src/gromacs/simd/impl_x86_mic/impl_x86_mic_simd4_double.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014,2015,2017,2019,2020, 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_MIC_SIMD4_DOUBLE_H
  37 #define GMX_SIMD_IMPL_X86_MIC_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_mic_simd_double.h"
  48
  49 namespace gmx
  50 {
  51
  52 class Simd4Double
  53 {
  54 public:
  55     Simd4Double() {}
  56
  57     Simd4Double(double d) : simdInternal_(_mm512_set1_pd(d)) {}
  58
  59     // Internal utility constructor to simplify return statements
  60     Simd4Double(__m512d simd) : simdInternal_(simd) {}
  61
  62     __m512d simdInternal_;
  63 };
  64
  65 class Simd4DBool
  66 {
  67 public:
  68     Simd4DBool() {}
  69
  70     // Internal utility constructor to simplify return statements
  71     Simd4DBool(__mmask16 simd) : simdInternal_(simd) {}
  72
  73     __mmask16 simdInternal_;
  74 };
  75
  76 static inline Simd4Double gmx_simdcall load4(const double* m)
  77 {
  78     assert(size_t(m) % 32 == 0);
  79     return { _mm512_mask_extload_pd(
  80             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), m, _MM_UPCONV_PD_NONE, _MM_BROADCAST_4X8, _MM_HINT_NONE) };
  81 }
  82
  83 static inline void gmx_simdcall store4(double* m, Simd4Double a)
  84 {
  85     assert(size_t(m) % 32 == 0);
  86     _mm512_mask_packstorelo_pd(m, _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
  87 }
  88
  89 static inline Simd4Double gmx_simdcall load4U(const double* m)
  90 {
  91     return { _mm512_mask_loadunpackhi_pd(
  92             _mm512_mask_loadunpacklo_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), m),
  93             _mm512_int2mask(0xF),
  94             m + 8) };
  95 }
  96
  97 static inline void gmx_simdcall store4U(double* m, Simd4Double a)
  98 {
  99     _mm512_mask_packstorelo_pd(m, _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
 100     _mm512_mask_packstorehi_pd(m + 8, _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
 101 }
 102
 103 static inline Simd4Double gmx_simdcall simd4SetZeroD()
 104 {
 105     return { _mm512_setzero_pd() };
 106 }
 107
 108 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator&(Simd4Double a, Simd4Double b)
 109 {
 110     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_and_epi32(_mm512_undefined_epi32(),
 111                                                        _mm512_int2mask(0x00FF),
 112                                                        _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 113                                                        _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 114 }
 115
 116 static inline Simd4Double gmx_simdcall andNot(Simd4Double a, Simd4Double b)
 117 {
 118     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_andnot_epi32(_mm512_undefined_epi32(),
 119                                                           _mm512_int2mask(0x00FF),
 120                                                           _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 121                                                           _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 122 }
 123
 124 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator|(Simd4Double a, Simd4Double b)
 125 {
 126     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_or_epi32(_mm512_undefined_epi32(),
 127                                                       _mm512_int2mask(0x00FF),
 128                                                       _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 129                                                       _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 130 }
 131
 132 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator^(Simd4Double a, Simd4Double b)
 133 {
 134     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_xor_epi32(_mm512_undefined_epi32(),
 135                                                        _mm512_int2mask(0x00FF),
 136                                                        _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 137                                                        _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 138 }
 139
 140 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator+(Simd4Double a, Simd4Double b)
 141 {
 142     return { _mm512_mask_add_pd(
 143             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 144 }
 145
 146 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator-(Simd4Double a, Simd4Double b)
 147 {
 148     return { _mm512_mask_sub_pd(
 149             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 150 }
 151
 152 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator-(Simd4Double x)
 153 {
 154     return { _mm512_mask_addn_pd(
 155             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_, _mm512_setzero_pd()) };
 156 }
 157
 158 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator*(Simd4Double a, Simd4Double b)
 159 {
 160     return { _mm512_mask_mul_pd(
 161             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 162 }
 163
 164 static inline Simd4Double gmx_simdcall fma(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 165 {
 166     return { _mm512_mask_fmadd_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 167 }
 168
 169 static inline Simd4Double gmx_simdcall fms(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 170 {
 171     return { _mm512_mask_fmsub_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 172 }
 173
 174 static inline Simd4Double gmx_simdcall fnma(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 175 {
 176     return { _mm512_mask_fnmadd_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 177 }
 178
 179 static inline Simd4Double gmx_simdcall fnms(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 180 {
 181     return { _mm512_mask_fnmsub_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 182 }
 183
 184 static inline Simd4Double gmx_simdcall rsqrt(Simd4Double x)
 185 {
 186     return { _mm512_mask_cvtpslo_pd(
 187             _mm512_undefined_pd(),
 188             _mm512_int2mask(0xF),
 189             _mm512_mask_rsqrt23_ps(
 190                     _mm512_undefined_ps(),
 191                     _mm512_int2mask(0xF),
 192                     _mm512_mask_cvtpd_pslo(_mm512_undefined_ps(), _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_))) };
 193 }
 194
 195 static inline Simd4Double gmx_simdcall abs(Simd4Double x)
 196 {
 197     return { _mm512_castsi512_pd(
 198             _mm512_mask_andnot_epi32(_mm512_undefined_epi32(),
 199                                      _mm512_int2mask(0x00FF),
 200                                      _mm512_castpd_si512(_mm512_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO)),
 201                                      _mm512_castpd_si512(x.simdInternal_)))
 202
 203     };
 204 }
 205
 206 static inline Simd4Double gmx_simdcall max(Simd4Double a, Simd4Double b)
 207 {
 208     return { _mm512_mask_gmax_pd(
 209             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 210 }
 211
 212 static inline Simd4Double gmx_simdcall min(Simd4Double a, Simd4Double b)
 213 {
 214     return { _mm512_mask_gmin_pd(
 215             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 216 }
 217
 218 static inline Simd4Double gmx_simdcall round(Simd4Double x)
 219 {
 220     return { _mm512_mask_roundfxpnt_adjust_pd(
 221             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE) };
 222 }
 223
 224 static inline Simd4Double gmx_simdcall trunc(Simd4Double x)
 225 {
 226     return { _mm512_mask_roundfxpnt_adjust_pd(
 227             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE) };
 228 }
 229
 230 static inline double gmx_simdcall dotProduct(Simd4Double a, Simd4Double b)
 231 {
 232     return _mm512_mask_reduce_add_pd(
 233             _mm512_int2mask(7),
 234             _mm512_mask_mul_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(7), a.simdInternal_, b.simdInternal_));
 235 }
 236
 237 static inline void gmx_simdcall transpose(Simd4Double* v0, Simd4Double* v1, Simd4Double* v2, Simd4Double* v3)
 238 {
 239     __m512i t0 = _mm512_mask_permute4f128_epi32(_mm512_castpd_si512(v0->simdInternal_),
 240                                                 0xFF00,
 241                                                 _mm512_castpd_si512(v1->simdInternal_),
 242                                                 _MM_PERM_BABA);
 243     __m512i t1 = _mm512_mask_permute4f128_epi32(_mm512_castpd_si512(v2->simdInternal_),
 244                                                 0xFF00,
 245                                                 _mm512_castpd_si512(v3->simdInternal_),
 246                                                 _MM_PERM_BABA);
 247
 248     t0 = _mm512_permutevar_epi32(
 249             _mm512_set_epi32(15, 14, 7, 6, 13, 12, 5, 4, 11, 10, 3, 2, 9, 8, 1, 0), t0);
 250     t1 = _mm512_permutevar_epi32(
 251             _mm512_set_epi32(15, 14, 7, 6, 13, 12, 5, 4, 11, 10, 3, 2, 9, 8, 1, 0), t1);
 252
 253     v0->simdInternal_ = _mm512_mask_swizzle_pd(
 254             _mm512_castsi512_pd(t0), _mm512_int2mask(0xCC), _mm512_castsi512_pd(t1), _MM_SWIZ_REG_BADC);
 255     v1->simdInternal_ = _mm512_mask_swizzle_pd(
 256             _mm512_castsi512_pd(t1), _mm512_int2mask(0x33), _mm512_castsi512_pd(t0), _MM_SWIZ_REG_BADC);
 257
 258     v2->simdInternal_ =
 259             _mm512_castps_pd(_mm512_permute4f128_ps(_mm512_castpd_ps(v0->simdInternal_), _MM_PERM_DCDC));
 260     v3->simdInternal_ =
 261             _mm512_castps_pd(_mm512_permute4f128_ps(_mm512_castpd_ps(v1->simdInternal_), _MM_PERM_DCDC));
 262 }
 263
 264 // Picky, picky, picky:
 265 // icc-16 complains about "Illegal value of immediate argument to intrinsic"
 266 // unless we use
 267 // 1) Ordered-quiet for ==
 268 // 2) Unordered-quiet for !=
 269 // 3) Ordered-signaling for < and <=
 270
 271 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator==(Simd4Double a, Simd4Double b)
 272 {
 273     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_EQ_OQ) };
 274 }
 275
 276 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator!=(Simd4Double a, Simd4Double b)
 277 {
 278     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_NEQ_UQ) };
 279 }
 280
 281 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator<(Simd4Double a, Simd4Double b)
 282 {
 283     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_LT_OS) };
 284 }
 285
 286 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator<=(Simd4Double a, Simd4Double b)
 287 {
 288     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_LE_OS) };
 289 }
 290
 291 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator&&(Simd4DBool a, Simd4DBool b)
 292 {
 293     return { _mm512_kand(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 294 }
 295
 296 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator||(Simd4DBool a, Simd4DBool b)
 297 {
 298     return { _mm512_kor(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 299 }
 300
 301 static inline bool gmx_simdcall anyTrue(Simd4DBool a)
 302 {
 303     return (_mm512_mask2int(a.simdInternal_) & 0xF) != 0;
 304 }
 305
 306 static inline Simd4Double gmx_simdcall selectByMask(Simd4Double a, Simd4DBool m)
 307 {
 308     return { _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), m.simdInternal_, a.simdInternal_) };
 309 }
 310
 311 static inline Simd4Double gmx_simdcall selectByNotMask(Simd4Double a, Simd4DBool m)
 312 {
 313     return { _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), _mm512_knot(m.simdInternal_), a.simdInternal_) };
 314 }
 315
 316 static inline Simd4Double gmx_simdcall blend(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4DBool sel)
 317 {
 318     return { _mm512_mask_blend_pd(sel.simdInternal_, a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 319 }
 320
 321 static inline double gmx_simdcall reduce(Simd4Double a)
 322 {
 323     return _mm512_mask_reduce_add_pd(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
 324 }
 325
 326 } // namespace gmx
 327
 328 #endif // GMX_SIMD_IMPL_X86_MIC_SIMD4_DOUBLE_H