src/gromacs/simd/impl_x86_avx_128_fma/impl_x86_avx_128_fma.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  *
  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_128_FMA_H
  37 #define GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_128_FMA_H
  38
  39 #include <math.h>
  40 #include <immintrin.h>
  41 #include <x86intrin.h>
  42
  43 /* x86 128-bit AVX with FMA SIMD instruction wrappers
  44  *
  45  * Please see documentation in gromacs/simd/simd.h for details
  46  */
  47
  48 /* Inherit parts of AVX_128_FMA from SSE4.1 */
  49 #include "gromacs/simd/impl_x86_sse4_1/impl_x86_sse4_1.h"
  50 /* Increment over SSE4.1 capabilities */
  51 #define GMX_SIMD_X86_AVX_128_FMA_OR_HIGHER
  52
  53 /* Override some capability definitions for things added in AVX over SSE4.1 */
  54 #define GMX_SIMD_HAVE_FMA
  55 #define GMX_SIMD_HAVE_FRACTION
  56 #define GMX_SIMD4_HAVE_DOUBLE  /* We can use 256-bit operations for this */
  57
  58 /* SINGLE */
  59 #undef  gmx_simd_fmadd_ps
  60 #define gmx_simd_fmadd_ps           _mm_macc_ps
  61 #undef  gmx_simd_fmsub_ps
  62 #define gmx_simd_fmsub_ps(a, b, c)    _mm_msub_ps
  63 #undef  gmx_simd_fnmadd_ps
  64 #define gmx_simd_fnmadd_ps(a, b, c)   _mm_nmacc_ps
  65 #undef  gmx_simd_fnmsub_ps
  66 #define gmx_simd_fnmsub_ps(a, b, c)   _mm_nmsub_ps
  67 #undef  gmx_simd_fraction_f
  68 #define gmx_simd_fraction_f         _mm_frcz_ps
  69
  70 /* DOUBLE */
  71 #undef  gmx_simd_fmadd_pd
  72 #define gmx_simd_fmadd_pd            _mm_macc_pd
  73 #undef  gmx_simd_fmsub_pd
  74 #define gmx_simd_fmsub_pd(a, b, c)     _mm_msub_pd
  75 #undef  gmx_simd_fnmadd_pd
  76 #define gmx_simd_fnmadd_pd(a, b, c)    _mm_nmacc_pd
  77 #undef  gmx_simd_fnmsub_pd
  78 #define gmx_simd_fnmsub_pd(a, b, c)    _mm_nmsub_pd
  79 #undef  gmx_simd_fraction_d
  80 #define gmx_simd_fraction_d          _mm_frcz_pd
  81
  82 /* Even if the _main_ SIMD implementation for this architecture file corresponds
  83  * to 128-bit AVX (since it will be faster), the 256-bit operations will always
  84  * be available in AVX, so we can use them for double precision SIMD4!
  85  */
  86 /* SIMD4 Double precision floating point */
  87 #define gmx_simd4_double_t               __m256d
  88 #define gmx_simd4_load_d                 _mm256_load_pd
  89 #define gmx_simd4_load1_d                _mm256_broadcast_sd
  90 #define gmx_simd4_set1_d                 _mm256_set1_pd
  91 #define gmx_simd4_store_d                _mm256_store_pd
  92 #define gmx_simd4_loadu_d                _mm256_loadu_pd
  93 #define gmx_simd4_storeu_d               _mm256_storeu_pd
  94 #define gmx_simd4_setzero_d              _mm256_setzero_pd
  95 #define gmx_simd4_add_d                  _mm256_add_pd
  96 #define gmx_simd4_sub_d                  _mm256_sub_pd
  97 #define gmx_simd4_mul_d                  _mm256_mul_pd
  98 #define gmx_simd4_fmadd_d                _mm256_macc_pd
  99 #define gmx_simd4_fmsub_d                _mm256_msub_pd
 100 #define gmx_simd4_fnmadd_d               _mm256_nmacc_pd
 101 #define gmx_simd4_fnmsub_d               _mm256_nmsub_pd
 102 #define gmx_simd4_and_d                  _mm256_and_pd
 103 #define gmx_simd4_andnot_d               _mm256_andnot_pd
 104 #define gmx_simd4_or_d                   _mm256_or_pd
 105 #define gmx_simd4_xor_d                  _mm256_xor_pd
 106 #define gmx_simd4_rsqrt_d(x)             _mm256_cvtps_pd(_mm_rsqrt_ps(_mm256_cvtpd_ps(x)))
 107 #define gmx_simd4_fabs_d(x)              _mm256_andnot_pd(_mm256_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO), x)
 108 #define gmx_simd4_fneg_d(x)              _mm256_xor_pd(x, _mm256_set1_pd(GMX_DOUBLE_NEGZERO))
 109 #define gmx_simd4_max_d                  _mm256_max_pd
 110 #define gmx_simd4_min_d                  _mm256_min_pd
 111 #define gmx_simd4_round_d(x)             _mm256_round_pd(x, _MM_FROUND_NINT)
 112 #define gmx_simd4_trunc_d(x)             _mm256_round_pd(x, _MM_FROUND_TRUNC)
 113 #define gmx_simd4_dotproduct3_d          gmx_simd4_dotproduct3_d_avx_128_fma
 114 /* SIMD4 booleans corresponding to double */
 115 #define gmx_simd4_dbool_t                __m256d
 116 #define gmx_simd4_cmpeq_d(a, b)           _mm256_cmp_pd(a, b, _CMP_EQ_OQ)
 117 #define gmx_simd4_cmplt_d(a, b)           _mm256_cmp_pd(a, b, _CMP_LT_OQ)
 118 #define gmx_simd4_cmple_d(a, b)           _mm256_cmp_pd(a, b, _CMP_LE_OQ)
 119 #define gmx_simd4_and_db                 _mm256_and_pd
 120 #define gmx_simd4_or_db                  _mm256_or_pd
 121 #define gmx_simd4_anytrue_db             _mm256_movemask_pd
 122 #define gmx_simd4_blendzero_d            _mm256_and_pd
 123 #define gmx_simd4_blendnotzero_d(a, sel)  _mm256_andnot_pd(sel, a)
 124 #define gmx_simd4_blendv_d               _mm256_blendv_pd
 125 #define gmx_simd4_reduce_d               gmx_simd4_reduce_d_avx_128_fma
 126 /* SIMD4 float/double conversion */
 127 #define gmx_simd4_cvt_f2d                _mm256_cvtps_pd
 128 #define gmx_simd4_cvt_d2f                _mm256_cvtpd_ps
 129
 130 static gmx_inline double gmx_simdcall
 131 gmx_simd4_reduce_d_avx_128_fma(__m256d a)
 132 {
 133     double  f;
 134     __m128d a0, a1;
 135     a  = _mm256_hadd_pd(a, a);
 136     a0 = _mm256_castpd256_pd128(a);
 137     a1 = _mm256_extractf128_pd(a, 0x1);
 138     a0 = _mm_add_sd(a0, a1);
 139     _mm_store_sd(&f, a0);
 140     return f;
 141 }
 142
 143 static gmx_inline double gmx_simdcall
 144 gmx_simd4_dotproduct3_d_avx_128_fma(__m256d a, __m256d b)
 145 {
 146     double  d;
 147     __m128d tmp1, tmp2;
 148     a    = _mm256_mul_pd(a, b);
 149     tmp1 = _mm256_castpd256_pd128(a);
 150     tmp2 = _mm256_extractf128_pd(a, 0x1);
 151
 152     tmp1 = _mm_add_pd(tmp1, _mm_permute_pd(tmp1, _MM_SHUFFLE2(0, 1)));
 153     tmp1 = _mm_add_pd(tmp1, tmp2);
 154     _mm_store_sd(&d, tmp1);
 155     return d;
 156 }
 157
 158 #endif /* GMX_SIMD_IMPL_X86_AVX_128_FMA_H */