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, 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(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), m,
  80                                     _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), m + 8) };
  94 }
  95
  96 static inline void gmx_simdcall store4U(double* m, Simd4Double a)
  97 {
  98     _mm512_mask_packstorelo_pd(m, _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
  99     _mm512_mask_packstorehi_pd(m + 8, _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
 100 }
 101
 102 static inline Simd4Double gmx_simdcall simd4SetZeroD()
 103 {
 104     return { _mm512_setzero_pd() };
 105 }
 106
 107 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator&(Simd4Double a, Simd4Double b)
 108 {
 109     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_and_epi32(
 110             _mm512_undefined_epi32(), _mm512_int2mask(0x00FF), _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 111             _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 112 }
 113
 114 static inline Simd4Double gmx_simdcall andNot(Simd4Double a, Simd4Double b)
 115 {
 116     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_andnot_epi32(
 117             _mm512_undefined_epi32(), _mm512_int2mask(0x00FF), _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 118             _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 119 }
 120
 121 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator|(Simd4Double a, Simd4Double b)
 122 {
 123     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_or_epi32(
 124             _mm512_undefined_epi32(), _mm512_int2mask(0x00FF), _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 125             _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 126 }
 127
 128 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator^(Simd4Double a, Simd4Double b)
 129 {
 130     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_xor_epi32(
 131             _mm512_undefined_epi32(), _mm512_int2mask(0x00FF), _mm512_castpd_si512(a.simdInternal_),
 132             _mm512_castpd_si512(b.simdInternal_))) };
 133 }
 134
 135 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator+(Simd4Double a, Simd4Double b)
 136 {
 137     return { _mm512_mask_add_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_,
 138                                 b.simdInternal_) };
 139 }
 140
 141 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator-(Simd4Double a, Simd4Double b)
 142 {
 143     return { _mm512_mask_sub_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_,
 144                                 b.simdInternal_) };
 145 }
 146
 147 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator-(Simd4Double x)
 148 {
 149     return { _mm512_mask_addn_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_,
 150                                  _mm512_setzero_pd()) };
 151 }
 152
 153 static inline Simd4Double gmx_simdcall operator*(Simd4Double a, Simd4Double b)
 154 {
 155     return { _mm512_mask_mul_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_,
 156                                 b.simdInternal_) };
 157 }
 158
 159 static inline Simd4Double gmx_simdcall fma(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 160 {
 161     return { _mm512_mask_fmadd_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 162 }
 163
 164 static inline Simd4Double gmx_simdcall fms(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 165 {
 166     return { _mm512_mask_fmsub_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 167 }
 168
 169 static inline Simd4Double gmx_simdcall fnma(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 170 {
 171     return { _mm512_mask_fnmadd_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 172 }
 173
 174 static inline Simd4Double gmx_simdcall fnms(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4Double c)
 175 {
 176     return { _mm512_mask_fnmsub_pd(a.simdInternal_, _mm512_int2mask(0xF), b.simdInternal_, c.simdInternal_) };
 177 }
 178
 179 static inline Simd4Double gmx_simdcall rsqrt(Simd4Double x)
 180 {
 181     return { _mm512_mask_cvtpslo_pd(
 182             _mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF),
 183             _mm512_mask_rsqrt23_ps(_mm512_undefined_ps(), _mm512_int2mask(0xF),
 184                                    _mm512_mask_cvtpd_pslo(_mm512_undefined_ps(),
 185                                                           _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_))) };
 186 }
 187
 188 static inline Simd4Double gmx_simdcall abs(Simd4Double x)
 189 {
 190     return { _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_andnot_epi32(
 191             _mm512_undefined_epi32(), _mm512_int2mask(0x00FF),
 192             _mm512_castpd_si512(_mm512_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO)), _mm512_castpd_si512(x.simdInternal_)))
 193
 194     };
 195 }
 196
 197 static inline Simd4Double gmx_simdcall max(Simd4Double a, Simd4Double b)
 198 {
 199     return { _mm512_mask_gmax_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_,
 200                                  b.simdInternal_) };
 201 }
 202
 203 static inline Simd4Double gmx_simdcall min(Simd4Double a, Simd4Double b)
 204 {
 205     return { _mm512_mask_gmin_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_,
 206                                  b.simdInternal_) };
 207 }
 208
 209 static inline Simd4Double gmx_simdcall round(Simd4Double x)
 210 {
 211     return { _mm512_mask_roundfxpnt_adjust_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF), x.simdInternal_,
 212                                               _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE) };
 213 }
 214
 215 static inline Simd4Double gmx_simdcall trunc(Simd4Double x)
 216 {
 217     return { _mm512_mask_roundfxpnt_adjust_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(0xF),
 218                                               x.simdInternal_, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE) };
 219 }
 220
 221 static inline double gmx_simdcall dotProduct(Simd4Double a, Simd4Double b)
 222 {
 223     return _mm512_mask_reduce_add_pd(_mm512_int2mask(7),
 224                                      _mm512_mask_mul_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(7),
 225                                                         a.simdInternal_, b.simdInternal_));
 226 }
 227
 228 static inline void gmx_simdcall transpose(Simd4Double* v0, Simd4Double* v1, Simd4Double* v2, Simd4Double* v3)
 229 {
 230     __m512i t0 = _mm512_mask_permute4f128_epi32(_mm512_castpd_si512(v0->simdInternal_), 0xFF00,
 231                                                 _mm512_castpd_si512(v1->simdInternal_), _MM_PERM_BABA);
 232     __m512i t1 = _mm512_mask_permute4f128_epi32(_mm512_castpd_si512(v2->simdInternal_), 0xFF00,
 233                                                 _mm512_castpd_si512(v3->simdInternal_), _MM_PERM_BABA);
 234
 235     t0 = _mm512_permutevar_epi32(
 236             _mm512_set_epi32(15, 14, 7, 6, 13, 12, 5, 4, 11, 10, 3, 2, 9, 8, 1, 0), t0);
 237     t1 = _mm512_permutevar_epi32(
 238             _mm512_set_epi32(15, 14, 7, 6, 13, 12, 5, 4, 11, 10, 3, 2, 9, 8, 1, 0), t1);
 239
 240     v0->simdInternal_ = _mm512_mask_swizzle_pd(_mm512_castsi512_pd(t0), _mm512_int2mask(0xCC),
 241                                                _mm512_castsi512_pd(t1), _MM_SWIZ_REG_BADC);
 242     v1->simdInternal_ = _mm512_mask_swizzle_pd(_mm512_castsi512_pd(t1), _mm512_int2mask(0x33),
 243                                                _mm512_castsi512_pd(t0), _MM_SWIZ_REG_BADC);
 244
 245     v2->simdInternal_ =
 246             _mm512_castps_pd(_mm512_permute4f128_ps(_mm512_castpd_ps(v0->simdInternal_), _MM_PERM_DCDC));
 247     v3->simdInternal_ =
 248             _mm512_castps_pd(_mm512_permute4f128_ps(_mm512_castpd_ps(v1->simdInternal_), _MM_PERM_DCDC));
 249 }
 250
 251 // Picky, picky, picky:
 252 // icc-16 complains about "Illegal value of immediate argument to intrinsic"
 253 // unless we use
 254 // 1) Ordered-quiet for ==
 255 // 2) Unordered-quiet for !=
 256 // 3) Ordered-signaling for < and <=
 257
 258 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator==(Simd4Double a, Simd4Double b)
 259 {
 260     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_EQ_OQ) };
 261 }
 262
 263 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator!=(Simd4Double a, Simd4Double b)
 264 {
 265     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_NEQ_UQ) };
 266 }
 267
 268 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator<(Simd4Double a, Simd4Double b)
 269 {
 270     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_LT_OS) };
 271 }
 272
 273 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator<=(Simd4Double a, Simd4Double b)
 274 {
 275     return { _mm512_mask_cmp_pd_mask(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_, b.simdInternal_, _CMP_LE_OS) };
 276 }
 277
 278 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator&&(Simd4DBool a, Simd4DBool b)
 279 {
 280     return { _mm512_kand(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 281 }
 282
 283 static inline Simd4DBool gmx_simdcall operator||(Simd4DBool a, Simd4DBool b)
 284 {
 285     return { _mm512_kor(a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 286 }
 287
 288 static inline bool gmx_simdcall anyTrue(Simd4DBool a)
 289 {
 290     return (_mm512_mask2int(a.simdInternal_) & 0xF) != 0;
 291 }
 292
 293 static inline Simd4Double gmx_simdcall selectByMask(Simd4Double a, Simd4DBool m)
 294 {
 295     return { _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), m.simdInternal_, a.simdInternal_) };
 296 }
 297
 298 static inline Simd4Double gmx_simdcall selectByNotMask(Simd4Double a, Simd4DBool m)
 299 {
 300     return { _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), _mm512_knot(m.simdInternal_), a.simdInternal_) };
 301 }
 302
 303 static inline Simd4Double gmx_simdcall blend(Simd4Double a, Simd4Double b, Simd4DBool sel)
 304 {
 305     return { _mm512_mask_blend_pd(sel.simdInternal_, a.simdInternal_, b.simdInternal_) };
 306 }
 307
 308 static inline double gmx_simdcall reduce(Simd4Double a)
 309 {
 310     return _mm512_mask_reduce_add_pd(_mm512_int2mask(0xF), a.simdInternal_);
 311 }
 312
 313 } // namespace gmx
 314
 315 #endif // GMX_SIMD_IMPL_X86_MIC_SIMD4_DOUBLE_H