src/gromacs/simd/impl_intel_mic/impl_intel_mic.h

   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  *
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  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_INTEL_MIC_H
  37 #define GMX_SIMD_IMPL_INTEL_MIC_H
  38
  39 #include <math.h>
  40 #include <immintrin.h>
  41
  42 /* Intel Xeon Phi, or
  43  * the-artist-formerly-known-as-Knight's-corner, or
  44  * the-artist-formerly-formerly-known-as-MIC, or
  45  * the artist formerly-formerly-formerly-known-as-Larrabee
  46  * 512-bit SIMD instruction wrappers.
  47  */
  48
  49 /* Capability definitions for Xeon Phi SIMD */
  50 #define GMX_SIMD_HAVE_FLOAT
  51 #define GMX_SIMD_HAVE_DOUBLE
  52 #define GMX_SIMD_HAVE_SIMD_HARDWARE
  53 #define GMX_SIMD_HAVE_LOADU
  54 #define GMX_SIMD_HAVE_STOREU
  55 #define GMX_SIMD_HAVE_LOGICAL
  56 #define GMX_SIMD_HAVE_FMA
  57 #undef  GMX_SIMD_HAVE_FRACTION
  58 #define GMX_SIMD_HAVE_FINT32
  59 #define  GMX_SIMD_HAVE_FINT32_EXTRACT
  60 #define GMX_SIMD_HAVE_FINT32_LOGICAL
  61 #define GMX_SIMD_HAVE_FINT32_ARITHMETICS
  62 #define GMX_SIMD_HAVE_DINT32
  63 #define  GMX_SIMD_HAVE_DINT32_EXTRACT
  64 #define GMX_SIMD_HAVE_DINT32_LOGICAL
  65 #define GMX_SIMD_HAVE_DINT32_ARITHMETICS
  66 #define GMX_SIMD4_HAVE_FLOAT
  67 #define GMX_SIMD4_HAVE_DOUBLE
  68
  69 /* Implementation details */
  70 #define GMX_SIMD_FLOAT_WIDTH        16
  71 #define GMX_SIMD_DOUBLE_WIDTH        8
  72 #define GMX_SIMD_FINT32_WIDTH       16
  73 #define GMX_SIMD_DINT32_WIDTH        8
  74 #define GMX_SIMD_RSQRT_BITS         23
  75 #define GMX_SIMD_RCP_BITS           23
  76
  77 /****************************************************
  78  *      SINGLE PRECISION SIMD IMPLEMENTATION        *
  79  ****************************************************/
  80 #define gmx_simd_float_t           __m512
  81 #define gmx_simd_load_f            _mm512_load_ps
  82 #define gmx_simd_load1_f(m)        _mm512_extload_ps(m, _MM_UPCONV_PS_NONE, _MM_BROADCAST_1X16, _MM_HINT_NONE)
  83 #define gmx_simd_set1_f            _mm512_set1_ps
  84 #define gmx_simd_store_f           _mm512_store_ps
  85 #define gmx_simd_loadu_f           gmx_simd_loadu_f_mic
  86 #define gmx_simd_storeu_f          gmx_simd_storeu_f_mic
  87 #define gmx_simd_setzero_f         _mm512_setzero_ps
  88 #define gmx_simd_add_f             _mm512_add_ps
  89 #define gmx_simd_sub_f             _mm512_sub_ps
  90 #define gmx_simd_mul_f             _mm512_mul_ps
  91 #define gmx_simd_fmadd_f           _mm512_fmadd_ps
  92 #define gmx_simd_fmsub_f           _mm512_fmsub_ps
  93 #define gmx_simd_fnmadd_f          _mm512_fnmadd_ps
  94 #define gmx_simd_fnmsub_f          _mm512_fnmsub_ps
  95 #define gmx_simd_and_f(a, b)        _mm512_castsi512_ps(_mm512_and_epi32(_mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
  96 #define gmx_simd_andnot_f(a, b)     _mm512_castsi512_ps(_mm512_andnot_epi32(_mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
  97 #define gmx_simd_or_f(a, b)         _mm512_castsi512_ps(_mm512_or_epi32(_mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
  98 #define gmx_simd_xor_f(a, b)        _mm512_castsi512_ps(_mm512_xor_epi32(_mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
  99 #define gmx_simd_rsqrt_f           _mm512_rsqrt23_ps
 100 #define gmx_simd_rcp_f             _mm512_rcp23_ps
 101 #define gmx_simd_fabs_f(x)         gmx_simd_andnot_f(_mm512_set1_ps(GMX_FLOAT_NEGZERO), x)
 102 #define gmx_simd_fneg_f(x)         _mm512_addn_ps(x, _mm512_setzero_ps())
 103 #define gmx_simd_max_f             _mm512_gmax_ps
 104 #define gmx_simd_min_f             _mm512_gmin_ps
 105 #define gmx_simd_round_f(x)        _mm512_round_ps(x, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE)
 106 #define gmx_simd_trunc_f(x)        _mm512_round_ps(x, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE)
 107 #define gmx_simd_fraction_f(x)     _mm512_sub_ps(x, gmx_simd_trunc_f(x))
 108 #define gmx_simd_get_exponent_f(x) _mm512_getexp_ps(x)
 109 #define gmx_simd_get_mantissa_f(x) _mm512_getmant_ps(x, _MM_MANT_NORM_1_2, _MM_MANT_SIGN_zero)
 110 #define gmx_simd_set_exponent_f(x) gmx_simd_set_exponent_f_mic(x)
 111 /* integer datatype corresponding to float: gmx_simd_fint32_t */
 112 #define gmx_simd_fint32_t          __m512i
 113 #define gmx_simd_load_fi           _mm512_load_epi32
 114 #define gmx_simd_set1_fi           _mm512_set1_epi32
 115 #define gmx_simd_store_fi          _mm512_store_epi32
 116 #define gmx_simd_loadu_fi          gmx_simd_loadu_fi_mic
 117 #define gmx_simd_storeu_fi         gmx_simd_storeu_fi_mic
 118 #define gmx_simd_extract_fi        gmx_simd_extract_fi_mic
 119 #define gmx_simd_setzero_fi        _mm512_setzero_epi32
 120 #define gmx_simd_cvt_f2i(a)        _mm512_cvtfxpnt_round_adjustps_epi32(a, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE)
 121 #define gmx_simd_cvtt_f2i(a)       _mm512_cvtfxpnt_round_adjustps_epi32(a, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE)
 122 #define gmx_simd_cvt_i2f(a)        _mm512_cvtfxpnt_round_adjustepi32_ps(a, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE)
 123 /* Integer logical ops on gmx_simd_fint32_t */
 124 #define gmx_simd_slli_fi           _mm512_slli_epi32
 125 #define gmx_simd_srli_fi           _mm512_srli_epi32
 126 #define gmx_simd_and_fi            _mm512_and_epi32
 127 #define gmx_simd_andnot_fi         _mm512_andnot_epi32
 128 #define gmx_simd_or_fi             _mm512_or_epi32
 129 #define gmx_simd_xor_fi            _mm512_xor_epi32
 130 /* Integer arithmetic ops on gmx_simd_fint32_t */
 131 #define gmx_simd_add_fi            _mm512_add_epi32
 132 #define gmx_simd_sub_fi            _mm512_sub_epi32
 133 #define gmx_simd_mul_fi            _mm512_mullo_epi32
 134 /* Boolean & comparison operations on gmx_simd_float_t */
 135 #define gmx_simd_fbool_t           __mmask16
 136 #define gmx_simd_cmpeq_f(a, b)     _mm512_cmp_ps_mask(a, b, _CMP_EQ_OQ)
 137 #define gmx_simd_cmplt_f(a, b)     _mm512_cmp_ps_mask(a, b, _CMP_LT_OS)
 138 #define gmx_simd_cmple_f(a, b)     _mm512_cmp_ps_mask(a, b, _CMP_LE_OS)
 139 #define gmx_simd_and_fb            _mm512_kand
 140 #define gmx_simd_andnot_fb(a, b)   _mm512_knot(_mm512_kor(a, b))
 141 #define gmx_simd_or_fb             _mm512_kor
 142 #define gmx_simd_anytrue_fb        _mm512_mask2int
 143 #define gmx_simd_blendzero_f(a, sel)    _mm512_mask_mov_ps(_mm512_setzero_ps(), sel, a)
 144 #define gmx_simd_blendnotzero_f(a, sel) _mm512_mask_mov_ps(_mm512_setzero_ps(), _mm512_knot(sel), a)
 145 #define gmx_simd_blendv_f(a, b, sel)    _mm512_mask_blend_ps(sel, a, b)
 146 #define gmx_simd_reduce_f(a)       _mm512_reduce_add_ps(a)
 147 /* Boolean & comparison operations on gmx_simd_fint32_t */
 148 #define gmx_simd_fibool_t          __mmask16
 149 #define gmx_simd_cmpeq_fi(a, b)    _mm512_cmp_epi32_mask(a, b, _MM_CMPINT_EQ)
 150 #define gmx_simd_cmplt_fi(a, b)    _mm512_cmp_epi32_mask(a, b, _MM_CMPINT_LT)
 151 #define gmx_simd_and_fib           _mm512_kand
 152 #define gmx_simd_or_fib            _mm512_kor
 153 #define gmx_simd_anytrue_fib       _mm512_mask2int
 154 #define gmx_simd_blendzero_fi(a, sel)    _mm512_mask_mov_epi32(_mm512_setzero_epi32(), sel, a)
 155 #define gmx_simd_blendnotzero_fi(a, sel) _mm512_mask_mov_epi32(_mm512_setzero_epi32(), _mm512_knot(sel), a)
 156 #define gmx_simd_blendv_fi(a, b, sel)    _mm512_mask_blend_epi32(sel, a, b)
 157 /* Conversions between different booleans */
 158 #define gmx_simd_cvt_fb2fib(x)     (x)
 159 #define gmx_simd_cvt_fib2fb(x)     (x)
 160
 161 /* MIC provides full single precision of some neat functions: */
 162 /* 1/sqrt(x) and 1/x work fine in simd_math.h, and won't use extra iterations */
 163
 164 #define gmx_simd_exp2_f            gmx_simd_exp2_f_mic
 165 #define gmx_simd_exp_f             gmx_simd_exp_f_mic
 166 #define gmx_simd_log_f             gmx_simd_log_f_mic
 167
 168 /****************************************************
 169  *      DOUBLE PRECISION SIMD IMPLEMENTATION        *
 170  ****************************************************/
 171 #define gmx_simd_double_t          __m512d
 172 #define gmx_simd_load_d            _mm512_load_pd
 173 #define gmx_simd_load1_d(m)        _mm512_extload_pd(m, _MM_UPCONV_PD_NONE, _MM_BROADCAST_1X8, _MM_HINT_NONE)
 174 #define gmx_simd_set1_d            _mm512_set1_pd
 175 #define gmx_simd_store_d           _mm512_store_pd
 176 #define gmx_simd_loadu_d           gmx_simd_loadu_d_mic
 177 #define gmx_simd_storeu_d          gmx_simd_storeu_d_mic
 178 #define gmx_simd_setzero_d         _mm512_setzero_pd
 179 #define gmx_simd_add_d             _mm512_add_pd
 180 #define gmx_simd_sub_d             _mm512_sub_pd
 181 #define gmx_simd_mul_d             _mm512_mul_pd
 182 #define gmx_simd_fmadd_d           _mm512_fmadd_pd
 183 #define gmx_simd_fmsub_d           _mm512_fmsub_pd
 184 #define gmx_simd_fnmadd_d          _mm512_fnmadd_pd
 185 #define gmx_simd_fnmsub_d          _mm512_fnmsub_pd
 186 #define gmx_simd_and_d(a, b)       _mm512_castsi512_pd(_mm512_and_epi32(_mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 187 #define gmx_simd_andnot_d(a, b)    _mm512_castsi512_pd(_mm512_andnot_epi32(_mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 188 #define gmx_simd_or_d(a, b)        _mm512_castsi512_pd(_mm512_or_epi32(_mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 189 #define gmx_simd_xor_d(a, b)       _mm512_castsi512_pd(_mm512_xor_epi32(_mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 190 #define gmx_simd_rsqrt_d(x)        _mm512_cvtpslo_pd(_mm512_rsqrt23_ps(_mm512_cvtpd_pslo(x)))
 191 #define gmx_simd_rcp_d(x)          _mm512_cvtpslo_pd(_mm512_rcp23_ps(_mm512_cvtpd_pslo(x)))
 192 #define gmx_simd_fabs_d(x)         gmx_simd_andnot_d(_mm512_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO), x)
 193 #define gmx_simd_fneg_d(x)         _mm512_addn_pd(x, _mm512_setzero_pd())
 194 #define gmx_simd_max_d             _mm512_gmax_pd
 195 #define gmx_simd_min_d             _mm512_gmin_pd
 196 #define gmx_simd_round_d(a)        _mm512_roundfxpnt_adjust_pd(a, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE)
 197 #define gmx_simd_trunc_d(a)        _mm512_roundfxpnt_adjust_pd(a, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE)
 198 #define gmx_simd_fraction_d(x)     _mm512_sub_pd(x, gmx_simd_trunc_d(x))
 199 #define gmx_simd_get_exponent_d(x) _mm512_getexp_pd(x)
 200 #define gmx_simd_get_mantissa_d(x) _mm512_getmant_pd(x, _MM_MANT_NORM_1_2, _MM_MANT_SIGN_zero)
 201 #define gmx_simd_set_exponent_d(x) gmx_simd_set_exponent_d_mic(x)
 202 /* integer datatype corresponding to float: gmx_simd_fint32_t
 203    Doesn't use mask other than where required. No side effect expected for operating on the (unused) upper 8.
 204  */
 205 #define gmx_simd_dint32_t          __m512i
 206 #define gmx_simd_load_di(m)        _mm512_mask_loadunpacklo_epi32(_mm512_undefined_epi32(), mask_loh, m)
 207 #define gmx_simd_set1_di           _mm512_set1_epi32
 208 #define gmx_simd_store_di(m, a)    _mm512_mask_packstorelo_epi32(m, mask_loh, a)
 209 #define gmx_simd_loadu_di          gmx_simd_loadu_di_mic
 210 #define gmx_simd_storeu_di         gmx_simd_storeu_di_mic
 211 #define gmx_simd_extract_di        gmx_simd_extract_di_mic
 212 #define gmx_simd_setzero_di        _mm512_setzero_epi32
 213 #define gmx_simd_cvt_d2i(a)        _mm512_cvtfxpnt_roundpd_epi32lo(a, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT)
 214 #define gmx_simd_cvtt_d2i(a)       _mm512_cvtfxpnt_roundpd_epi32lo(a, _MM_FROUND_TO_ZERO)
 215 #define gmx_simd_cvt_i2d           _mm512_cvtepi32lo_pd
 216 /* Integer logical ops on gmx_simd_fint32_t */
 217 #define gmx_simd_slli_di           _mm512_slli_epi32
 218 #define gmx_simd_srli_di           _mm512_srli_epi32
 219 #define gmx_simd_and_di            _mm512_and_epi32
 220 #define gmx_simd_andnot_di         _mm512_andnot_epi32
 221 #define gmx_simd_or_di             _mm512_or_epi32
 222 #define gmx_simd_xor_di            _mm512_xor_epi32
 223 /* Integer arithmetic ops on gmx_simd_fint32_t */
 224 #define gmx_simd_add_di            _mm512_add_epi32
 225 #define gmx_simd_sub_di            _mm512_sub_epi32
 226 #define gmx_simd_mul_di            _mm512_mullo_epi32
 227 /* Boolean & comparison operations on gmx_simd_float_t */
 228 #define gmx_simd_dbool_t           __mmask8
 229 #define gmx_simd_cmpeq_d(a, b)     _mm512_cmp_pd_mask(a, b, _CMP_EQ_OQ)
 230 #define gmx_simd_cmplt_d(a, b)     _mm512_cmp_pd_mask(a, b, _CMP_LT_OS)
 231 #define gmx_simd_cmple_d(a, b)     _mm512_cmp_pd_mask(a, b, _CMP_LE_OS)
 232 #define gmx_simd_and_db            _mm512_kand
 233 #define gmx_simd_or_db             _mm512_kor
 234 #define gmx_simd_anytrue_db(x)     _mm512_mask2int(x)
 235 #define gmx_simd_blendzero_d(a, sel)    _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), sel, a)
 236 #define gmx_simd_blendnotzero_d(a, sel) _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), _mm512_knot(sel), a)
 237 #define gmx_simd_blendv_d(a, b, sel)    _mm512_mask_blend_pd(sel, a, b)
 238 #define gmx_simd_reduce_d(a)       _mm512_reduce_add_pd(a)
 239 /* Boolean & comparison operations on gmx_simd_fint32_t */
 240 #define gmx_simd_dibool_t          __mmask16
 241 #define gmx_simd_cmpeq_di(a, b)    _mm512_cmp_epi32_mask(a, b, _MM_CMPINT_EQ)
 242 #define gmx_simd_cmplt_di(a, b)    _mm512_cmp_epi32_mask(a, b, _MM_CMPINT_LT)
 243 #define gmx_simd_and_dib           _mm512_kand
 244 #define gmx_simd_or_dib            _mm512_kor
 245 #define gmx_simd_anytrue_dib(x)    (_mm512_mask2int(x)&0xFF)
 246 #define gmx_simd_blendzero_di(a, sel)    _mm512_mask_mov_epi32(_mm512_setzero_epi32(), sel, a)
 247 #define gmx_simd_blendnotzero_di(a, sel) _mm512_mask_mov_epi32(_mm512_setzero_epi32(), _mm512_knot(sel), a)
 248 #define gmx_simd_blendv_di(a, b, sel)    _mm512_mask_blend_epi32(sel, a, b)
 249 /* Conversions between booleans. Double & dint stuff is stored in low bits */
 250 #define gmx_simd_cvt_db2dib(x)     (x)
 251 #define gmx_simd_cvt_dib2db(x)     (x)
 252
 253 /* Float/double conversion */
 254 #define gmx_simd_cvt_f2dd          gmx_simd_cvt_f2dd_mic
 255 #define gmx_simd_cvt_dd2f          gmx_simd_cvt_dd2f_mic
 256
 257 /****************************************************
 258  *      SINGLE PRECISION SIMD4 IMPLEMENTATION       *
 259  ****************************************************/
 260 /* Load and store are guranteed to only access the 4 floats. All arithmetic operations
 261    only operate on the 4 elements (to avoid floating excpetions). But other operations
 262    are not gurateed to not modify the other 12 elements. E.g. setzero or blendzero
 263    set the upper 12 to zero. */
 264 #define gmx_simd4_float_t           __m512
 265 #define gmx_simd4_mask              _mm512_int2mask(0xF)
 266 #define gmx_simd4_load_f(m)         _mm512_mask_loadunpacklo_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, m)
 267 #define gmx_simd4_load1_f(m)        _mm512_mask_extload_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, m, _MM_UPCONV_PS_NONE, _MM_BROADCAST_1X16, _MM_HINT_NONE)
 268 #define gmx_simd4_set1_f            _mm512_set1_ps
 269 #define gmx_simd4_store_f(m, a)     _mm512_mask_packstorelo_ps(m, gmx_simd4_mask, a)
 270 #define gmx_simd4_loadu_f           gmx_simd4_loadu_f_mic
 271 #define gmx_simd4_storeu_f          gmx_simd4_storeu_f_mic
 272 #define gmx_simd4_setzero_f         _mm512_setzero_ps
 273 #define gmx_simd4_add_f(a, b)       _mm512_mask_add_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, a, b)
 274 #define gmx_simd4_sub_f(a, b)       _mm512_mask_sub_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, a, b)
 275 #define gmx_simd4_mul_f(a, b)       _mm512_mask_mul_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, a, b)
 276 #define gmx_simd4_fmadd_f(a, b, c)  _mm512_mask_fmadd_ps(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 277 #define gmx_simd4_fmsub_f(a, b, c)  _mm512_mask_fmsub_ps(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 278 #define gmx_simd4_fnmadd_f(a, b, c) _mm512_mask_fnmadd_ps(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 279 #define gmx_simd4_fnmsub_f(a, b, c) _mm512_mask_fnmsub_ps(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 280 #define gmx_simd4_and_f(a, b)       _mm512_castsi512_ps(_mm512_mask_and_epi32(_mm512_undefined_epi32(), gmx_simd4_mask, _mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
 281 #define gmx_simd4_andnot_f(a, b)    _mm512_castsi512_ps(_mm512_mask_andnot_epi32(_mm512_undefined_epi32(), gmx_simd4_mask, _mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
 282 #define gmx_simd4_or_f(a, b)        _mm512_castsi512_ps(_mm512_mask_or_epi32(_mm512_undefined_epi32(), gmx_simd4_mask, _mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
 283 #define gmx_simd4_xor_f(a, b)       _mm512_castsi512_ps(_mm512_mask_xor_epi32(_mm512_undefined_epi32(), gmx_simd4_mask, _mm512_castps_si512(a), _mm512_castps_si512(b)))
 284 #define gmx_simd4_rsqrt_f(a)        _mm512_mask_rsqrt23_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, a)
 285 #define gmx_simd4_fabs_f(x)         gmx_simd4_andnot_f(_mm512_set1_ps(GMX_FLOAT_NEGZERO), x)
 286 #define gmx_simd4_fneg_f(x)         _mm512_mask_addn_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, x, _mm512_setzero_ps())
 287 #define gmx_simd4_max_f(a, b)       _mm512_mask_gmax_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, a, b)
 288 #define gmx_simd4_min_f(a, b)       _mm512_mask_gmin_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, a, b)
 289 #define gmx_simd4_round_f(x)        _mm512_mask_round_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, x, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE)
 290 #define gmx_simd4_trunc_f(x)        _mm512_mask_round_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, x, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE)
 291 #define gmx_simd4_dotproduct3_f(a, b) _mm512_mask_reduce_add_ps(_mm512_int2mask(7), _mm512_mask_mul_ps(_mm512_undefined_ps(), _mm512_int2mask(7), a, b))
 292 #define gmx_simd4_fbool_t           __mmask16
 293 #define gmx_simd4_cmpeq_f(a, b)     _mm512_mask_cmp_ps_mask(gmx_simd4_mask, a, b, _CMP_EQ_OQ)
 294 #define gmx_simd4_cmplt_f(a, b)     _mm512_mask_cmp_ps_mask(gmx_simd4_mask, a, b, _CMP_LT_OS)
 295 #define gmx_simd4_cmple_f(a, b)     _mm512_mask_cmp_ps_mask(gmx_simd4_mask, a, b, _CMP_LE_OS)
 296 #define gmx_simd4_and_fb            _mm512_kand
 297 #define gmx_simd4_or_fb             _mm512_kor
 298 #define gmx_simd4_anytrue_fb(x)     (_mm512_mask2int(x)&0xF)
 299 #define gmx_simd4_blendzero_f(a, sel)    _mm512_mask_mov_ps(_mm512_setzero_ps(), sel, a)
 300 #define gmx_simd4_blendnotzero_f(a, sel) _mm512_mask_mov_ps(_mm512_setzero_ps(), _mm512_knot(sel), a)
 301 #define gmx_simd4_blendv_f(a, b, sel)    _mm512_mask_blend_ps(sel, a, b)
 302 #define gmx_simd4_reduce_f(x)       _mm512_mask_reduce_add_ps(_mm512_int2mask(0xF), x)
 303
 304 /****************************************************
 305  *      DOUBLE PRECISION SIMD4 IMPLEMENTATION       *
 306  ****************************************************/
 307 #define gmx_simd4_double_t          __m512d
 308 #define gmx_simd4_mask              _mm512_int2mask(0xF)
 309 #define gmx_simd4_load_d(m)         _mm512_mask_loadunpacklo_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, m)
 310 #define gmx_simd4_load1_d(m)        _mm512_mask_extload_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, m, _MM_UPCONV_PD_NONE, _MM_BROADCAST_1X8, _MM_HINT_NONE)
 311 #define gmx_simd4_set1_d            _mm512_set1_pd
 312 #define gmx_simd4_store_d(m, a)     _mm512_mask_packstorelo_pd(m, gmx_simd4_mask, a)
 313 #define gmx_simd4_loadu_d           gmx_simd4_loadu_d_mic
 314 #define gmx_simd4_storeu_d          gmx_simd4_storeu_d_mic
 315 #define gmx_simd4_setzero_d         _mm512_setzero_pd
 316 #define gmx_simd4_add_d(a, b)       _mm512_mask_add_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, b)
 317 #define gmx_simd4_sub_d(a, b)       _mm512_mask_sub_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, b)
 318 #define gmx_simd4_mul_d(a, b)       _mm512_mask_mul_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, b)
 319 #define gmx_simd4_fmadd_d(a, b, c)  _mm512_mask_fmadd_pd(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 320 #define gmx_simd4_fmsub_d(a, b, c)  _mm512_mask_fmsub_pd(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 321 #define gmx_simd4_fnmadd_d(a, b, c) _mm512_mask_fnmadd_pd(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 322 #define gmx_simd4_fnmsub_d(a, b, c) _mm512_mask_fnmsub_pd(a, gmx_simd4_mask, b, c)
 323 #define gmx_simd4_and_d(a, b)       _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_and_epi32(_mm512_undefined_epi32(), mask_loh, _mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 324 #define gmx_simd4_andnot_d(a, b)    _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_andnot_epi32(_mm512_undefined_epi32(), mask_loh, _mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 325 #define gmx_simd4_or_d(a, b)        _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_or_epi32(_mm512_undefined_epi32(), mask_loh, _mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 326 #define gmx_simd4_xor_d(a, b)       _mm512_castsi512_pd(_mm512_mask_xor_epi32(_mm512_undefined_epi32(), mask_loh, _mm512_castpd_si512(a), _mm512_castpd_si512(b)))
 327 #define gmx_simd4_rsqrt_d(a)        _mm512_mask_cvtpslo_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, _mm512_mask_rsqrt23_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, _mm512_mask_cvtpd_pslo(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, x)))
 328 #define gmx_simd4_fabs_d(x)         gmx_simd4_andnot_d(_mm512_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO), x)
 329 #define gmx_simd4_fneg_d(x)         _mm512_mask_addn_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, x, _mm512_setzero_pd())
 330 #define gmx_simd4_max_d(a, b)       _mm512_mask_gmax_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, b)
 331 #define gmx_simd4_min_d(a, b)       _mm512_mask_gmin_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, b)
 332 #define gmx_simd4_round_d(a)        _mm512_mask_roundfxpnt_adjust_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT, _MM_EXPADJ_NONE)
 333 #define gmx_simd4_trunc_d(a)        _mm512_mask_roundfxpnt_adjust_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, a, _MM_FROUND_TO_ZERO, _MM_EXPADJ_NONE)
 334 #define gmx_simd4_dotproduct3_d(a, b) _mm512_mask_reduce_add_pd(_mm512_int2mask(7), _mm512_mask_mul_pd(_mm512_undefined_pd(), _mm512_int2mask(7), a, b))
 335 #define gmx_simd4_dbool_t           __mmask16
 336 #define gmx_simd4_cmpeq_d(a, b)     _mm512_mask_cmp_pd_mask(gmx_simd4_mask, a, b, _CMP_EQ_OQ)
 337 #define gmx_simd4_cmplt_d(a, b)     _mm512_mask_cmp_pd_mask(gmx_simd4_mask, a, b, _CMP_LT_OS)
 338 #define gmx_simd4_cmple_d(a, b)     _mm512_mask_cmp_pd_mask(gmx_simd4_mask, a, b, _CMP_LE_OS)
 339 #define gmx_simd4_and_db            _mm512_kand
 340 #define gmx_simd4_or_db             _mm512_kor
 341 #define gmx_simd4_anytrue_db(x)     (_mm512_mask2int(x)&0xF)
 342 #define gmx_simd4_blendzero_d(a, sel)    _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), sel, a)
 343 #define gmx_simd4_blendnotzero_d(a, sel) _mm512_mask_mov_pd(_mm512_setzero_pd(), _mm512_knot(sel), a)
 344 #define gmx_simd4_blendv_d(a, b, sel)    _mm512_mask_blend_pd(sel, a, b)
 345 #define gmx_simd4_reduce_d(x)       _mm512_mask_reduce_add_pd(_mm512_int2mask(0xF), x)
 346
 347 #define PERM_LOW2HIGH _MM_PERM_BABA
 348 #define PERM_HIGH2LOW _MM_PERM_DCDC
 349
 350 #define mask_loh _mm512_int2mask(0x00FF) /* would be better a constant - but can't initialize with a function call. */
 351 #define mask_hih _mm512_int2mask(0xFF00)
 352
 353 /* load store float */
 354 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 355 gmx_simd_loadu_f_mic(const float * m)
 356 {
 357     return _mm512_loadunpackhi_ps(_mm512_loadunpacklo_ps(_mm512_undefined_ps(), m), m+16);
 358 }
 359
 360 static gmx_inline void gmx_simdcall
 361 gmx_simd_storeu_f_mic(float * m, __m512 s)
 362 {
 363     _mm512_packstorelo_ps(m, s);
 364     _mm512_packstorehi_ps(m+16, s);
 365 }
 366
 367 /* load store fint32 */
 368 static gmx_inline __m512i gmx_simdcall
 369 gmx_simd_loadu_fi_mic(const gmx_int32_t * m)
 370 {
 371     return _mm512_loadunpackhi_epi32(_mm512_loadunpacklo_epi32(_mm512_undefined_epi32(), m), m+16);
 372 }
 373
 374 static gmx_inline void gmx_simdcall
 375 gmx_simd_storeu_fi_mic(gmx_int32_t * m, __m512i s)
 376 {
 377     _mm512_packstorelo_epi32(m, s);
 378     _mm512_packstorehi_epi32(m+16, s);
 379 }
 380
 381 /* load store double */
 382 static gmx_inline __m512d gmx_simdcall
 383 gmx_simd_loadu_d_mic(const double * m)
 384 {
 385     return _mm512_loadunpackhi_pd(_mm512_loadunpacklo_pd(_mm512_undefined_pd(), m), m+8);
 386 }
 387
 388 static gmx_inline void gmx_simdcall
 389 gmx_simd_storeu_d_mic(double * m, __m512d s)
 390 {
 391     _mm512_packstorelo_pd(m, s);
 392     _mm512_packstorehi_pd(m+8, s);
 393 }
 394
 395 /* load store dint32 */
 396 static gmx_inline __m512i gmx_simdcall
 397 gmx_simd_loadu_di_mic(const gmx_int32_t * m)
 398 {
 399     return _mm512_mask_loadunpackhi_epi32(_mm512_mask_loadunpacklo_epi32(_mm512_undefined_epi32(), mask_loh, m), mask_loh, m+16);
 400 }
 401
 402 static gmx_inline void gmx_simdcall
 403 gmx_simd_storeu_di_mic(gmx_int32_t * m, __m512i s)
 404 {
 405     _mm512_mask_packstorelo_epi32(m, mask_loh, s);
 406     _mm512_mask_packstorehi_epi32(m+16, mask_loh, s);
 407 }
 408
 409 /* load store simd4 */
 410 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 411 gmx_simd4_loadu_f_mic(const float * m)
 412 {
 413     return _mm512_mask_loadunpackhi_ps(_mm512_mask_loadunpacklo_ps(_mm512_undefined_ps(), gmx_simd4_mask, m), gmx_simd4_mask, m+16);
 414 }
 415
 416 static gmx_inline void gmx_simdcall
 417 gmx_simd4_storeu_f_mic(float * m, __m512 s)
 418 {
 419     _mm512_mask_packstorelo_ps(m, gmx_simd4_mask, s);
 420     _mm512_mask_packstorehi_ps(m+16, gmx_simd4_mask, s);
 421 }
 422
 423 static gmx_inline __m512d gmx_simdcall
 424 gmx_simd4_loadu_d_mic(const double * m)
 425 {
 426     return _mm512_mask_loadunpackhi_pd(_mm512_mask_loadunpacklo_pd(_mm512_undefined_pd(), gmx_simd4_mask, m), gmx_simd4_mask, m+8);
 427 }
 428
 429 static gmx_inline void gmx_simdcall
 430 gmx_simd4_storeu_d_mic(double * m, __m512d s)
 431 {
 432     _mm512_mask_packstorelo_pd(m, gmx_simd4_mask, s);
 433     _mm512_mask_packstorehi_pd(m+8, gmx_simd4_mask, s);
 434 }
 435
 436 /* extract */
 437 static gmx_inline gmx_int32_t gmx_simdcall
 438 gmx_simd_extract_fi_mic(gmx_simd_fint32_t a, int index)
 439 {
 440     int r;
 441     _mm512_mask_packstorelo_epi32(&r, _mm512_mask2int(1<<index), a);
 442     return r;
 443 }
 444
 445 static gmx_inline gmx_int32_t gmx_simdcall
 446 gmx_simd_extract_di_mic(gmx_simd_dint32_t a, int index)
 447 {
 448     int r;
 449     _mm512_mask_packstorelo_epi32(&r, _mm512_mask2int(1<<index), a);
 450     return r;
 451 }
 452
 453 /* This is likely faster than the built in scale operation (lat 8, t-put 3)
 454  * since we only work on the integer part and use shifts. TODO: check. given that scale also only does integer
 455  */
 456 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 457 gmx_simd_set_exponent_f_mic(__m512 a)
 458 {
 459     __m512i       iexp         = gmx_simd_cvt_f2i(a);
 460
 461     const __m512i expbias      = _mm512_set1_epi32(127);
 462     iexp = _mm512_slli_epi32(_mm512_add_epi32(iexp, expbias), 23);
 463     return _mm512_castsi512_ps(iexp);
 464
 465     /* scale alternative:
 466        return _mm512_scale_ps(_mm512_set1_ps(1), iexp);
 467      */
 468 }
 469
 470 static gmx_inline __m512d gmx_simdcall
 471 gmx_simd_set_exponent_d_mic(__m512d a)
 472 {
 473     const __m512i expbias      = _mm512_set1_epi32(1023);
 474     __m512i       iexp         = _mm512_cvtfxpnt_roundpd_epi32lo(a, _MM_FROUND_TO_NEAREST_INT);
 475     iexp = _mm512_permutevar_epi32(_mm512_set_epi32(7, 7, 6, 6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0), iexp);
 476     iexp = _mm512_mask_slli_epi32(_mm512_setzero_epi32(), _mm512_int2mask(0xAAAA), _mm512_add_epi32(iexp, expbias), 20);
 477     return _mm512_castsi512_pd(iexp);
 478 }
 479
 480 static gmx_inline void gmx_simdcall
 481 gmx_simd_cvt_f2dd_mic(__m512 f, __m512d * d0, __m512d * d1)
 482 {
 483     __m512i i1 = _mm512_permute4f128_epi32(_mm512_castps_si512(f), _MM_PERM_CDCD);
 484
 485     *d0 = _mm512_cvtpslo_pd(f);
 486     *d1 = _mm512_cvtpslo_pd(_mm512_castsi512_ps(i1));
 487 }
 488
 489 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 490 gmx_simd_cvt_dd2f_mic(__m512d d0, __m512d d1)
 491 {
 492     __m512 f0 = _mm512_cvtpd_pslo(d0);
 493     __m512 f1 = _mm512_cvtpd_pslo(d1);
 494     return _mm512_mask_permute4f128_ps(f0, mask_hih, f1, PERM_LOW2HIGH);
 495 }
 496
 497 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 498 gmx_simd_exp2_f_mic(__m512 x)
 499 {
 500     return _mm512_exp223_ps(_mm512_cvtfxpnt_round_adjustps_epi32(x, _MM_ROUND_MODE_NEAREST, _MM_EXPADJ_24));
 501 }
 502
 503 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 504 gmx_simd_exp_f_mic(__m512 x)
 505 {
 506     /* only 59ulp accuracy so we need to do extra an iteration
 507        Using: http://yacas.sourceforge.net/Algochapter5.html 5.4 Method 3 */
 508     __m512    r = gmx_simd_exp2_f(_mm512_mul_ps(x, _mm512_set1_ps(1.44269504088896341)));
 509     __mmask16 m = _mm512_cmpneq_ps_mask(r, _mm512_setzero_ps());
 510     __m512    t = _mm512_mask_fnmadd_ps(_mm512_mask_log2ae23_ps(_mm512_undefined_ps(), m, r), m, _mm512_set1_ps(0.693147180559945286226764), x);
 511     return _mm512_mask_fmadd_ps(r, m, t, r);
 512 }
 513
 514 static gmx_inline __m512 gmx_simdcall
 515 gmx_simd_log_f_mic(__m512 x)
 516 {
 517     return _mm512_mul_ps(_mm512_set1_ps(0.693147180559945286226764), _mm512_log2ae23_ps(x));
 518 }
 519
 520 /* Function to check whether SIMD operations have resulted in overflow */
 521 static int
 522 gmx_simd_check_and_reset_overflow(void)
 523 {
 524     int                MXCSR;
 525     int                sse_overflow;
 526     /* The overflow flag is bit 3 in the register */
 527     const unsigned int flag = 0x8;
 528
 529     MXCSR = _mm_getcsr();
 530     if (MXCSR & flag)
 531     {
 532         sse_overflow = 1;
 533         /* Set the overflow flag to zero */
 534         MXCSR = MXCSR & ~flag;
 535         _mm_setcsr(MXCSR);
 536     }
 537     else
 538     {
 539         sse_overflow = 0;
 540     }
 541     return sse_overflow;
 542 }
 543
 544 #endif /* GMX_SIMD_IMPL_INTEL_MIC_H */