src/vppinfra/vector_avx2.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2018 Cisco and/or its affiliates.
   3  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   4  * you may not use this file except in compliance with the License.
   5  * You may obtain a copy of the License at:
   6  *
   7  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   8  *
   9  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  10  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  11  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  12  * See the License for the specific language governing permissions and
  13  * limitations under the License.
  14  */
  15
  16 #ifndef included_vector_avx2_h
  17 #define included_vector_avx2_h
  18
  19 #include <vppinfra/clib.h>
  20 #include <x86intrin.h>
  21
  22 /* *INDENT-OFF* */
  23 #define foreach_avx2_vec256i \
  24   _(i,8,32,epi8) _(i,16,16,epi16) _(i,32,8,epi32)  _(i,64,4,epi64)
  25 #define foreach_avx2_vec256u \
  26   _(u,8,32,epi8) _(u,16,16,epi16) _(u,32,8,epi32)  _(u,64,4,epi64)
  27 #define foreach_avx2_vec256f \
  28   _(f,32,8,ps) _(f,64,4,pd)
  29
  30 #define _mm256_set1_epi64 _mm256_set1_epi64x
  31
  32 /* splat, load_unaligned, store_unaligned, is_all_zero, is_equal,
  33    is_all_equal */
  34 #define _(t, s, c, i) \
  35 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  36 t##s##x##c##_splat (t##s x)                                             \
  37 { return (t##s##x##c) _mm256_set1_##i (x); }                            \
  38 \
  39 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  40 t##s##x##c##_load_unaligned (void *p)                                   \
  41 { return (t##s##x##c) _mm256_loadu_si256 (p); }                         \
  42 \
  43 static_always_inline void                                               \
  44 t##s##x##c##_store_unaligned (t##s##x##c v, void *p)                    \
  45 { _mm256_storeu_si256 ((__m256i *) p, (__m256i) v); }                   \
  46 \
  47 static_always_inline int                                                \
  48 t##s##x##c##_is_all_zero (t##s##x##c x)                                 \
  49 { return _mm256_testz_si256 ((__m256i) x, (__m256i) x); }               \
  50 \
  51 static_always_inline int                                                \
  52 t##s##x##c##_is_equal (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                      \
  53 { return t##s##x##c##_is_all_zero (a ^ b); }                            \
  54 \
  55 static_always_inline int                                                \
  56 t##s##x##c##_is_all_equal (t##s##x##c v, t##s x)                        \
  57 { return t##s##x##c##_is_equal (v, t##s##x##c##_splat (x)); }           \
  58 \
  59 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  60 t##s##x##c##_interleave_lo (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                 \
  61 { return (t##s##x##c) _mm256_unpacklo_##i ((__m256i) a, (__m256i) b); } \
  62 \
  63 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  64 t##s##x##c##_interleave_hi (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                 \
  65 { return (t##s##x##c) _mm256_unpackhi_##i ((__m256i) a, (__m256i) b); } \
  66
  67
  68 foreach_avx2_vec256i foreach_avx2_vec256u
  69 #undef _
  70 /* *INDENT-ON* */
  71
  72 always_inline u32x8
  73 u32x8_permute (u32x8 v, u32x8 idx)
  74 {
  75   return (u32x8) _mm256_permutevar8x32_epi32 ((__m256i) v, (__m256i) idx);
  76 }
  77
  78 #define u64x4_permute(v, m0, m1, m2, m3)                                      \
  79   (u64x4) _mm256_permute4x64_epi64 (                                          \
  80     (__m256i) v, ((m0) | (m1) << 2 | (m2) << 4 | (m3) << 6))
  81
  82 /* _extract_lo, _extract_hi */
  83 /* *INDENT-OFF* */
  84 #define _(t1,t2) \
  85 always_inline t1                                                        \
  86 t2##_extract_lo (t2 v)                                                  \
  87 { return (t1) _mm256_extracti128_si256 ((__m256i) v, 0); }              \
  88 \
  89 always_inline t1                                                        \
  90 t2##_extract_hi (t2 v)                                                  \
  91 { return (t1) _mm256_extracti128_si256 ((__m256i) v, 1); }              \
  92 \
  93 always_inline t2                                                        \
  94 t2##_insert_lo (t2 v1, t1 v2)                                           \
  95 { return (t2) _mm256_inserti128_si256 ((__m256i) v1, (__m128i) v2, 0); }\
  96 \
  97 always_inline t2                                                        \
  98 t2##_insert_hi (t2 v1, t1 v2)                                           \
  99 { return (t2) _mm256_inserti128_si256 ((__m256i) v1, (__m128i) v2, 1); }\
 100
 101 _(u8x16, u8x32)
 102 _(u16x8, u16x16)
 103 _(u32x4, u32x8)
 104 _(u64x2, u64x4)
 105 #undef _
 106 /* *INDENT-ON* */
 107
 108 /* 256 bit packs. */
 109 #define _(f, t, fn)                                                           \
 110   always_inline t t##_pack (f lo, f hi)                                       \
 111   {                                                                           \
 112     return (t) fn ((__m256i) lo, (__m256i) hi);                               \
 113   }
 114
 115 _ (i16x16, i8x32, _mm256_packs_epi16)
 116 _ (i16x16, u8x32, _mm256_packus_epi16)
 117 _ (i32x8, i16x16, _mm256_packs_epi32)
 118 _ (i32x8, u16x16, _mm256_packus_epi32)
 119
 120 #undef _
 121
 122 static_always_inline u32
 123 u8x32_msb_mask (u8x32 v)
 124 {
 125   return _mm256_movemask_epi8 ((__m256i) v);
 126 }
 127
 128 static_always_inline u32
 129 i8x32_msb_mask (i8x32 v)
 130 {
 131   return _mm256_movemask_epi8 ((__m256i) v);
 132 }
 133
 134 /* _from_ */
 135 /* *INDENT-OFF* */
 136 #define _(f,t,i) \
 137 static_always_inline t                                                  \
 138 t##_from_##f (f x)                                                      \
 139 { return (t) _mm256_cvt##i ((__m128i) x); }
 140
 141 _(u16x8, u32x8, epu16_epi32)
 142 _(u16x8, u64x4, epu16_epi64)
 143 _(u32x4, u64x4, epu32_epi64)
 144 _ (u8x16, u16x16, epu8_epi16)
 145 _(u8x16, u32x8, epu8_epi32)
 146 _(u8x16, u64x4, epu8_epi64)
 147 _(i16x8, i32x8, epi16_epi32)
 148 _(i16x8, i64x4, epi16_epi64)
 149 _(i32x4, i64x4, epi32_epi64)
 150 _ (i8x16, i16x16, epi8_epi16)
 151 _(i8x16, i32x8, epi8_epi32)
 152 _(i8x16, i64x4, epi8_epi64)
 153 #undef _
 154 /* *INDENT-ON* */
 155
 156 static_always_inline u64x4
 157 u64x4_byte_swap (u64x4 v)
 158 {
 159   u8x32 swap = {
 160     7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8,
 161     7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8,
 162   };
 163   return (u64x4) _mm256_shuffle_epi8 ((__m256i) v, (__m256i) swap);
 164 }
 165
 166 static_always_inline u32x8
 167 u32x8_byte_swap (u32x8 v)
 168 {
 169   u8x32 swap = {
 170     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12,
 171     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12
 172   };
 173   return (u32x8) _mm256_shuffle_epi8 ((__m256i) v, (__m256i) swap);
 174 }
 175
 176 static_always_inline u16x16
 177 u16x16_byte_swap (u16x16 v)
 178 {
 179   u8x32 swap = {
 180     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14,
 181     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14
 182   };
 183   return (u16x16) _mm256_shuffle_epi8 ((__m256i) v, (__m256i) swap);
 184 }
 185
 186 #define u8x32_align_right(a, b, imm) \
 187   (u8x32) _mm256_alignr_epi8 ((__m256i) a, (__m256i) b, imm)
 188
 189 #define u64x4_align_right(a, b, imm)                                          \
 190   (u64x4) _mm256_alignr_epi64 ((__m256i) a, (__m256i) b, imm)
 191
 192 static_always_inline u32
 193 u32x8_sum_elts (u32x8 sum8)
 194 {
 195   sum8 += (u32x8) u8x32_align_right (sum8, sum8, 8);
 196   sum8 += (u32x8) u8x32_align_right (sum8, sum8, 4);
 197   return sum8[0] + sum8[4];
 198 }
 199
 200 static_always_inline u32x8
 201 u32x8_hadd (u32x8 v1, u32x8 v2)
 202 {
 203   return (u32x8) _mm256_hadd_epi32 ((__m256i) v1, (__m256i) v2);
 204 }
 205
 206 static_always_inline u32
 207 u32x8_hxor (u32x8 v)
 208 {
 209   u32x4 v4;
 210   v4 = u32x8_extract_lo (v) ^ u32x8_extract_hi (v);
 211   v4 ^= (u32x4) u8x16_align_right (v4, v4, 8);
 212   v4 ^= (u32x4) u8x16_align_right (v4, v4, 4);
 213   return v4[0];
 214 }
 215
 216 static_always_inline u16x16
 217 u16x16_mask_last (u16x16 v, u8 n_last)
 218 {
 219   const u16x16 masks[17] = {
 220     {0},
 221     {-1},
 222     {-1, -1},
 223     {-1, -1, -1},
 224     {-1, -1, -1, -1},
 225     {-1, -1, -1, -1, -1},
 226     {-1, -1, -1, -1, -1, -1},
 227     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 228     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 229     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 230     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 231     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 232     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 233     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 234     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 235     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 236     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 237   };
 238
 239   ASSERT (n_last < 17);
 240
 241   return v & masks[16 - n_last];
 242 }
 243
 244 static_always_inline f32x8
 245 f32x8_from_u32x8 (u32x8 v)
 246 {
 247   return (f32x8) _mm256_cvtepi32_ps ((__m256i) v);
 248 }
 249
 250 static_always_inline u32x8
 251 u32x8_from_f32x8 (f32x8 v)
 252 {
 253   return (u32x8) _mm256_cvttps_epi32 ((__m256) v);
 254 }
 255
 256 #define u32x8_blend(a,b,m) \
 257   (u32x8) _mm256_blend_epi32 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 258
 259 #define u16x16_blend(v1, v2, mask) \
 260   (u16x16) _mm256_blend_epi16 ((__m256i) (v1), (__m256i) (v2), mask)
 261
 262 static_always_inline u64x4
 263 u64x4_gather (void *p0, void *p1, void *p2, void *p3)
 264 {
 265   u64x4 r = {
 266     *(u64 *) p0, *(u64 *) p1, *(u64 *) p2, *(u64 *) p3
 267   };
 268   return r;
 269 }
 270
 271 static_always_inline u32x8
 272 u32x8_gather (void *p0, void *p1, void *p2, void *p3, void *p4, void *p5,
 273               void *p6, void *p7)
 274 {
 275   u32x8 r = {
 276     *(u32 *) p0, *(u32 *) p1, *(u32 *) p2, *(u32 *) p3,
 277     *(u32 *) p4, *(u32 *) p5, *(u32 *) p6, *(u32 *) p7,
 278   };
 279   return r;
 280 }
 281
 282
 283 static_always_inline void
 284 u64x4_scatter (u64x4 r, void *p0, void *p1, void *p2, void *p3)
 285 {
 286   *(u64 *) p0 = r[0];
 287   *(u64 *) p1 = r[1];
 288   *(u64 *) p2 = r[2];
 289   *(u64 *) p3 = r[3];
 290 }
 291
 292 static_always_inline void
 293 u32x8_scatter (u32x8 r, void *p0, void *p1, void *p2, void *p3, void *p4,
 294                void *p5, void *p6, void *p7)
 295 {
 296   *(u32 *) p0 = r[0];
 297   *(u32 *) p1 = r[1];
 298   *(u32 *) p2 = r[2];
 299   *(u32 *) p3 = r[3];
 300   *(u32 *) p4 = r[4];
 301   *(u32 *) p5 = r[5];
 302   *(u32 *) p6 = r[6];
 303   *(u32 *) p7 = r[7];
 304 }
 305
 306 static_always_inline void
 307 u64x4_scatter_one (u64x4 r, int index, void *p)
 308 {
 309   *(u64 *) p = r[index];
 310 }
 311
 312 static_always_inline void
 313 u32x8_scatter_one (u32x8 r, int index, void *p)
 314 {
 315   *(u32 *) p = r[index];
 316 }
 317
 318 static_always_inline u8x32
 319 u8x32_is_greater (u8x32 v1, u8x32 v2)
 320 {
 321   return (u8x32) _mm256_cmpgt_epi8 ((__m256i) v1, (__m256i) v2);
 322 }
 323
 324 static_always_inline u8x32
 325 u8x32_blend (u8x32 v1, u8x32 v2, u8x32 mask)
 326 {
 327   return (u8x32) _mm256_blendv_epi8 ((__m256i) v1, (__m256i) v2,
 328                                      (__m256i) mask);
 329 }
 330
 331 #define u32x8_permute_lanes(a, b, m) \
 332   (u32x8) _mm256_permute2x128_si256 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 333 #define u64x4_permute_lanes(a, b, m) \
 334   (u64x4) _mm256_permute2x128_si256 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 335
 336 static_always_inline u32x8
 337 u32x8_min (u32x8 a, u32x8 b)
 338 {
 339   return (u32x8) _mm256_min_epu32 ((__m256i) a, (__m256i) b);
 340 }
 341
 342 static_always_inline u32
 343 u32x8_min_scalar (u32x8 v)
 344 {
 345   return u32x4_min_scalar (u32x4_min (u32x8_extract_lo (v),
 346                                       u32x8_extract_hi (v)));
 347 }
 348
 349 static_always_inline void
 350 u32x8_transpose (u32x8 a[8])
 351 {
 352   u64x4 r[8], x, y;
 353
 354   r[0] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[0], a[1]);
 355   r[1] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[0], a[1]);
 356   r[2] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[2], a[3]);
 357   r[3] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[2], a[3]);
 358   r[4] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[4], a[5]);
 359   r[5] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[4], a[5]);
 360   r[6] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[6], a[7]);
 361   r[7] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[6], a[7]);
 362
 363   x = u64x4_interleave_lo (r[0], r[2]);
 364   y = u64x4_interleave_lo (r[4], r[6]);
 365   a[0] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 366   a[4] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 367
 368   x = u64x4_interleave_hi (r[0], r[2]);
 369   y = u64x4_interleave_hi (r[4], r[6]);
 370   a[1] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 371   a[5] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 372
 373   x = u64x4_interleave_lo (r[1], r[3]);
 374   y = u64x4_interleave_lo (r[5], r[7]);
 375   a[2] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 376   a[6] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 377
 378   x = u64x4_interleave_hi (r[1], r[3]);
 379   y = u64x4_interleave_hi (r[5], r[7]);
 380   a[3] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 381   a[7] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 382 }
 383
 384 static_always_inline void
 385 u64x4_transpose (u64x4 a[8])
 386 {
 387   u64x4 r[4];
 388
 389   r[0] = u64x4_interleave_lo (a[0], a[1]);
 390   r[1] = u64x4_interleave_hi (a[0], a[1]);
 391   r[2] = u64x4_interleave_lo (a[2], a[3]);
 392   r[3] = u64x4_interleave_hi (a[2], a[3]);
 393
 394   a[0] = u64x4_permute_lanes (r[0], r[2], 0x20);
 395   a[1] = u64x4_permute_lanes (r[1], r[3], 0x20);
 396   a[2] = u64x4_permute_lanes (r[0], r[2], 0x31);
 397   a[3] = u64x4_permute_lanes (r[1], r[3], 0x31);
 398 }
 399
 400 #endif /* included_vector_avx2_h */
 401
 402 /*
 403  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 404  *
 405  * Local Variables:
 406  * eval: (c-set-style "gnu")
 407  * End:
 408  */