src/gromacs/simd/impl_x86_avx_512/impl_x86_avx_512_simd4_float.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014,2015,2016,2019, 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_512_SIMD4_FLOAT_H
  37 #define GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_512_SIMD4_FLOAT_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 Simd4Float
  53 {
  54 public:
  55     Simd4Float() {}
  56
  57     Simd4Float(float f) : simdInternal_(_mm_set1_ps(f)) {}
  58
  59     // Internal utility constructor to simplify return statements
  60     Simd4Float(__m128 simd) : simdInternal_(simd) {}
  61
  62     __m128 simdInternal_;
  63 };
  64
  65 class Simd4FBool
  66 {
  67 public:
  68     Simd4FBool() {}
  69
  70     // Internal utility constructor to simplify return statements
  71     Simd4FBool(__mmask16 simd) : simdInternal_(simd) {}
  72
  73     __mmask16 simdInternal_;
  74 };
  75
  76 static inline Simd4Float gmx_simdcall load4(const float* m)
  77 {
  78     assert(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(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 static inline Simd4Float gmx_simdcall fma(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 144 {
 145     return { _mm_fmadd_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 146 }
 147
 148 static inline Simd4Float gmx_simdcall fms(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 149 {
 150     return { _mm_fmsub_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 151 }
 152
 153 static inline Simd4Float gmx_simdcall fnma(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 154 {
 155     return { _mm_fnmadd_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 156 }
 157
 158 static inline Simd4Float gmx_simdcall fnms(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4Float c)
 159 {
 160     return { _mm_fnmsub_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 161 }
 162
 163 // Override for AVX-512-KNL
 164 #if GMX_SIMD_X86_AVX_512
 165 static inline Simd4Float gmx_simdcall rsqrt(Simd4Float x)
 166 {
 167     return { _mm512_castps512_ps128(_mm512_rsqrt14_ps(_mm512_castps128_ps512(x.simdInternal_))) };
 168 }
 169 #endif
 170
 171 static inline Simd4Float gmx_simdcall abs(Simd4Float x)
 172 {
 173     return { _mm_andnot_ps(_mm_set1_ps(GMX_FLOAT_NEGZERO), x.simdInternal_) };
 174 }
 175
 176 static inline Simd4Float gmx_simdcall max(Simd4Float a, Simd4Float b)
 177 {
 178     return { _mm_max_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 179 }
 180
 181 static inline Simd4Float gmx_simdcall min(Simd4Float a, Simd4Float b)
 182 {
 183     return { _mm_min_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 184 }
 185
 186 static inline Simd4Float gmx_simdcall round(Simd4Float x)
 187 {
 188     return { _mm_round_ps(x.simdInternal_, _MM_FROUND_NINT) };
 189 }
 190
 191 static inline Simd4Float gmx_simdcall trunc(Simd4Float x)
 192 {
 193     return { _mm_round_ps(x.simdInternal_, _MM_FROUND_TRUNC) };
 194 }
 195
 196 static inline float gmx_simdcall dotProduct(Simd4Float a, Simd4Float b)
 197 {
 198     __m128 c, d;
 199     c = _mm_mul_ps(a.simdInternal_, b.simdInternal_);
 200     d = _mm_add_ps(c, _mm_permute_ps(c, _MM_SHUFFLE(0, 3, 2, 1)));
 201     d = _mm_add_ps(d, _mm_permute_ps(c, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2)));
 202     return *reinterpret_cast<float*>(&d);
 203 }
 204
 205 static inline void gmx_simdcall transpose(Simd4Float* v0, Simd4Float* v1, Simd4Float* v2, Simd4Float* v3)
 206 {
 207     __m128 t0, t1, t2, t3;
 208
 209     t0                = _mm_unpacklo_ps(v0->simdInternal_, v2->simdInternal_);
 210     t1                = _mm_unpackhi_ps(v0->simdInternal_, v2->simdInternal_);
 211     t2                = _mm_unpacklo_ps(v1->simdInternal_, v3->simdInternal_);
 212     t3                = _mm_unpackhi_ps(v1->simdInternal_, v3->simdInternal_);
 213     v0->simdInternal_ = _mm_unpacklo_ps(t0, t2);
 214     v1->simdInternal_ = _mm_unpackhi_ps(t0, t2);
 215     v2->simdInternal_ = _mm_unpacklo_ps(t1, t3);
 216     v3->simdInternal_ = _mm_unpackhi_ps(t1, t3);
 217 }
 218
 219 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator==(Simd4Float a, Simd4Float b)
 220 {
 221     return { _mm512_mask_cmp_ps_mask(avx512Int2Mask(0xF), _mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_),
 222                                      _mm512_castps128_ps512(b.simdInternal_), _CMP_EQ_OQ) };
 223 }
 224
 225 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator!=(Simd4Float a, Simd4Float b)
 226 {
 227     return { _mm512_mask_cmp_ps_mask(avx512Int2Mask(0xF), _mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_),
 228                                      _mm512_castps128_ps512(b.simdInternal_), _CMP_NEQ_OQ) };
 229 }
 230
 231 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator<(Simd4Float a, Simd4Float b)
 232 {
 233     return { _mm512_mask_cmp_ps_mask(avx512Int2Mask(0xF), _mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_),
 234                                      _mm512_castps128_ps512(b.simdInternal_), _CMP_LT_OQ) };
 235 }
 236
 237 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator<=(Simd4Float a, Simd4Float b)
 238 {
 239     return { _mm512_mask_cmp_ps_mask(avx512Int2Mask(0xF), _mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_),
 240                                      _mm512_castps128_ps512(b.simdInternal_), _CMP_LE_OQ) };
 241 }
 242
 243 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator&&(Simd4FBool a, Simd4FBool b)
 244 {
 245     return { _mm512_kand(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 246 }
 247
 248 static inline Simd4FBool gmx_simdcall operator||(Simd4FBool a, Simd4FBool b)
 249 {
 250     return { _mm512_kor(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 251 }
 252
 253 static inline bool gmx_simdcall anyTrue(Simd4FBool a)
 254 {
 255     return (avx512Mask2Int(a.simdInternal_) & 0xF) != 0;
 256 }
 257
 258 static inline Simd4Float gmx_simdcall selectByMask(Simd4Float a, Simd4FBool m)
 259 {
 260     return { _mm512_castps512_ps128(_mm512_mask_mov_ps(_mm512_setzero_ps(), m.simdInternal_,
 261                                                        _mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_))) };
 262 }
 263
 264 static inline Simd4Float gmx_simdcall selectByNotMask(Simd4Float a, Simd4FBool m)
 265 {
 266     return { _mm512_castps512_ps128(_mm512_mask_mov_ps(_mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_),
 267                                                        m.simdInternal_, _mm512_setzero_ps())) };
 268 }
 269
 270 static inline Simd4Float gmx_simdcall blend(Simd4Float a, Simd4Float b, Simd4FBool sel)
 271 {
 272     return { _mm512_castps512_ps128(_mm512_mask_blend_ps(sel.simdInternal_,
 273                                                          _mm512_castps128_ps512(a.simdInternal_),
 274                                                          _mm512_castps128_ps512(b.simdInternal_))) };
 275 }
 276
 277 static inline float gmx_simdcall reduce(Simd4Float a)
 278 {
 279     __m128 b;
 280     b = _mm_add_ps(a.simdInternal_, _mm_permute_ps(a.simdInternal_, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2)));
 281     b = _mm_add_ss(b, _mm_permute_ps(b, _MM_SHUFFLE(0, 3, 2, 1)));
 282     return *reinterpret_cast<float*>(&b);
 283 }
 284
 285 } // namespace gmx
 286
 287 #endif // GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_512_SIMD4_FLOAT_H