inference-engine/thirdparty/mkl-dnn/src/cpu/jit_avx512_common_conv_kernel.hpp

   1 /*******************************************************************************
   2 * Copyright 2016-2018 Intel Corporation
   3 *
   4 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5 * you may not use this file except in compliance with the License.
   6 * You may obtain a copy of the License at
   7 *
   8 *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9 *
  10 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13 * See the License for the specific language governing permissions and
  14 * limitations under the License.
  15 *******************************************************************************/
  16
  17 #ifndef JIT_AVX512_COMMON_CONV_KERNEL_F32_HPP
  18 #define JIT_AVX512_COMMON_CONV_KERNEL_F32_HPP
  19
  20 #include "c_types_map.hpp"
  21 #include "memory_tracking.hpp"
  22
  23 #include "cpu_memory.hpp"
  24 #include "jit_generator.hpp"
  25 #include "jit_primitive_conf.hpp"
  26 #include "jit_uni_eltwise.hpp"
  27 #include "jit_uni_depthwise.hpp"
  28
  29 namespace mkldnn {
  30 namespace impl {
  31 namespace cpu {
  32
  33 template<typename Vmm>
  34 struct _jit_avx512_common_conv_fwd_kernel : public jit_generator {
  35
  36     _jit_avx512_common_conv_fwd_kernel(jit_conv_conf_t ajcp,
  37             const primitive_attr_t &attr)
  38         : jcp(ajcp), attr_(attr)
  39     {
  40         generate();
  41         jit_ker_ = (void (*)(jit_conv_call_s *))getCode();
  42     }
  43
  44     ~_jit_avx512_common_conv_fwd_kernel() {
  45         for (auto inj : eltwise_injectors)
  46             delete inj;
  47         eltwise_injectors.clear();
  48
  49         for (auto inj : depthwise_injectors)
  50             delete inj;
  51         depthwise_injectors.clear();
  52     }
  53
  54     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(_jit_avx512_common_conv_fwd_kernel)
  55
  56     jit_conv_conf_t jcp;
  57     const primitive_attr_t &attr_;
  58     void (*jit_ker_)(jit_conv_call_s *);
  59
  60 private:
  61     using reg64_t = const Xbyak::Reg64;
  62     enum {
  63         typesize = sizeof(float),
  64         ker_reg_base_idx = 28,
  65     };
  66
  67     reg64_t param = abi_param1;
  68     reg64_t reg_inp = r8;
  69     reg64_t reg_ker = r9;
  70     reg64_t reg_out = r10;
  71
  72     reg64_t reg_inp_prf = r11;
  73     reg64_t reg_ker_prf = r12;
  74     reg64_t reg_out_prf = r13;
  75     reg64_t reg_owb = r12;
  76
  77     reg64_t aux_reg_inp = r14;
  78     reg64_t aux_reg_ker = r15;
  79
  80     reg64_t aux_reg_inp_prf = rsi;
  81     reg64_t aux_reg_ker_prf = rdx;
  82
  83     reg64_t reg_channel = rsi;
  84     reg64_t reg_bias = rdx;
  85
  86     reg64_t aux_reg_ker_d = r9;
  87     reg64_t aux_reg_inp_d = rbx;
  88     reg64_t aux_reg_inp_d_prf = r13;
  89     reg64_t aux_reg_ker_d_prf = abi_not_param1;
  90     reg64_t reg_ki = r10;
  91
  92     reg64_t reg_kj = rax;
  93     reg64_t reg_relu_ns = rax;
  94     reg64_t reg_oi = rbx;
  95     reg64_t reg_kh = abi_not_param1;
  96
  97     reg64_t reg_tmp = rbp;
  98
  99     reg64_t reg_ic_loop = rdx;
 100     reg64_t reg_inp_loop = rsi;
 101
 102     reg64_t reg_init_flag = r13;
 103     reg64_t reg_bias_ptr = param;
 104
 105     reg64_t aux_reg_ic = r12;
 106     reg64_t reg_binp = rax;
 107     reg64_t reg_bout = r11;
 108     reg64_t aux1_reg_inp = rbx;
 109     reg64_t aux_reg_out = abi_not_param1;
 110
 111     reg64_t reg_long_offt = r11;
 112     reg64_t reg_out_long_offt = r14;
 113
 114     inline Vmm vmm_ker(int i_ic) {
 115         assert(i_ic < 4);
 116         return Vmm(ker_reg_base_idx + i_ic);
 117     }
 118
 119     inline Vmm vmm_out(int i_ur, int i_oc) {
 120         int idx = i_ur + i_oc * jcp.ur_w;
 121         assert(idx < ker_reg_base_idx);
 122         return Vmm(idx);
 123     }
 124
 125     inline Vmm vmm_inp(int i_ic, int nb_x_blocking) {
 126         int idx = i_ic + nb_x_blocking * jcp.ur_w;
 127         assert(idx < 31);
 128         return Vmm(idx);
 129     }
 130
 131     Xbyak::Reg64 imm_addr64 = r15;
 132     Vmm vmm_wei = Vmm(31);
 133
 134     reg64_t reg_d_weights = imm_addr64;
 135     reg64_t reg_d_bias = reg_kj;
 136
 137     nstl::vector<jit_uni_eltwise_injector_f32<avx512_common>*> eltwise_injectors;
 138     nstl::vector<jit_uni_depthwise_injector_f32<avx512_common>*> depthwise_injectors;
 139
 140     inline void prepare_output(int ur_w);
 141     inline void store_output(int ur_w);
 142     inline void compute_loop_fma(int ur_w, int pad_l, int pad_r);
 143     inline void compute_loop_fma_core(int ur_w, int pad_l, int pad_r);
 144     inline void compute_loop_vnni(int ur_w, int pad_l, int pad_r);
 145     inline void compute_loop_4fma(int ur_w, int pad_l, int pad_r);
 146     inline void compute_loop_4fma_1st(int ur_w, int pad_l, int pad_r);
 147     inline void compute_loop(int ur_w, int pad_l, int pad_r);
 148
 149     void generate();
 150
 151     inline void vadd(Vmm vmm, const Xbyak::Operand& op) {
 152         if (jcp.ver == ver_4vnni || jcp.ver == ver_vnni)
 153             vpaddd(vmm, vmm, op);
 154         else
 155             vaddps(vmm, vmm, op);
 156     }
 157
 158     inline size_t get_output_offset(int oi, int n_oc_block) {
 159         return (size_t)jcp.typesize_out * ((size_t)n_oc_block * jcp.oh
 160             * jcp.ow * jcp.od + oi) * jcp.oc_block;
 161     }
 162
 163     inline size_t get_input_offset(int ki, int ic, int oi, int pad_l) {
 164         size_t scale = (jcp.ver == ver_4vnni || jcp.ver == ver_vnni) ? 2 : 1;
 165         size_t iw_str = !jcp.is_1stconv ? jcp.ic_block : 1;
 166         size_t ic_str = !jcp.is_1stconv ? 1 : (size_t)jcp.iw * jcp.ih * jcp.id;
 167         return (size_t)jcp.typesize_in
 168                 * ((size_t)(ki * (jcp.dilate_w + 1) + oi * jcp.stride_w - pad_l)
 169                                   * iw_str
 170                           + scale * ic * ic_str);
 171     }
 172
 173     inline int get_kernel_offset(int ki,int ic,int n_oc_block,int ker_number) {
 174         int scale = (jcp.ver == ver_4vnni || jcp.ver == ver_vnni) ? 2 : 1;
 175         return jcp.typesize_in * jcp.oc_block
 176             * (n_oc_block * jcp.nb_ic * jcp.ic_block * jcp.kh * jcp.kw * jcp.kd
 177                     + (ic + ker_number) * scale + ki * jcp.ic_block);
 178     }
 179
 180     inline int get_ow_start(int ki, int pad_l) {
 181         return nstl::max(0,
 182                 utils::div_up(pad_l - ki * (jcp.dilate_w + 1), jcp.stride_w));
 183     }
 184
 185     inline int get_ow_end(int ur_w, int ki, int pad_r) {
 186         return ur_w - nstl::max(0, utils::div_up(pad_r
 187                                                    - (jcp.kw - 1 - ki)
 188                                                            * (jcp.dilate_w + 1),
 189                                            jcp.stride_w));
 190     }
 191 };
 192
 193 struct jit_avx512_common_conv_fwd_kernel {
 194
 195     jit_avx512_common_conv_fwd_kernel(jit_conv_conf_t ajcp,
 196         const primitive_attr_t &attr) :
 197         jit_ker(nullptr),
 198         zmm_kernel_(nullptr),
 199         xmm_kernel_(nullptr) {
 200         int ch_block = ajcp.is_depthwise ? ajcp.ch_block : ajcp.oc_block;
 201         switch (ch_block) {
 202         case 16:
 203             zmm_kernel_ =
 204                 new _jit_avx512_common_conv_fwd_kernel<Xbyak::Zmm>(
 205                     ajcp, attr);
 206             jit_ker = zmm_kernel_->jit_ker_;
 207             return;
 208         case 4:
 209             xmm_kernel_ =
 210                 new _jit_avx512_common_conv_fwd_kernel<Xbyak::Xmm>(
 211                     ajcp, attr);
 212             jit_ker = xmm_kernel_->jit_ker_;
 213             return;
 214         default:
 215             assert(!"invalid channel blocking");
 216         }
 217     }
 218
 219     ~jit_avx512_common_conv_fwd_kernel() {
 220         delete xmm_kernel_;
 221         delete zmm_kernel_;
 222     }
 223
 224     enum {
 225         typesize = sizeof(float)
 226     };
 227
 228     static bool post_ops_ok(jit_conv_conf_t &jcp,
 229         const primitive_attr_t &attr);
 230     static status_t init_conf(jit_conv_conf_t &jcp,
 231         const convolution_desc_t &cd,
 232         cpu_memory_t::pd_t &src_pd,
 233         cpu_memory_t::pd_t &weights_pd,
 234         cpu_memory_t::pd_t &dst_pd,
 235         cpu_memory_t::pd_t &bias_pd,
 236         const primitive_attr_t &attr,
 237         int nthreads);
 238     static void init_scratchpad(memory_tracking::registrar_t &scratchpad,
 239         const jit_conv_conf_t &jcp);
 240
 241     void(*jit_ker)(jit_conv_call_s *);
 242     _jit_avx512_common_conv_fwd_kernel<Xbyak::Zmm> *zmm_kernel_;
 243     _jit_avx512_common_conv_fwd_kernel<Xbyak::Xmm> *xmm_kernel_;
 244 };
 245
 246 struct jit_avx512_common_conv_bwd_data_kernel_f32: public jit_generator {
 247
 248     jit_avx512_common_conv_bwd_data_kernel_f32(jit_conv_conf_t ajcp): jcp(ajcp)
 249     {
 250         generate();
 251         jit_ker = (void (*)(jit_conv_call_s *))getCode();
 252     }
 253
 254     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(jit_avx512_common_conv_bwd_data_kernel_f32)
 255
 256     static status_t init_conf(jit_conv_conf_t &jcp,
 257             const convolution_desc_t &cd,
 258             const memory_desc_wrapper &diff_src_d,
 259             const memory_desc_wrapper &weights_d,
 260             const memory_desc_wrapper &diff_dst_d);
 261     static void init_scratchpad(memory_tracking::registrar_t &scratchpad,
 262             const jit_conv_conf_t &jcp);
 263
 264     jit_conv_conf_t jcp;
 265     void (*jit_ker)(jit_conv_call_s *);
 266
 267 private:
 268     using reg64_t = const Xbyak::Reg64;
 269     enum {
 270         typesize = sizeof(float),
 271         ker_reg_base_idx = 28,
 272     };
 273
 274     reg64_t param = abi_param1;
 275     reg64_t reg_dst = r8;
 276     reg64_t reg_ker = r9;
 277     reg64_t reg_src = r10;
 278
 279     reg64_t reg_dst_prf = r11;
 280     reg64_t reg_ker_prf = r12;
 281     reg64_t reg_src_prf = r13;
 282
 283     reg64_t aux_reg_dst = r14;
 284     reg64_t aux_reg_ker = r15;
 285
 286     reg64_t aux_reg_dst_prf = rsi;
 287     reg64_t aux_reg_ker_prf = rdx;
 288
 289     reg64_t aux_reg_dst_d_prf = r13;
 290     reg64_t aux_reg_dst_d = rbx;
 291     reg64_t aux_reg_ker_d_prf = abi_not_param1;
 292     reg64_t aux_reg_ker_d = r9;
 293     reg64_t reg_ki = r10;
 294
 295     reg64_t reg_kj = rax;
 296     reg64_t reg_oi = rbx;
 297     reg64_t reg_kh = abi_not_param1;
 298
 299     reg64_t reg_channel = rsi;
 300
 301     reg64_t reg_tmp = rbp;
 302     reg64_t reg_long_offt = r14;
 303
 304     inline Xbyak::Zmm zmm_ker(int i_ic) {
 305         assert(i_ic < 4);
 306         return Xbyak::Zmm(ker_reg_base_idx + i_ic);
 307     }
 308     inline Xbyak::Zmm zmm_inp(int i_ic, int nb_x_blocking) {
 309         int idx = i_ic + nb_x_blocking * jcp.ur_w;
 310         assert(idx < 31);
 311         return Xbyak::Zmm(idx);
 312     }
 313     inline Xbyak::Zmm zmm_out(int i_ur, int i_oc) {
 314         int idx = i_ur + i_oc * jcp.ur_w;
 315         assert(idx < ker_reg_base_idx);
 316         return Xbyak::Zmm(idx);
 317     }
 318     inline void vpXdpwssd(Xbyak::Zmm zmm1, Xbyak::Zmm zmm2, reg64_t reg,
 319         int offset) {
 320         if (jcp.ver == ver_4vnni)
 321             vp4dpwssd(zmm1, zmm2, EVEX_compress_addr(reg, offset, false));
 322         else
 323             vpdpwssd(zmm1, zmm2, EVEX_compress_addr(reg, offset, true));
 324     }
 325     inline void vadd(Xbyak::Zmm zmm, const Xbyak::Operand& op) {
 326         if (jcp.ver == ver_4vnni || jcp.ver == ver_vnni)
 327             vpaddd(zmm, zmm, op);
 328         else
 329             vaddps(zmm, zmm, op);
 330     }
 331
 332     Xbyak::Zmm zmm_wei = Xbyak::Zmm(31);
 333
 334     inline void prepare_output(int ur_w);
 335     inline void store_output(int ur_w);
 336     inline void compute_loop_4fma(int ur_w, int l_overflow, int r_overflow);
 337     inline void compute_loop_vnni(int ur_w, int l_overflow, int r_overflow);
 338     inline void compute_loop_fma(int ur_w, int l_overflow, int r_overflow);
 339     inline void compute_loop_fma_core(int ur_w, int l_overflow, int r_overflow);
 340     inline void compute_loop(int ur_w, int l_overflow, int r_overflow);
 341     void generate();
 342
 343     inline int get_iw_start(int ki, int l_overflow)
 344     {
 345         int res = (jcp.iw - 1 + jcp.r_pad) % jcp.stride_w
 346                 + l_overflow * jcp.stride_w
 347                 - (jcp.kw - 1 - ki) * (jcp.dilate_w + 1);
 348         while (res < 0)
 349             res += jcp.stride_w;
 350
 351         return res;
 352     }
 353
 354     inline int get_iw_end(int ur_w, int ki, int r_overflow)
 355     {
 356         if (utils::one_of(ur_w, jcp.iw, jcp.ur_w_tail))
 357             ur_w += nstl::min(0, jcp.r_pad); // remove negative padding
 358         int res = (ur_w - 1 + jcp.l_pad) % jcp.stride_w
 359                 + r_overflow * jcp.stride_w - ki * (jcp.dilate_w + 1);
 360         while (res < 0)
 361             res += jcp.stride_w;
 362
 363         return ur_w - res;
 364     }
 365 };
 366
 367 struct jit_avx512_common_conv_bwd_weights_kernel_f32 : public jit_generator {
 368
 369     jit_avx512_common_conv_bwd_weights_kernel_f32(jit_conv_conf_t ajcp)
 370         : jcp(ajcp)
 371     {
 372         generate();
 373         jit_ker = (void (*)(jit_conv_call_s *))getCode();
 374     }
 375
 376     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(jit_avx512_common_conv_bwd_weights_kernel_f32)
 377
 378     static status_t init_conf(jit_conv_conf_t &jcp,
 379             const convolution_desc_t &cd, cpu_memory_t::pd_t &src_pd,
 380             cpu_memory_t::pd_t &diff_weights_pd,
 381             cpu_memory_t::pd_t &diff_bias_pd, cpu_memory_t::pd_t &diff_dst_pd);
 382     static void init_scratchpad(memory_tracking::registrar_t &scratchpad,
 383             const jit_conv_conf_t &jcp);
 384
 385     jit_conv_conf_t jcp;
 386     void (*jit_ker)(jit_conv_call_s *);
 387
 388 private:
 389     using reg64_t = const Xbyak::Reg64;
 390     enum {typesize = sizeof(float)};
 391     static const int max_ur_w;
 392
 393     reg64_t param = abi_param1;
 394     reg64_t reg_input = rax;
 395     reg64_t reg_kernel = rdx;
 396     reg64_t reg_output = rsi;
 397     reg64_t b_ic = abi_not_param1;
 398     reg64_t kj = r8;
 399     reg64_t reg_kh = r9;
 400     reg64_t reg_ur_w_trips = r10;
 401     reg64_t reg_oj = r15;
 402     reg64_t reg_ih_count = rbx;
 403     reg64_t reg_tmp = r14;
 404     reg64_t reg_long_offt = r14;
 405
 406     reg64_t ki = r11;
 407     reg64_t reg_kd_count = r12;
 408     reg64_t reg_oi = r12;
 409     reg64_t reg_d_index = r13;
 410     reg64_t reg_input_d = r15;
 411     reg64_t reg_output_d = rbx;
 412     reg64_t aux_reg_input = r12;
 413     reg64_t aux_reg_kernel = r13;
 414     reg64_t reg_bias = rbx;
 415
 416     inline void bias_kernel();
 417     inline void maybe_zero_kernel();
 418     inline void compute_oh_step_unroll_ow_icblock(int ic_block_step,
 419             int max_ur_w);
 420     inline void od_step_comeback_pointers();
 421     inline void oh_step_comeback_pointers();
 422     inline void compute_oh_step_unroll_ow(int ic_block_step, int max_ur_w);
 423     inline void compute_ic_block_step(int ur_w,
 424             int pad_l, int pad_r, int ic_block_step,
 425             int input_offset, int kernel_offset, int output_offset,
 426             bool input_wraparound = false);
 427     inline void compute_ic_block_step_fma(int ur_w,
 428             int pad_l, int pad_r, int ic_block_step,
 429             int input_offset, int kernel_offset, int output_offset,
 430             bool input_wraparound);
 431     inline void compute_ic_block_step_4fma(int ur_w,
 432             int pad_l, int pad_r, int ic_block_step,
 433             int input_offset, int kernel_offset, int output_offset,
 434             bool input_wraparound);
 435     inline void compute_ic_block_step_vnni(int ur_w,
 436             int pad_l, int pad_r, int ic_block_step,
 437             int input_offset, int kernel_offset, int output_offset,
 438             bool input_wraparound);
 439     inline void compute_oh_step_common(int ic_block_step, int max_ur_w);
 440     inline void compute_oh_step_disp();
 441     inline void compute_oh_loop_common();
 442
 443     inline bool compute_full_spat_loop();
 444     inline bool flat_4ops_compute();
 445
 446     inline void compute_loop();
 447
 448     void generate();
 449
 450     static void balance(const jit_conv_conf_t &j, int &nthr, int &nthr_mb,
 451             int &nthr_g, int &nthr_oc_b, int &nthr_ic_b);
 452 };
 453
 454 }
 455 }
 456 }
 457
 458 #endif