src/vppinfra/vector_avx512.h

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2015 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_avx512_h
  17 #define included_vector_avx512_h
  18
  19 #include <vppinfra/clib.h>
  20 #include <x86intrin.h>
  21
  22 /* *INDENT-OFF* */
  23 #define foreach_avx512_vec512i \
  24   _(i,8,64,epi8) _(i,16,32,epi16) _(i,32,16,epi32)  _(i,64,8,epi64)
  25 #define foreach_avx512_vec512u \
  26   _(u,8,64,epi8) _(u,16,32,epi16) _(u,32,16,epi32)  _(u,64,8,epi64)
  27 #define foreach_avx512_vec512f \
  28   _(f,32,8,ps) _(f,64,4,pd)
  29
  30 /* splat, load_unaligned, store_unaligned, is_all_zero, is_equal,
  31    is_all_equal, is_zero_mask */
  32 #define _(t, s, c, i) \
  33 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  34 t##s##x##c##_splat (t##s x)                                             \
  35 { return (t##s##x##c) _mm512_set1_##i (x); }                            \
  36 \
  37 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  38 t##s##x##c##_load_aligned (void *p)                                     \
  39 { return (t##s##x##c) _mm512_load_si512 (p); }                          \
  40 \
  41 static_always_inline void                                               \
  42 t##s##x##c##_store_aligned (t##s##x##c v, void *p)                      \
  43 { _mm512_store_si512 ((__m512i *) p, (__m512i) v); }                    \
  44 \
  45 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  46 t##s##x##c##_load_unaligned (void *p)                                   \
  47 { return (t##s##x##c) _mm512_loadu_si512 (p); }                         \
  48 \
  49 static_always_inline void                                               \
  50 t##s##x##c##_store_unaligned (t##s##x##c v, void *p)                    \
  51 { _mm512_storeu_si512 ((__m512i *) p, (__m512i) v); }                   \
  52 \
  53 static_always_inline int                                                \
  54 t##s##x##c##_is_all_zero (t##s##x##c v)                                 \
  55 { return (_mm512_test_epi64_mask ((__m512i) v, (__m512i) v) == 0); }    \
  56 \
  57 static_always_inline int                                                \
  58 t##s##x##c##_is_equal (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                      \
  59 { return t##s##x##c##_is_all_zero (a ^ b); }                            \
  60 \
  61 static_always_inline int                                                \
  62 t##s##x##c##_is_all_equal (t##s##x##c v, t##s x)                        \
  63 { return t##s##x##c##_is_equal (v, t##s##x##c##_splat (x)); }           \
  64 \
  65 static_always_inline u##c                                               \
  66 t##s##x##c##_is_zero_mask (t##s##x##c v)                                \
  67 { return _mm512_test_##i##_mask ((__m512i) v, (__m512i) v); }           \
  68 \
  69 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  70 t##s##x##c##_interleave_lo (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                 \
  71 { return (t##s##x##c) _mm512_unpacklo_##i ((__m512i) a, (__m512i) b); } \
  72 \
  73 static_always_inline t##s##x##c                                         \
  74 t##s##x##c##_interleave_hi (t##s##x##c a, t##s##x##c b)                 \
  75 { return (t##s##x##c) _mm512_unpackhi_##i ((__m512i) a, (__m512i) b); } \
  76
  77
  78 foreach_avx512_vec512i foreach_avx512_vec512u
  79 #undef _
  80 /* *INDENT-ON* */
  81
  82 static_always_inline u32
  83 u16x32_msb_mask (u16x32 v)
  84 {
  85   return (u32) _mm512_movepi16_mask ((__m512i) v);
  86 }
  87
  88 static_always_inline u32x16
  89 u32x16_byte_swap (u32x16 v)
  90 {
  91   u8x64 swap = {
  92     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12,
  93     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12,
  94     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12,
  95     3, 2, 1, 0, 7, 6, 5, 4, 11, 10, 9, 8, 15, 14, 13, 12
  96   };
  97   return (u32x16) _mm512_shuffle_epi8 ((__m512i) v, (__m512i) swap);
  98 }
  99
 100 static_always_inline u16x32
 101 u16x32_byte_swap (u16x32 v)
 102 {
 103   u8x64 swap = {
 104     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14,
 105     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14,
 106     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14,
 107     1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14
 108   };
 109   return (u16x32) _mm512_shuffle_epi8 ((__m512i) v, (__m512i) swap);
 110 }
 111
 112 static_always_inline u32x8
 113 u32x16_extract_lo (u32x16 v)
 114 {
 115   return (u32x8) _mm512_extracti64x4_epi64 ((__m512i) v, 0);
 116 }
 117
 118 static_always_inline u32x8
 119 u32x16_extract_hi (u32x16 v)
 120 {
 121   return (u32x8) _mm512_extracti64x4_epi64 ((__m512i) v, 1);
 122 }
 123
 124 static_always_inline u8x32
 125 u8x64_extract_lo (u8x64 v)
 126 {
 127   return (u8x32) _mm512_extracti64x4_epi64 ((__m512i) v, 0);
 128 }
 129
 130 static_always_inline u8x32
 131 u8x64_extract_hi (u8x64 v)
 132 {
 133   return (u8x32) _mm512_extracti64x4_epi64 ((__m512i) v, 1);
 134 }
 135
 136 static_always_inline u32
 137 u32x16_min_scalar (u32x16 v)
 138 {
 139   return u32x8_min_scalar (u32x8_min (u32x16_extract_lo (v),
 140                                       u32x16_extract_hi (v)));
 141 }
 142
 143 static_always_inline u32x16
 144 u32x16_insert_lo (u32x16 r, u32x8 v)
 145 {
 146   return (u32x16) _mm512_inserti64x4 ((__m512i) r, (__m256i) v, 0);
 147 }
 148
 149 static_always_inline u32x16
 150 u32x16_insert_hi (u32x16 r, u32x8 v)
 151 {
 152   return (u32x16) _mm512_inserti64x4 ((__m512i) r, (__m256i) v, 1);
 153 }
 154
 155 static_always_inline u64x8
 156 u64x8_permute (u64x8 a, u64x8 b, u64x8 mask)
 157 {
 158   return (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 ((__m512i) a, (__m512i) mask,
 159                                             (__m512i) b);
 160 }
 161
 162
 163 #define u32x16_ternary_logic(a, b, c, d) \
 164   (u32x16) _mm512_ternarylogic_epi32 ((__m512i) a, (__m512i) b, (__m512i) c, d)
 165
 166 #define u8x64_insert_u8x16(a, b, n) \
 167   (u8x64) _mm512_inserti64x2 ((__m512i) (a), (__m128i) (b), n)
 168
 169 #define u8x64_extract_u8x16(a, n) \
 170   (u8x16) _mm512_extracti64x2_epi64 ((__m512i) (a), n)
 171
 172 #define u8x64_word_shift_left(a,n)  (u8x64) _mm512_bslli_epi128((__m512i) a, n)
 173 #define u8x64_word_shift_right(a,n) (u8x64) _mm512_bsrli_epi128((__m512i) a, n)
 174
 175 static_always_inline u8x64
 176 u8x64_xor3 (u8x64 a, u8x64 b, u8x64 c)
 177 {
 178   return (u8x64) _mm512_ternarylogic_epi32 ((__m512i) a, (__m512i) b,
 179                                             (__m512i) c, 0x96);
 180 }
 181
 182 static_always_inline u8x64
 183 u8x64_reflect_u8x16 (u8x64 x)
 184 {
 185   static const u8x64 mask = {
 186     15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,
 187     15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,
 188     15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,
 189     15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,
 190   };
 191   return (u8x64) _mm512_shuffle_epi8 ((__m512i) x, (__m512i) mask);
 192 }
 193
 194 static_always_inline u8x64
 195 u8x64_mask_load (u8x64 a, void *p, u64 mask)
 196 {
 197   return (u8x64) _mm512_mask_loadu_epi8 ((__m512i) a, mask, p);
 198 }
 199
 200 static_always_inline void
 201 u8x64_mask_store (u8x64 a, void *p, u64 mask)
 202 {
 203   _mm512_mask_storeu_epi8 (p, mask, (__m512i) a);
 204 }
 205
 206 static_always_inline u8x64
 207 u8x64_splat_u8x16 (u8x16 a)
 208 {
 209   return (u8x64) _mm512_broadcast_i64x2 ((__m128i) a);
 210 }
 211
 212 static_always_inline u32x16
 213 u32x16_splat_u32x4 (u32x4 a)
 214 {
 215   return (u32x16) _mm512_broadcast_i64x2 ((__m128i) a);
 216 }
 217
 218 static_always_inline u32x16
 219 u32x16_mask_blend (u32x16 a, u32x16 b, u16 mask)
 220 {
 221   return (u32x16) _mm512_mask_blend_epi32 (mask, (__m512i) a, (__m512i) b);
 222 }
 223
 224 static_always_inline u8x64
 225 u8x64_mask_blend (u8x64 a, u8x64 b, u64 mask)
 226 {
 227   return (u8x64) _mm512_mask_blend_epi8 (mask, (__m512i) a, (__m512i) b);
 228 }
 229
 230 static_always_inline void
 231 u32x16_transpose (u32x16 m[16])
 232 {
 233   __m512i r[16], a, b, c, d, x, y;
 234
 235   /* *INDENT-OFF* */
 236   __m512i pm1 = (__m512i) (u64x8) { 0, 1, 8, 9, 4, 5, 12, 13};
 237   __m512i pm2 = (__m512i) (u64x8) { 2, 3, 10, 11, 6, 7, 14, 15};
 238   __m512i pm3 = (__m512i) (u64x8) { 0, 1, 2, 3, 8, 9, 10, 11};
 239   __m512i pm4 = (__m512i) (u64x8) { 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15};
 240   /* *INDENT-ON* */
 241
 242   r[0] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[0], (__m512i) m[1]);
 243   r[1] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[2], (__m512i) m[3]);
 244   r[2] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[4], (__m512i) m[5]);
 245   r[3] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[6], (__m512i) m[7]);
 246   r[4] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[8], (__m512i) m[9]);
 247   r[5] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[10], (__m512i) m[11]);
 248   r[6] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[12], (__m512i) m[13]);
 249   r[7] = _mm512_unpacklo_epi32 ((__m512i) m[14], (__m512i) m[15]);
 250
 251   r[8] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[0], (__m512i) m[1]);
 252   r[9] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[2], (__m512i) m[3]);
 253   r[10] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[4], (__m512i) m[5]);
 254   r[11] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[6], (__m512i) m[7]);
 255   r[12] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[8], (__m512i) m[9]);
 256   r[13] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[10], (__m512i) m[11]);
 257   r[14] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[12], (__m512i) m[13]);
 258   r[15] = _mm512_unpackhi_epi32 ((__m512i) m[14], (__m512i) m[15]);
 259
 260   a = _mm512_unpacklo_epi64 (r[0], r[1]);
 261   b = _mm512_unpacklo_epi64 (r[2], r[3]);
 262   c = _mm512_unpacklo_epi64 (r[4], r[5]);
 263   d = _mm512_unpacklo_epi64 (r[6], r[7]);
 264   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm1, b);
 265   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm1, d);
 266   m[0] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 267   m[8] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 268   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm2, b);
 269   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm2, d);
 270   m[4] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 271   m[12] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 272
 273   a = _mm512_unpacklo_epi64 (r[8], r[9]);
 274   b = _mm512_unpacklo_epi64 (r[10], r[11]);
 275   c = _mm512_unpacklo_epi64 (r[12], r[13]);
 276   d = _mm512_unpacklo_epi64 (r[14], r[15]);
 277   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm1, b);
 278   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm1, d);
 279   m[2] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 280   m[10] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 281   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm2, b);
 282   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm2, d);
 283   m[6] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 284   m[14] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 285
 286   a = _mm512_unpackhi_epi64 (r[0], r[1]);
 287   b = _mm512_unpackhi_epi64 (r[2], r[3]);
 288   c = _mm512_unpackhi_epi64 (r[4], r[5]);
 289   d = _mm512_unpackhi_epi64 (r[6], r[7]);
 290   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm1, b);
 291   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm1, d);
 292   m[1] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 293   m[9] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 294   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm2, b);
 295   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm2, d);
 296   m[5] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 297   m[13] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 298
 299   a = _mm512_unpackhi_epi64 (r[8], r[9]);
 300   b = _mm512_unpackhi_epi64 (r[10], r[11]);
 301   c = _mm512_unpackhi_epi64 (r[12], r[13]);
 302   d = _mm512_unpackhi_epi64 (r[14], r[15]);
 303   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm1, b);
 304   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm1, d);
 305   m[3] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 306   m[11] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 307   x = _mm512_permutex2var_epi64 (a, pm2, b);
 308   y = _mm512_permutex2var_epi64 (c, pm2, d);
 309   m[7] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 310   m[15] = (u32x16) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 311 }
 312
 313
 314
 315 static_always_inline void
 316 u64x8_transpose (u64x8 m[8])
 317 {
 318   __m512i r[8], x, y;
 319
 320   /* *INDENT-OFF* */
 321   __m512i pm1 = (__m512i) (u64x8) { 0, 1, 8, 9, 4, 5, 12, 13};
 322   __m512i pm2 = (__m512i) (u64x8) { 2, 3, 10, 11, 6, 7, 14, 15};
 323   __m512i pm3 = (__m512i) (u64x8) { 0, 1, 2, 3, 8, 9, 10, 11};
 324   __m512i pm4 = (__m512i) (u64x8) { 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15};
 325   /* *INDENT-ON* */
 326
 327   r[0] = _mm512_unpacklo_epi64 ((__m512i) m[0], (__m512i) m[1]);
 328   r[1] = _mm512_unpacklo_epi64 ((__m512i) m[2], (__m512i) m[3]);
 329   r[2] = _mm512_unpacklo_epi64 ((__m512i) m[4], (__m512i) m[5]);
 330   r[3] = _mm512_unpacklo_epi64 ((__m512i) m[6], (__m512i) m[7]);
 331   r[4] = _mm512_unpackhi_epi64 ((__m512i) m[0], (__m512i) m[1]);
 332   r[5] = _mm512_unpackhi_epi64 ((__m512i) m[2], (__m512i) m[3]);
 333   r[6] = _mm512_unpackhi_epi64 ((__m512i) m[4], (__m512i) m[5]);
 334   r[7] = _mm512_unpackhi_epi64 ((__m512i) m[6], (__m512i) m[7]);
 335
 336   x = _mm512_permutex2var_epi64 (r[0], pm1, r[1]);
 337   y = _mm512_permutex2var_epi64 (r[2], pm1, r[3]);
 338   m[0] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 339   m[4] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 340   x = _mm512_permutex2var_epi64 (r[0], pm2, r[1]);
 341   y = _mm512_permutex2var_epi64 (r[2], pm2, r[3]);
 342   m[2] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 343   m[6] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 344
 345   x = _mm512_permutex2var_epi64 (r[4], pm1, r[5]);
 346   y = _mm512_permutex2var_epi64 (r[6], pm1, r[7]);
 347   m[1] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 348   m[5] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 349   x = _mm512_permutex2var_epi64 (r[4], pm2, r[5]);
 350   y = _mm512_permutex2var_epi64 (r[6], pm2, r[7]);
 351   m[3] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm3, y);
 352   m[7] = (u64x8) _mm512_permutex2var_epi64 (x, pm4, y);
 353 }
 354
 355 #endif /* included_vector_avx512_h */
 356 /*
 357  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 358  *
 359  * Local Variables:
 360  * eval: (c-set-style "gnu")
 361  * End:
 362  */