]> git.ipfire.org Git - thirdparty/glibc.git/commitdiff
AArch64: Improve codegen in AdvSIMD logs
authorPierre Blanchard <pierre.blanchard@arm.com>
Mon, 9 Dec 2024 15:54:34 +0000 (15:54 +0000)
committerWilco Dijkstra <wilco.dijkstra@arm.com>
Mon, 9 Dec 2024 16:20:34 +0000 (16:20 +0000)
Remove spurious ADRP and a few MOVs.
Reduce memory access by using more indexed MLAs in polynomial.
Align notation so that algorithms are easier to compare.
Speedup on Neoverse V1 for log10 (8%), log (8.5%), and log2 (10%).
Update error threshold in AdvSIMD log (now matches SVE log).

sysdeps/aarch64/fpu/log10_advsimd.c
sysdeps/aarch64/fpu/log2_advsimd.c
sysdeps/aarch64/fpu/log_advsimd.c

index c065aaebae8600fbc56627cb8fd5c9dda75e468b..f69ed21c3938d9a9d09a70d409461f2e312967d2 100644 (file)
    <https://www.gnu.org/licenses/>.  */
 
 #include "v_math.h"
-#include "poly_advsimd_f64.h"
-
-#define N (1 << V_LOG10_TABLE_BITS)
 
 static const struct data
 {
-  uint64x2_t min_norm;
+  uint64x2_t off, sign_exp_mask, offset_lower_bound;
   uint32x4_t special_bound;
-  float64x2_t poly[5];
-  float64x2_t invln10, log10_2, ln2;
-  uint64x2_t sign_exp_mask;
+  double invln10, log10_2;
+  double c1, c3;
+  float64x2_t c0, c2, c4;
 } data = {
   /* Computed from log coefficients divided by log(10) then rounded to double
      precision.  */
-  .poly = { V2 (-0x1.bcb7b1526e506p-3), V2 (0x1.287a7636be1d1p-3),
-           V2 (-0x1.bcb7b158af938p-4), V2 (0x1.63c78734e6d07p-4),
-           V2 (-0x1.287461742fee4p-4) },
-  .ln2 = V2 (0x1.62e42fefa39efp-1),
-  .invln10 = V2 (0x1.bcb7b1526e50ep-2),
-  .log10_2 = V2 (0x1.34413509f79ffp-2),
-  .min_norm = V2 (0x0010000000000000), /* asuint64(0x1p-1022).  */
-  .special_bound = V4 (0x7fe00000),    /* asuint64(inf) - min_norm.  */
+  .c0 = V2 (-0x1.bcb7b1526e506p-3),
+  .c1 = 0x1.287a7636be1d1p-3,
+  .c2 = V2 (-0x1.bcb7b158af938p-4),
+  .c3 = 0x1.63c78734e6d07p-4,
+  .c4 = V2 (-0x1.287461742fee4p-4),
+  .invln10 = 0x1.bcb7b1526e50ep-2,
+  .log10_2 = 0x1.34413509f79ffp-2,
+  .off = V2 (0x3fe6900900000000),
   .sign_exp_mask = V2 (0xfff0000000000000),
+  /* Lower bound is 0x0010000000000000. For
+     optimised register use subnormals are detected after offset has been
+     subtracted, so lower bound - offset (which wraps around).  */
+  .offset_lower_bound = V2 (0x0010000000000000 - 0x3fe6900900000000),
+  .special_bound = V4 (0x7fe00000), /* asuint64(inf) - 0x0010000000000000.  */
 };
 
-#define Off v_u64 (0x3fe6900900000000)
+#define N (1 << V_LOG10_TABLE_BITS)
 #define IndexMask (N - 1)
 
-#define T(s, i) __v_log10_data.s[i]
-
 struct entry
 {
   float64x2_t invc;
@@ -70,10 +70,11 @@ lookup (uint64x2_t i)
 }
 
 static float64x2_t VPCS_ATTR NOINLINE
-special_case (float64x2_t x, float64x2_t y, float64x2_t hi, float64x2_t r2,
-             uint32x2_t special)
+special_case (float64x2_t hi, uint64x2_t u_off, float64x2_t y, float64x2_t r2,
+             uint32x2_t special, const struct data *d)
 {
-  return v_call_f64 (log10, x, vfmaq_f64 (hi, r2, y), vmovl_u32 (special));
+  float64x2_t x = vreinterpretq_f64_u64 (vaddq_u64 (u_off, d->off));
+  return v_call_f64 (log10, x, vfmaq_f64 (hi, y, r2), vmovl_u32 (special));
 }
 
 /* Fast implementation of double-precision vector log10
@@ -85,19 +86,24 @@ special_case (float64x2_t x, float64x2_t y, float64x2_t hi, float64x2_t r2,
 float64x2_t VPCS_ATTR V_NAME_D1 (log10) (float64x2_t x)
 {
   const struct data *d = ptr_barrier (&data);
-  uint64x2_t ix = vreinterpretq_u64_f64 (x);
-  uint32x2_t special = vcge_u32 (vsubhn_u64 (ix, d->min_norm),
-                                vget_low_u32 (d->special_bound));
+
+  /* To avoid having to mov x out of the way, keep u after offset has been
+     applied, and recover x by adding the offset back in the special-case
+     handler.  */
+  uint64x2_t u = vreinterpretq_u64_f64 (x);
+  uint64x2_t u_off = vsubq_u64 (u, d->off);
 
   /* x = 2^k z; where z is in range [OFF,2*OFF) and exact.
      The range is split into N subintervals.
      The ith subinterval contains z and c is near its center.  */
-  uint64x2_t tmp = vsubq_u64 (ix, Off);
-  int64x2_t k = vshrq_n_s64 (vreinterpretq_s64_u64 (tmp), 52);
-  uint64x2_t iz = vsubq_u64 (ix, vandq_u64 (tmp, d->sign_exp_mask));
+  int64x2_t k = vshrq_n_s64 (vreinterpretq_s64_u64 (u_off), 52);
+  uint64x2_t iz = vsubq_u64 (u, vandq_u64 (u_off, d->sign_exp_mask));
   float64x2_t z = vreinterpretq_f64_u64 (iz);
 
-  struct entry e = lookup (tmp);
+  struct entry e = lookup (u_off);
+
+  uint32x2_t special = vcge_u32 (vsubhn_u64 (u_off, d->offset_lower_bound),
+                                vget_low_u32 (d->special_bound));
 
   /* log10(x) = log1p(z/c-1)/log(10) + log10(c) + k*log10(2).  */
   float64x2_t r = vfmaq_f64 (v_f64 (-1.0), z, e.invc);
@@ -105,17 +111,22 @@ float64x2_t VPCS_ATTR V_NAME_D1 (log10) (float64x2_t x)
 
   /* hi = r / log(10) + log10(c) + k*log10(2).
      Constants in v_log10_data.c are computed (in extended precision) as
-     e.log10c := e.logc * ivln10.  */
-  float64x2_t w = vfmaq_f64 (e.log10c, r, d->invln10);
+     e.log10c := e.logc * invln10.  */
+  float64x2_t cte = vld1q_f64 (&d->invln10);
+  float64x2_t hi = vfmaq_laneq_f64 (e.log10c, r, cte, 0);
 
   /* y = log10(1+r) + n * log10(2).  */
-  float64x2_t hi = vfmaq_f64 (w, kd, d->log10_2);
+  hi = vfmaq_laneq_f64 (hi, kd, cte, 1);
 
   /* y = r2*(A0 + r*A1 + r2*(A2 + r*A3 + r2*A4)) + hi.  */
   float64x2_t r2 = vmulq_f64 (r, r);
-  float64x2_t y = v_pw_horner_4_f64 (r, r2, d->poly);
+  float64x2_t odd_coeffs = vld1q_f64 (&d->c1);
+  float64x2_t y = vfmaq_laneq_f64 (d->c2, r, odd_coeffs, 1);
+  float64x2_t p = vfmaq_laneq_f64 (d->c0, r, odd_coeffs, 0);
+  y = vfmaq_f64 (y, d->c4, r2);
+  y = vfmaq_f64 (p, y, r2);
 
   if (__glibc_unlikely (v_any_u32h (special)))
-    return special_case (x, y, hi, r2, special);
-  return vfmaq_f64 (hi, r2, y);
+    return special_case (hi, u_off, y, r2, special, d);
+  return vfmaq_f64 (hi, y, r2);
 }
index 4057c552d8dfc0bbbb45cac3e39de1d148270c6a..1eea1f86ebdeab34bc3690da553df5695dad2c9f 100644 (file)
    <https://www.gnu.org/licenses/>.  */
 
 #include "v_math.h"
-#include "poly_advsimd_f64.h"
-
-#define N (1 << V_LOG2_TABLE_BITS)
 
 static const struct data
 {
-  uint64x2_t min_norm;
+  uint64x2_t off, sign_exp_mask, offset_lower_bound;
   uint32x4_t special_bound;
-  float64x2_t poly[5];
-  float64x2_t invln2;
-  uint64x2_t sign_exp_mask;
+  float64x2_t c0, c2;
+  double c1, c3, invln2, c4;
 } data = {
   /* Each coefficient was generated to approximate log(r) for |r| < 0x1.fp-9
      and N = 128, then scaled by log2(e) in extended precision and rounded back
      to double precision.  */
-  .poly = { V2 (-0x1.71547652b83p-1), V2 (0x1.ec709dc340953p-2),
-           V2 (-0x1.71547651c8f35p-2), V2 (0x1.2777ebe12dda5p-2),
-           V2 (-0x1.ec738d616fe26p-3) },
-  .invln2 = V2 (0x1.71547652b82fep0),
-  .min_norm = V2 (0x0010000000000000), /* asuint64(0x1p-1022).  */
-  .special_bound = V4 (0x7fe00000),    /* asuint64(inf) - min_norm.  */
+  .c0 = V2 (-0x1.71547652b8300p-1),
+  .c1 = 0x1.ec709dc340953p-2,
+  .c2 = V2 (-0x1.71547651c8f35p-2),
+  .c3 = 0x1.2777ebe12dda5p-2,
+  .c4 = -0x1.ec738d616fe26p-3,
+  .invln2 = 0x1.71547652b82fep0,
+  .off = V2 (0x3fe6900900000000),
   .sign_exp_mask = V2 (0xfff0000000000000),
+  /* Lower bound is 0x0010000000000000. For
+     optimised register use subnormals are detected after offset has been
+     subtracted, so lower bound - offset (which wraps around).  */
+  .offset_lower_bound = V2 (0x0010000000000000 - 0x3fe6900900000000),
+  .special_bound = V4 (0x7fe00000), /* asuint64(inf) - asuint64(0x1p-1022).  */
 };
 
-#define Off v_u64 (0x3fe6900900000000)
+#define N (1 << V_LOG2_TABLE_BITS)
 #define IndexMask (N - 1)
 
 struct entry
@@ -67,10 +69,11 @@ lookup (uint64x2_t i)
 }
 
 static float64x2_t VPCS_ATTR NOINLINE
-special_case (float64x2_t x, float64x2_t y, float64x2_t w, float64x2_t r2,
-             uint32x2_t special)
+special_case (float64x2_t hi, uint64x2_t u_off, float64x2_t y, float64x2_t r2,
+             uint32x2_t special, const struct data *d)
 {
-  return v_call_f64 (log2, x, vfmaq_f64 (w, r2, y), vmovl_u32 (special));
+  float64x2_t x = vreinterpretq_f64_u64 (vaddq_u64 (u_off, d->off));
+  return v_call_f64 (log2, x, vfmaq_f64 (hi, y, r2), vmovl_u32 (special));
 }
 
 /* Double-precision vector log2 routine. Implements the same algorithm as
@@ -81,31 +84,41 @@ special_case (float64x2_t x, float64x2_t y, float64x2_t w, float64x2_t r2,
 float64x2_t VPCS_ATTR V_NAME_D1 (log2) (float64x2_t x)
 {
   const struct data *d = ptr_barrier (&data);
-  uint64x2_t ix = vreinterpretq_u64_f64 (x);
-  uint32x2_t special = vcge_u32 (vsubhn_u64 (ix, d->min_norm),
-                                vget_low_u32 (d->special_bound));
+
+  /* To avoid having to mov x out of the way, keep u after offset has been
+     applied, and recover x by adding the offset back in the special-case
+     handler.  */
+  uint64x2_t u = vreinterpretq_u64_f64 (x);
+  uint64x2_t u_off = vsubq_u64 (u, d->off);
 
   /* x = 2^k z; where z is in range [Off,2*Off) and exact.
      The range is split into N subintervals.
      The ith subinterval contains z and c is near its center.  */
-  uint64x2_t tmp = vsubq_u64 (ix, Off);
-  int64x2_t k = vshrq_n_s64 (vreinterpretq_s64_u64 (tmp), 52);
-  uint64x2_t iz = vsubq_u64 (ix, vandq_u64 (tmp, d->sign_exp_mask));
+  int64x2_t k = vshrq_n_s64 (vreinterpretq_s64_u64 (u_off), 52);
+  uint64x2_t iz = vsubq_u64 (u, vandq_u64 (u_off, d->sign_exp_mask));
   float64x2_t z = vreinterpretq_f64_u64 (iz);
 
-  struct entry e = lookup (tmp);
+  struct entry e = lookup (u_off);
 
-  /* log2(x) = log1p(z/c-1)/log(2) + log2(c) + k.  */
+  uint32x2_t special = vcge_u32 (vsubhn_u64 (u_off, d->offset_lower_bound),
+                                vget_low_u32 (d->special_bound));
 
+  /* log2(x) = log1p(z/c-1)/log(2) + log2(c) + k.  */
   float64x2_t r = vfmaq_f64 (v_f64 (-1.0), z, e.invc);
   float64x2_t kd = vcvtq_f64_s64 (k);
-  float64x2_t w = vfmaq_f64 (e.log2c, r, d->invln2);
+
+  float64x2_t invln2_and_c4 = vld1q_f64 (&d->invln2);
+  float64x2_t hi
+      = vfmaq_laneq_f64 (vaddq_f64 (e.log2c, kd), r, invln2_and_c4, 0);
 
   float64x2_t r2 = vmulq_f64 (r, r);
-  float64x2_t y = v_pw_horner_4_f64 (r, r2, d->poly);
-  w = vaddq_f64 (kd, w);
+  float64x2_t odd_coeffs = vld1q_f64 (&d->c1);
+  float64x2_t y = vfmaq_laneq_f64 (d->c2, r, odd_coeffs, 1);
+  float64x2_t p = vfmaq_laneq_f64 (d->c0, r, odd_coeffs, 0);
+  y = vfmaq_laneq_f64 (y, r2, invln2_and_c4, 1);
+  y = vfmaq_f64 (p, r2, y);
 
   if (__glibc_unlikely (v_any_u32h (special)))
-    return special_case (x, y, w, r2, special);
-  return vfmaq_f64 (w, r2, y);
+    return special_case (hi, u_off, y, r2, special, d);
+  return vfmaq_f64 (hi, y, r2);
 }
index 015a6da7d7fd693e88329e56269892912cd3e9b5..b1a27fbc290d918c8b5a61f6fdfc22783b15b02c 100644 (file)
 
 static const struct data
 {
-  uint64x2_t min_norm;
+  uint64x2_t off, sign_exp_mask, offset_lower_bound;
   uint32x4_t special_bound;
-  float64x2_t poly[5];
-  float64x2_t ln2;
-  uint64x2_t sign_exp_mask;
+  float64x2_t c0, c2;
+  double c1, c3, ln2, c4;
 } data = {
-  /* Worst-case error: 1.17 + 0.5 ulp.
-     Rel error: 0x1.6272e588p-56 in [ -0x1.fc1p-9 0x1.009p-8 ].  */
-  .poly = { V2 (-0x1.ffffffffffff7p-2), V2 (0x1.55555555170d4p-2),
-           V2 (-0x1.0000000399c27p-2), V2 (0x1.999b2e90e94cap-3),
-           V2 (-0x1.554e550bd501ep-3) },
-  .ln2 = V2 (0x1.62e42fefa39efp-1),
-  .min_norm = V2 (0x0010000000000000),
-  .special_bound = V4 (0x7fe00000), /* asuint64(inf) - min_norm.  */
-  .sign_exp_mask = V2 (0xfff0000000000000)
+  /* Rel error: 0x1.6272e588p-56 in [ -0x1.fc1p-9 0x1.009p-8 ].  */
+  .c0 = V2 (-0x1.ffffffffffff7p-2),
+  .c1 = 0x1.55555555170d4p-2,
+  .c2 = V2 (-0x1.0000000399c27p-2),
+  .c3 = 0x1.999b2e90e94cap-3,
+  .c4 = -0x1.554e550bd501ep-3,
+  .ln2 = 0x1.62e42fefa39efp-1,
+  .sign_exp_mask = V2 (0xfff0000000000000),
+  .off = V2 (0x3fe6900900000000),
+  /* Lower bound is 0x0010000000000000. For
+     optimised register use subnormals are detected after offset has been
+     subtracted, so lower bound - offset (which wraps around).  */
+  .offset_lower_bound = V2 (0x0010000000000000 - 0x3fe6900900000000),
+  .special_bound = V4 (0x7fe00000), /* asuint64(inf) -  asuint64(0x1p-126).  */
 };
 
-#define A(i) d->poly[i]
 #define N (1 << V_LOG_TABLE_BITS)
 #define IndexMask (N - 1)
-#define Off v_u64 (0x3fe6900900000000)
 
 struct entry
 {
@@ -64,48 +66,56 @@ lookup (uint64x2_t i)
 }
 
 static float64x2_t VPCS_ATTR NOINLINE
-special_case (float64x2_t x, float64x2_t y, float64x2_t hi, float64x2_t r2,
-             uint32x2_t cmp)
+special_case (float64x2_t hi, uint64x2_t u_off, float64x2_t y, float64x2_t r2,
+             uint32x2_t special, const struct data *d)
 {
-  return v_call_f64 (log, x, vfmaq_f64 (hi, y, r2), vmovl_u32 (cmp));
+  float64x2_t x = vreinterpretq_f64_u64 (vaddq_u64 (u_off, d->off));
+  return v_call_f64 (log, x, vfmaq_f64 (hi, y, r2), vmovl_u32 (special));
 }
 
+/* Double-precision vector log routine.
+   The maximum observed error is 2.17 ULP:
+   _ZGVnN2v_log(0x1.a6129884398a3p+0) got 0x1.ffffff1cca043p-2
+                                    want 0x1.ffffff1cca045p-2.  */
 float64x2_t VPCS_ATTR V_NAME_D1 (log) (float64x2_t x)
 {
   const struct data *d = ptr_barrier (&data);
-  float64x2_t z, r, r2, p, y, kd, hi;
-  uint64x2_t ix, iz, tmp;
-  uint32x2_t cmp;
-  int64x2_t k;
-  struct entry e;
 
-  ix = vreinterpretq_u64_f64 (x);
-  cmp = vcge_u32 (vsubhn_u64 (ix, d->min_norm),
-                 vget_low_u32 (d->special_bound));
+  /* To avoid having to mov x out of the way, keep u after offset has been
+     applied, and recover x by adding the offset back in the special-case
+     handler.  */
+  uint64x2_t u = vreinterpretq_u64_f64 (x);
+  uint64x2_t u_off = vsubq_u64 (u, d->off);
 
   /* x = 2^k z; where z is in range [Off,2*Off) and exact.
      The range is split into N subintervals.
      The ith subinterval contains z and c is near its center.  */
-  tmp = vsubq_u64 (ix, Off);
-  k = vshrq_n_s64 (vreinterpretq_s64_u64 (tmp), 52); /* arithmetic shift.  */
-  iz = vsubq_u64 (ix, vandq_u64 (tmp, d->sign_exp_mask));
-  z = vreinterpretq_f64_u64 (iz);
-  e = lookup (tmp);
+  int64x2_t k = vshrq_n_s64 (vreinterpretq_s64_u64 (u_off), 52);
+  uint64x2_t iz = vsubq_u64 (u, vandq_u64 (u_off, d->sign_exp_mask));
+  float64x2_t z = vreinterpretq_f64_u64 (iz);
+
+  struct entry e = lookup (u_off);
+
+  uint32x2_t special = vcge_u32 (vsubhn_u64 (u_off, d->offset_lower_bound),
+                                vget_low_u32 (d->special_bound));
 
   /* log(x) = log1p(z/c-1) + log(c) + k*Ln2.  */
-  r = vfmaq_f64 (v_f64 (-1.0), z, e.invc);
-  kd = vcvtq_f64_s64 (k);
+  float64x2_t r = vfmaq_f64 (v_f64 (-1.0), z, e.invc);
+  float64x2_t kd = vcvtq_f64_s64 (k);
 
   /* hi = r + log(c) + k*Ln2.  */
-  hi = vfmaq_f64 (vaddq_f64 (e.logc, r), kd, d->ln2);
+  float64x2_t ln2_and_c4 = vld1q_f64 (&d->ln2);
+  float64x2_t hi = vfmaq_laneq_f64 (vaddq_f64 (e.logc, r), kd, ln2_and_c4, 0);
+
   /* y = r2*(A0 + r*A1 + r2*(A2 + r*A3 + r2*A4)) + hi.  */
-  r2 = vmulq_f64 (r, r);
-  y = vfmaq_f64 (A (2), A (3), r);
-  p = vfmaq_f64 (A (0), A (1), r);
-  y = vfmaq_f64 (y, A (4), r2);
-  y = vfmaq_f64 (p, y, r2);
-
-  if (__glibc_unlikely (v_any_u32h (cmp)))
-    return special_case (x, y, hi, r2, cmp);
+  float64x2_t odd_coeffs = vld1q_f64 (&d->c1);
+  float64x2_t r2 = vmulq_f64 (r, r);
+  float64x2_t y = vfmaq_laneq_f64 (d->c2, r, odd_coeffs, 1);
+  float64x2_t p = vfmaq_laneq_f64 (d->c0, r, odd_coeffs, 0);
+  y = vfmaq_laneq_f64 (y, r2, ln2_and_c4, 1);
+  y = vfmaq_f64 (p, r2, y);
+
+  if (__glibc_unlikely (v_any_u32h (special)))
+    return special_case (hi, u_off, y, r2, special, d);
   return vfmaq_f64 (hi, y, r2);
 }