src/gromacs/simd/tests/simd.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014, 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 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include "simd.h"
  40
  41 namespace gmx
  42 {
  43 namespace test
  44 {
  45
  46 /*! \cond internal */
  47 /*! \addtogroup module_simd */
  48 /*! \{ */
  49
  50 /* Unfortunately we cannot keep static SIMD constants in the test fixture class.
  51  * The problem is that SIMD memory need to be aligned, and in particular
  52  * this applies to automatic storage of variables in classes. For SSE registers
  53  * this means 16-byte alignment (which seems to work), but AVX requires 32-bit
  54  * alignment. At least both gcc-4.7.3 and Apple clang-5.0 (OS X 10.9) fail to
  55  * align these variables when they are stored as data in a class.
  56  *
  57  * In theory we could set some of these on-the-fly e.g. with setSimdRealFrom3R()
  58  * instead (although that would mean repeating code between tests), but many of
  59  * the constants depend on the current precision not to mention they
  60  * occasionally have many digits that need to be exactly right, and keeping
  61  * them in a single place makes sure they are consistent.
  62  */
  63 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_REAL
  64 const gmx_simd_real_t rSimd_1_2_3    = setSimdRealFrom3R(1, 2, 3);
  65 const gmx_simd_real_t rSimd_4_5_6    = setSimdRealFrom3R(4, 5, 6);
  66 const gmx_simd_real_t rSimd_7_8_9    = setSimdRealFrom3R(7, 8, 9);
  67 const gmx_simd_real_t rSimd_5_7_9    = setSimdRealFrom3R(5, 7, 9);
  68 const gmx_simd_real_t rSimd_m1_m2_m3 = setSimdRealFrom3R(-1, -2, -3);
  69 const gmx_simd_real_t rSimd_3_1_4    = setSimdRealFrom3R(3, 1, 4);
  70 const gmx_simd_real_t rSimd_m3_m1_m4 = setSimdRealFrom3R(-3, -1, -4);
  71 const gmx_simd_real_t rSimd_2p25     = setSimdRealFrom1R(2.25);
  72 const gmx_simd_real_t rSimd_3p75     = setSimdRealFrom1R(3.75);
  73 const gmx_simd_real_t rSimd_m2p25    = setSimdRealFrom1R(-2.25);
  74 const gmx_simd_real_t rSimd_m3p75    = setSimdRealFrom1R(-3.75);
  75 const gmx_simd_real_t rSimd_Exp      = setSimdRealFrom3R( 1.4055235171027452623914516e+18,
  76                                                           5.3057102734253445623914516e-13,
  77                                                           -2.1057102745623934534514516e+16);
  78 #    if (defined GMX_SIMD_HAVE_DOUBLE) && (defined GMX_DOUBLE)
  79 // Make sure we also test exponents outside single precision when we use double
  80 const gmx_simd_real_t rSimd_ExpDouble = setSimdRealFrom3R( 6.287393598732017379054414e+176,
  81                                                            8.794495252903116023030553e-140,
  82                                                            -3.637060701570496477655022e+202);
  83 // Magic FP numbers corresponding to specific bit patterns
  84 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits1    = setSimdRealFrom1R(-1.07730874267432137e+236);
  85 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits2    = setSimdRealFrom1R(-9.25596313493178307e+061);
  86 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits3    = setSimdRealFrom1R(-8.57750588235293981e+003);
  87 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits4    = setSimdRealFrom1R( 1.22416778341839096e-250);
  88 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits5    = setSimdRealFrom1R(-1.15711777004554095e+294);
  89 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits6    = setSimdRealFrom1R( 1.53063836115600621e-018);
  90 #    else
  91 // Magic FP numbers corresponding to specific bit patterns
  92 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits1    = setSimdRealFrom1R(-5.9654142337e+29);
  93 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits2    = setSimdRealFrom1R(-1.0737417600e+08);
  94 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits3    = setSimdRealFrom1R(-6.0235290527e+00);
  95 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits4    = setSimdRealFrom1R( 1.0788832913e-31);
  96 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits5    = setSimdRealFrom1R(-1.0508719529e+37);
  97 const gmx_simd_real_t rSimd_Bits6    = setSimdRealFrom1R( 1.1488970369e-02);
  98 #    endif
  99 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 100 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_INT32
 101 const gmx_simd_int32_t iSimd_1_2_3      = setSimdIntFrom3I(1, 2, 3);
 102 const gmx_simd_int32_t iSimd_4_5_6      = setSimdIntFrom3I(4, 5, 6);
 103 const gmx_simd_int32_t iSimd_7_8_9      = setSimdIntFrom3I(7, 8, 9);
 104 const gmx_simd_int32_t iSimd_5_7_9      = setSimdIntFrom3I(5, 7, 9);
 105 const gmx_simd_int32_t iSimd_1M_2M_3M   = setSimdIntFrom3I(1000000, 2000000, 3000000);
 106 const gmx_simd_int32_t iSimd_4M_5M_6M   = setSimdIntFrom3I(4000000, 5000000, 6000000);
 107 const gmx_simd_int32_t iSimd_5M_7M_9M   = setSimdIntFrom3I(5000000, 7000000, 9000000);
 108 const gmx_simd_int32_t iSimd_0xF0F0F0F0 = setSimdIntFrom1I(0xF0F0F0F0);
 109 const gmx_simd_int32_t iSimd_0xCCCCCCCC = setSimdIntFrom1I(0xCCCCCCCC);
 110 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_INT32
 111
 112 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_REAL
 113 ::std::vector<real>
 114 simdReal2Vector(const gmx_simd_real_t simd)
 115 {
 116     real                mem[GMX_SIMD_REAL_WIDTH*2];
 117     real *              p = gmx_simd_align_r(mem);
 118
 119     gmx_simd_store_r(p, simd);
 120     std::vector<real>   v(p, p+GMX_SIMD_REAL_WIDTH);
 121
 122     return v;
 123 }
 124
 125 gmx_simd_real_t
 126 vector2SimdReal(const std::vector<real> &v)
 127 {
 128     real                mem[GMX_SIMD_REAL_WIDTH*2];
 129     real *              p = gmx_simd_align_r(mem);
 130
 131     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 132     {
 133         p[i] = v[i % v.size()];  // repeat vector contents to fill simd width
 134     }
 135     return gmx_simd_load_r(p);
 136 }
 137
 138 gmx_simd_real_t
 139 setSimdRealFrom3R(real r0, real r1, real r2)
 140 {
 141     std::vector<real> v(3);
 142     v[0] = r0;
 143     v[1] = r1;
 144     v[2] = r2;
 145     return vector2SimdReal(v);
 146 }
 147
 148 gmx_simd_real_t
 149 setSimdRealFrom1R(real value)
 150 {
 151     std::vector<real> v(GMX_SIMD_REAL_WIDTH);
 152     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 153     {
 154         v[i] = value;
 155     }
 156     return vector2SimdReal(v);
 157 }
 158
 159 testing::AssertionResult
 160 SimdTest::compareSimdRealUlp(const char *  refExpr,     const char *  tstExpr,
 161                              const gmx_simd_real_t ref, const gmx_simd_real_t tst)
 162 {
 163     return compareVectorRealUlp(refExpr, tstExpr, simdReal2Vector(ref), simdReal2Vector(tst));
 164 }
 165
 166 testing::AssertionResult
 167 SimdTest::compareSimdRealEq(const char * refExpr, const char * tstExpr,
 168                             const gmx_simd_real_t ref, const gmx_simd_real_t tst)
 169 {
 170     return compareVectorEq(refExpr, tstExpr, simdReal2Vector(ref), simdReal2Vector(tst));
 171 }
 172
 173 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 174
 175 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_INT32
 176 std::vector<int>
 177 simdInt2Vector(const gmx_simd_int32_t simd)
 178 {
 179     int                 mem[GMX_SIMD_INT32_WIDTH*2];
 180     int *               p = gmx_simd_align_i(mem);
 181
 182     gmx_simd_store_i(p, simd);
 183     std::vector<int>    v(p, p+GMX_SIMD_INT32_WIDTH);
 184
 185     return v;
 186 }
 187
 188 gmx_simd_int32_t
 189 vector2SimdInt(const std::vector<int> &v)
 190 {
 191     int                 mem[GMX_SIMD_INT32_WIDTH*2];
 192     int *               p = gmx_simd_align_i(mem);
 193
 194     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_INT32_WIDTH; i++)
 195     {
 196         p[i] = v[i % v.size()];  // repeat vector contents to fill simd width
 197     }
 198     return gmx_simd_load_i(p);
 199 }
 200
 201 gmx_simd_int32_t
 202 setSimdIntFrom3I(int i0, int i1, int i2)
 203 {
 204     std::vector<int> v(3);
 205     v[0] = i0;
 206     v[1] = i1;
 207     v[2] = i2;
 208     return vector2SimdInt(v);
 209 }
 210
 211 gmx_simd_int32_t
 212 setSimdIntFrom1I(int value)
 213 {
 214     std::vector<int> v(GMX_SIMD_INT32_WIDTH);
 215     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_INT32_WIDTH; i++)
 216     {
 217         v[i] = value;
 218     }
 219     return vector2SimdInt(v);
 220 }
 221
 222 ::testing::AssertionResult
 223 SimdTest::compareSimdInt32(const char *  refExpr,      const char *  tstExpr,
 224                            const gmx_simd_int32_t ref, const gmx_simd_int32_t tst)
 225 {
 226     return compareVectorEq(refExpr, tstExpr, simdInt2Vector(ref), simdInt2Vector(tst));
 227 }
 228
 229 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_INT32
 230
 231 /*! \} */
 232 /*! \endcond */
 233
 234 }      // namespace
 235 }      // namespace