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 u8x32
 217 u8x32_xor3 (u8x32 a, u8x32 b, u8x32 c)
 218 {
 219 #if __AVX512F__
 220   return (u8x32) _mm256_ternarylogic_epi32 ((__m256i) a, (__m256i) b,
 221                                             (__m256i) c, 0x96);
 222 #endif
 223   return a ^ b ^ c;
 224 }
 225
 226 static_always_inline u16x16
 227 u16x16_mask_last (u16x16 v, u8 n_last)
 228 {
 229   const u16x16 masks[17] = {
 230     {0},
 231     {-1},
 232     {-1, -1},
 233     {-1, -1, -1},
 234     {-1, -1, -1, -1},
 235     {-1, -1, -1, -1, -1},
 236     {-1, -1, -1, -1, -1, -1},
 237     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 238     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 239     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 240     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 241     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 242     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 243     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 244     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 245     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 246     {-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},
 247   };
 248
 249   ASSERT (n_last < 17);
 250
 251   return v & masks[16 - n_last];
 252 }
 253
 254 static_always_inline f32x8
 255 f32x8_from_u32x8 (u32x8 v)
 256 {
 257   return (f32x8) _mm256_cvtepi32_ps ((__m256i) v);
 258 }
 259
 260 static_always_inline u32x8
 261 u32x8_from_f32x8 (f32x8 v)
 262 {
 263   return (u32x8) _mm256_cvttps_epi32 ((__m256) v);
 264 }
 265
 266 #define u32x8_blend(a,b,m) \
 267   (u32x8) _mm256_blend_epi32 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 268
 269 #define u16x16_blend(v1, v2, mask) \
 270   (u16x16) _mm256_blend_epi16 ((__m256i) (v1), (__m256i) (v2), mask)
 271
 272 static_always_inline u64x4
 273 u64x4_gather (void *p0, void *p1, void *p2, void *p3)
 274 {
 275   u64x4 r = {
 276     *(u64 *) p0, *(u64 *) p1, *(u64 *) p2, *(u64 *) p3
 277   };
 278   return r;
 279 }
 280
 281 static_always_inline u32x8
 282 u32x8_gather (void *p0, void *p1, void *p2, void *p3, void *p4, void *p5,
 283               void *p6, void *p7)
 284 {
 285   u32x8 r = {
 286     *(u32 *) p0, *(u32 *) p1, *(u32 *) p2, *(u32 *) p3,
 287     *(u32 *) p4, *(u32 *) p5, *(u32 *) p6, *(u32 *) p7,
 288   };
 289   return r;
 290 }
 291
 292
 293 static_always_inline void
 294 u64x4_scatter (u64x4 r, void *p0, void *p1, void *p2, void *p3)
 295 {
 296   *(u64 *) p0 = r[0];
 297   *(u64 *) p1 = r[1];
 298   *(u64 *) p2 = r[2];
 299   *(u64 *) p3 = r[3];
 300 }
 301
 302 static_always_inline void
 303 u32x8_scatter (u32x8 r, void *p0, void *p1, void *p2, void *p3, void *p4,
 304                void *p5, void *p6, void *p7)
 305 {
 306   *(u32 *) p0 = r[0];
 307   *(u32 *) p1 = r[1];
 308   *(u32 *) p2 = r[2];
 309   *(u32 *) p3 = r[3];
 310   *(u32 *) p4 = r[4];
 311   *(u32 *) p5 = r[5];
 312   *(u32 *) p6 = r[6];
 313   *(u32 *) p7 = r[7];
 314 }
 315
 316 static_always_inline void
 317 u64x4_scatter_one (u64x4 r, int index, void *p)
 318 {
 319   *(u64 *) p = r[index];
 320 }
 321
 322 static_always_inline void
 323 u32x8_scatter_one (u32x8 r, int index, void *p)
 324 {
 325   *(u32 *) p = r[index];
 326 }
 327
 328 static_always_inline u8x32
 329 u8x32_blend (u8x32 v1, u8x32 v2, u8x32 mask)
 330 {
 331   return (u8x32) _mm256_blendv_epi8 ((__m256i) v1, (__m256i) v2,
 332                                      (__m256i) mask);
 333 }
 334
 335 #define u32x8_permute_lanes(a, b, m) \
 336   (u32x8) _mm256_permute2x128_si256 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 337 #define u64x4_permute_lanes(a, b, m) \
 338   (u64x4) _mm256_permute2x128_si256 ((__m256i) a, (__m256i) b, m)
 339
 340 static_always_inline u32x8
 341 u32x8_min (u32x8 a, u32x8 b)
 342 {
 343   return (u32x8) _mm256_min_epu32 ((__m256i) a, (__m256i) b);
 344 }
 345
 346 static_always_inline u32
 347 u32x8_min_scalar (u32x8 v)
 348 {
 349   return u32x4_min_scalar (u32x4_min (u32x8_extract_lo (v),
 350                                       u32x8_extract_hi (v)));
 351 }
 352
 353 static_always_inline void
 354 u32x8_transpose (u32x8 a[8])
 355 {
 356   u64x4 r[8], x, y;
 357
 358   r[0] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[0], a[1]);
 359   r[1] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[0], a[1]);
 360   r[2] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[2], a[3]);
 361   r[3] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[2], a[3]);
 362   r[4] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[4], a[5]);
 363   r[5] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[4], a[5]);
 364   r[6] = (u64x4) u32x8_interleave_lo (a[6], a[7]);
 365   r[7] = (u64x4) u32x8_interleave_hi (a[6], a[7]);
 366
 367   x = u64x4_interleave_lo (r[0], r[2]);
 368   y = u64x4_interleave_lo (r[4], r[6]);
 369   a[0] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 370   a[4] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 371
 372   x = u64x4_interleave_hi (r[0], r[2]);
 373   y = u64x4_interleave_hi (r[4], r[6]);
 374   a[1] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 375   a[5] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 376
 377   x = u64x4_interleave_lo (r[1], r[3]);
 378   y = u64x4_interleave_lo (r[5], r[7]);
 379   a[2] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 380   a[6] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 381
 382   x = u64x4_interleave_hi (r[1], r[3]);
 383   y = u64x4_interleave_hi (r[5], r[7]);
 384   a[3] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x20);
 385   a[7] = u32x8_permute_lanes (x, y, 0x31);
 386 }
 387
 388 static_always_inline void
 389 u64x4_transpose (u64x4 a[8])
 390 {
 391   u64x4 r[4];
 392
 393   r[0] = u64x4_interleave_lo (a[0], a[1]);
 394   r[1] = u64x4_interleave_hi (a[0], a[1]);
 395   r[2] = u64x4_interleave_lo (a[2], a[3]);
 396   r[3] = u64x4_interleave_hi (a[2], a[3]);
 397
 398   a[0] = u64x4_permute_lanes (r[0], r[2], 0x20);
 399   a[1] = u64x4_permute_lanes (r[1], r[3], 0x20);
 400   a[2] = u64x4_permute_lanes (r[0], r[2], 0x31);
 401   a[3] = u64x4_permute_lanes (r[1], r[3], 0x31);
 402 }
 403
 404 static_always_inline u8x32
 405 u8x32_splat_u8x16 (u8x16 a)
 406 {
 407   return (u8x32) _mm256_broadcastsi128_si256 ((__m128i) a);
 408 }
 409
 410 #endif /* included_vector_avx2_h */
 411
 412 /*
 413  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 414  *
 415  * Local Variables:
 416  * eval: (c-set-style "gnu")
 417  * End:
 418  */