx_simdcall fma(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 144 {
 145     return { _mm256_fmadd_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 146 }
 147
 148 static inline Simd4Double gmx_simdcall fms(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 149 {
 150     return { _mm256_fmsub_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 151 }
 152
 153 static inline Simd4Double gmx_simdcall fnma(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 154 {
 155     return { _mm256_fnmadd_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 156 }
 157
 158 static inline Simd4Double gmx_simdcall fnms(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 159 {
 160     return { _mm256_fnmsub_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 161 }
 162
 163 // Override for AVX-512-KNL
 164 #if GMX_SIMD_X86_AVX_512
 165 static inline Simd4Double gmx_simdcall rsqrt(Simd4Double x)
 166 {
 167     return { _mm512_castpd512_pd256(_mm512_rsqrt14_pd(_mm512_castpd256_pd512(x.simdInternal_))) };
 168 }
 169 #endif
 170
 171 static inline Simd4Double gmx_simdcall abs(Simd4Double x)
 172 {
 173     return { _mm256_andnot_pd(_mm256_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO), x.simdInternal_) };
 174 }
 175
 176 static inline Simd4Double gmx_simdcall max(Simd4Double a, Simd4Double b)
 177 {
 178     return { _mm256_max_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 179 }
 180
 181 static inline Simd4Double gmx_simdcall min(Simd4Double a, Simd4Double b)
 182 {
 183     return { _mm256_min_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 184 }
 185
 186 static inline Simd4Double gmx_simdcall round(Simd4Double x)
 187 {
 188     return { _mm256_round_pd(x.simdInternal_, _MM_FROUND_NINT) };
 189 }
 190
 191 static inline Simd4Double gmx_simdcall trunc(Simd4Double x)
 192 {
 193     return { _mm256_round_pd(x.simdInternal_, _MM_FROUND_TRUNC) };
 194 }
 195
 196 static inline double gmx_simdcall dotProduct(Simd4Double a, Simd4Double b)
 197 {
 198     __m128d tmp1, tmp2;
 199     a.simdInternal_ = _mm256_mul_pd(a.simdInternal_, b.simdInternal_);
 200     tmp1            = _mm256_castpd256_pd128(a.simdInternal_);
 201     tmp2            = _mm256_extractf128_pd(a.simdInternal_, 0x1);
 202
 203     tmp1 = _mm_add_pd(tmp1, _mm_permute_pd(tmp1, _MM_SHUFFLE2(0, 1)));
 204     tmp1 = _mm_add_pd(tmp1, tmp2);
 205     return *reinterpret_cast<double*>(&tmp1);
 206 }
 207
 208 static inline void gmx_simdcall transpose(Simd4Double* v0, Simd4Double* v1, Simd4Double* v2, Simd4Double* v3)
 209 {
 210     __m256d t1, t2, t3, t4;
 211     t1                = _mm256_unpacklo_pd(v0->simdInternal_, v1->simdInternal_);
 212     t2                = _mm256_unpackhi_pd(v0->simdInternal_, v1->simdInternal_);
 213     t3                = _mm256_unpacklo_pd(v2->simdInternal_, v3->simdInternal_);
 214     t4                = _mm256_unpackhi_pd(v2->simdInternal_, v3->simdInternal_);
 215     v0->simdInternal_ = _mm256_permute2f128_pd(t1, t3, 0x20);
 216     v1->simdInternal_ = _mm256_permute2f128_pd(t2, t4, 0x20);
 217     v2->simdInternal_ = _mm256_permute2f128_pd(t1, t3, 0x31);
 218     v3->simdInternal_ = _mm256_permute2f128_pd(t2, t4, 0x31);
 219 }
 220
 221 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator==(Simd4Double a, Simd4Double b)
 222 {
 223     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(avx512Int2Mask(0xF),
 224                                      _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_),
 225                                      _mm512_castpd256_pd512(b.simdInternal_),
 226                                      _CMP_EQ_OQ) };
 227 }
 228
 229 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator!=(Simd4Double a, Simd4Double b)
 230 {
 231     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(avx512Int2Mask(0xF),
 232                                      _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_),
 233                                      _mm512_castpd256_pd512(b.simdInternal_),
 234                                      _CMP_NEQ_OQ) };
 235 }
 236
 237 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator<(Simd4Double a, Simd4Double b)
 238 {
 239     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(avx512Int2Mask(0xF),
 240                                      _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_),
 241                                      _mm512_castpd256_pd512(b.simdInternal_),
 242                                      _CMP_LT_OQ) };
 243 }
 244
 245 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator<=(Simd4Double a, Simd4Double b)
 246 {
 247     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(avx512Int2Mask(0xF),
 248                                      _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_),
 249                                      _mm512_castpd256_pd512(b.simdInternal_),
 250                                      _CMP_LE_OQ) };
 251 }
 252
 253 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator&&(Simd4DBool a, Simd4DBool b)
 254 {
 255     return { static_cast<__mmask8>(_mm512_kand(a.simdInternal_, b.simdInternal_)) };
 256 }
 257
 258 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator||(Simd4DBool a, Simd4DBool b)
 259 {
 260     return { static_cast<__mmask8>(_mm512_kor(a.simdInternal_, b.simdInternal_)) };
 261 }
 262
 263 static inline bool gmx_simdcall anyTrue(Simd4DBool x)
 264 {
 265     return (avx512Mask2Int(x.simdInternal_) & 0xF) != 0;
 266 }
 267
 268 static inline Simd4Double gmx_simdcall selectByMask(Simd4Double a, Simd4DBool m)
 269 {
 270     return { _mm512_castpd512_pd256(_mm512_mask_mov_pd(
 271             _mm512_setzero_pd(), m.simdInternal_, _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_))) };
 272 }
 273
 274 static inline Simd4Double gmx_simdcall selectByNotMask(Simd4Double a, Simd4DBool m)
 275 {
 276     return { _mm512_castpd512_pd256(_mm512_mask_mov_pd(
 277             _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_), m.simdInternal_, _mm512_setzero_pd())) };
 278 }
 279
 280 static inline Simd4Double gmx_simdcall blend(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4DBool sel)
 281 {
 282     return { _mm512_castpd512_pd256(_mm512_mask_blend_pd(sel.simdInternal_,
 283                                                          _mm512_castpd256_pd512(a.simdInternal_),
 284                                                          _mm512_castpd256_pd512(b.simdInternal_))) };
 285 }
 286
 287 static inline double gmx_simdcall reduce(Simd4Double a)
 288 {
 289     __m128d a0, a1;
 290
 291     a.simdInternal_ = _mm256_hadd_pd(a.simdInternal_, a.simdInternal_);
 292     a0              = _mm256_castpd256_pd128(a.simdInternal_);
 293     a1              = _mm256_extractf128_pd(a.simdInternal_, 0x1);
 294     a0              = _mm_add_sd(a0, a1);
 295     return *reinterpret_cast<double*>(&a0);
 296 }
 297
 298 } // namespace gmx
 299
 300 #endif // GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_512_SIMD4_DOUBLE_H