updated readme file due to moving CMake scripts to the root folder
[platform/upstream/dldt.git] / inference-engine / thirdparty / mkl-dnn / src / cpu / jit_transpose_src_utils.cpp
1 /*******************************************************************************
2 * Copyright 2017-2018 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 #include "c_types_map.hpp"
18 #include "type_helpers.hpp"
19 #include "nstl.hpp"
20 #include "utils.hpp"
21 #include "jit_generator.hpp"
22 #include "cpu_barrier.hpp"
23
24 #include "jit_transpose_src_utils.hpp"
25
26 namespace mkldnn {
27 namespace impl {
28 namespace cpu {
29
30 using namespace mkldnn::impl::utils;
31 using namespace Xbyak;
32
33 #define GET_OFF(x) offsetof(ctx_t, x)
34
35 struct jit_trans_iw_ic_t: public jit_trans_src_t, public jit_generator {
36     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(jit_trans_iw_ic_t)
37
38     jit_trans_iw_ic_t(const jit_conv_conf_t *conf): jit_trans_src_t(conf) {
39         generate();
40         ker_ = (decltype(ker_))this->getCode();
41     }
42
43 private:
44     using reg64_t = const Xbyak::Reg64;
45     using reg32_t = const Xbyak::Reg32;
46     using opmask_t = const Xbyak::Opmask;
47
48     enum { typesize = sizeof(float), transpose_size = 16, small_spatial = 14 };
49     int src_stride, tr_src_stride;
50     int tail;
51     bool enable_prefetch;
52
53     opmask_t k3333 = k1;
54     opmask_t k5555 = k2;
55     opmask_t kAAAA = k3;
56     opmask_t kCCCC = k4;
57     opmask_t k0F0F = k5;
58     opmask_t kF0F0 = k6;
59     opmask_t kTail = k7;
60
61     reg64_t reg_src = r8;
62     reg64_t reg_tr_src = r9;
63     reg64_t reg_src_prf = r10;
64     reg64_t reg_tr_src_prf = r11;
65     reg64_t reg_loop = r12;
66     reg64_t reg_tr_src_tmp = r13;
67     reg32_t regw_tmp = r14d;
68
69     void transpose(int nrows, int l_pad, int r_pad, bool nontemporal_stores);
70     void generate();
71 };
72
73 void jit_trans_iw_ic_t::transpose(int nrows, int l_pad, int r_pad,
74     bool nontemporal_stores) {
75     assert(nrows >= 0 && nrows <= transpose_size);
76     static_assert(transpose_size == 16, "Unsupported transpose size");
77     if (!nrows)
78         return;
79
80     auto pf_src_t0 = [=](int i) {
81         if(enable_prefetch) prefetcht0(EVEX_compress_addr(reg_src,
82             (transpose_size + i) * src_stride));
83     };
84
85     auto pf_tr_src_t0 = [=](int i) {
86         int offset = (transpose_size) * typesize + i * tr_src_stride;
87         if(enable_prefetch) prefetcht0(EVEX_compress_addr(reg_tr_src, offset));
88         if(enable_prefetch) prefetcht0(EVEX_compress_addr(reg_tr_src,
89             offset + 64));
90     };
91
92     auto pf_src_t1 = [=](int i) {
93         if(enable_prefetch) prefetcht1(EVEX_compress_addr(reg_src_prf,
94             i * src_stride));
95     };
96
97     auto pf_tr_src_t1 = [=](int i) {
98         if(enable_prefetch) prefetchwt1(EVEX_compress_addr(reg_tr_src_prf,
99             i * tr_src_stride));
100     };
101
102     auto src_zmm = [=](int i) {
103         assert(i >= 0 && i < 16);
104         return Zmm(i);
105     };
106
107     auto tmp_zmm = [=](int i) {
108         assert(i >= 0 && i < 16);
109         return Zmm(16 + i);
110     };
111
112     auto load = [=](int i) {
113         vmovups(src_zmm(i), EVEX_compress_addr(reg_src, i * src_stride));
114     };
115
116     auto store = [=](Zmm r, int i) {
117         auto kmovw = [=](Opmask k, unsigned w) {
118             mov(regw_tmp, w);
119             jit_generator::kmovw(k, regw_tmp);
120         };
121
122         auto padding = [=] (Reg64 reg, int pad) {
123             kmovw(kTail, (1 << pad) - 1);
124             auto k = kTail;
125             auto base = reg;
126             base.setOpmaskIdx(k.getIdx(), true);
127
128             auto zmm_zero = r;
129             vpxord(zmm_zero, zmm_zero, zmm_zero);
130             auto addr = EVEX_compress_addr(base, i * tr_src_stride);
131             vmovups(addr, zmm_zero);
132         };
133
134         mov(reg_tr_src_tmp, reg_tr_src);
135         if (l_pad > 0)
136             add(reg_tr_src_tmp, l_pad * typesize);
137
138         if (tail != transpose_size)
139             kmovw(kTail, (1 << tail) - 1);
140
141         // Xbyak does not allow k0 to be specified explicitly via the '|'
142         // operator, so we have to do this via a method call (implicitly
143         // EVEX encoding uses k0 to mean 'no mask')
144         bool partial_store = nrows < 16;
145         auto k = partial_store ? kTail : k0;
146         auto base = reg_tr_src_tmp;
147         base.setOpmaskIdx(k.getIdx(), true);
148
149         auto addr = EVEX_compress_addr(base, i * tr_src_stride);
150         if (nontemporal_stores && !partial_store)
151             vmovntps(addr, r);
152         else
153             vmovups(addr, r);
154
155         if (r_pad > 0) {
156             add(reg_tr_src_tmp, tail * typesize);
157             padding(reg_tr_src_tmp, r_pad);
158         }
159
160         if (l_pad > 0) {
161             padding(reg_tr_src, l_pad);
162         }
163     };
164
165     auto transpose16x8 = [=](int base_idx) {
166         assert(base_idx == 0 || base_idx == 8);
167
168         // swap 1
169         for (int i = 0; i < 4; i++) {
170             int src_idx0 = base_idx + i * 2;
171             int src_idx1 = src_idx0 + 1;
172
173             int next_src_idx0 = src_idx0 + 2;
174             int next_src_idx1 = src_idx1 + 2;
175             bool load_next = base_idx == 0 || i < 3;
176
177             if (base_idx == 0 && i == 0) {
178                 load(src_idx0);
179                 load(src_idx1);
180             }
181
182             auto tmp0 = tmp_zmm(src_idx0);
183             auto tmp1 = tmp_zmm(src_idx1);
184             auto src0 = src_zmm(src_idx0);
185             auto src1 = src_zmm(src_idx1);
186
187             if (next_src_idx0 < nrows && load_next)
188                 load(next_src_idx0);
189             valignd(tmp0, src0, src0, 0x1);
190             pf_src_t1(base_idx + i);
191
192             if (next_src_idx1 < nrows && load_next)
193                 load(next_src_idx1);
194             valignd(tmp1, src1, src1, 0xf);
195             pf_src_t0(base_idx + i);
196
197             vmovaps(src0 | kAAAA, tmp1);
198             vmovaps(src1 | k5555, tmp0);
199         }
200         // swap 2
201         for (int i = 0; i < 4; i++) {
202             int select_half = (i < 2) ? 0 : 2;
203             int src_idx0 = base_idx + i + select_half + 0;
204             int src_idx2 = src_idx0 + 2;
205
206             auto tmp0 = tmp_zmm(src_idx0);
207             auto tmp1 = tmp_zmm(src_idx2);
208             auto src0 = src_zmm(src_idx0);
209             auto src2 = src_zmm(src_idx2);
210
211             valignd(tmp0, src0, src0, 0x2);
212             pf_src_t1(base_idx + 4 + i);
213             valignd(tmp1, src2, src2, 0xe);
214             pf_src_t0(base_idx + 4 + i);
215             vmovaps(src2 | k3333, tmp0);
216             vmovaps(src0 | kCCCC, tmp1);
217         }
218
219         // swap 4
220         for (int i = 0; i < 4; i++) {
221             int src_idx0 = base_idx + i;
222             int src_idx4 = src_idx0 + 4;
223
224             auto tmp0 = tmp_zmm(src_idx0);
225             auto src0 = src_zmm(src_idx0);
226             auto src4 = src_zmm(src_idx4);
227
228             vmovaps(tmp0, src0);
229             vshuff32x4(src0 | kF0F0, src4, src4, 0xb1);
230             pf_tr_src_t1(base_idx / 2 + i);
231             vshuff32x4(src4 | k0F0F, tmp0, tmp0, 0xb1);
232             pf_tr_src_t0(base_idx / 2 + i);
233         }
234     };
235
236     auto fixup16x16 = [=]() {
237         // swap 8
238         for (int i = 0; i < 8; i++) {
239             auto tmp = tmp_zmm(i);
240             auto src0 = src_zmm(i);
241             auto src8 = src_zmm(8 + i);
242             vshuff64x2(tmp, src0, src8, 0x44);
243             store(tmp, i);
244             if (i % 2 == 0) {
245                 pf_tr_src_t1(8 + i / 2);
246                 pf_tr_src_t0(8 + i / 2);
247             }
248         }
249
250         for (int i = 0; i < 8; i++) {
251             auto tmp = tmp_zmm(8 + i);
252             auto src0 = src_zmm(i);
253             auto src8 = src_zmm(8 + i);
254             vshuff64x2(tmp, src0, src8, 0xee);
255             store(tmp, 8 + i);
256             if (i % 2 == 0) {
257                 pf_tr_src_t1(12 + i / 2);
258                 pf_tr_src_t0(12 + i / 2);
259             }
260         }
261     };
262
263     transpose16x8(0);
264     transpose16x8(8);
265     fixup16x16();
266 }
267
268 void jit_trans_iw_ic_t::generate() {
269     preamble();
270
271     const int ic_block = conf_->ic_block;
272     const int iw = conf_->iw;
273     const int tr_iw = conf_->tr_iw;
274     const int transposes = utils::div_up(iw, transpose_size);
275     int loop_iters = nstl::max(0, transposes - 1);
276     tail = iw - loop_iters * transpose_size;
277
278     src_stride = ic_block * typesize;
279     assert(src_stride == 64);
280     tr_src_stride = tr_iw * typesize;
281
282     bool nontemporal_stores = false;
283     enable_prefetch = iw > small_spatial ? 1 : 0;
284
285     assert(transpose_size == ic_block);
286     const int src_step = ic_block * transpose_size * typesize;
287     const int tr_src_step = ic_block * typesize;
288
289     const int left_pad = conf_->l_pad;
290     const int right_pad = tr_iw - iw - left_pad;
291
292     mov(reg_src, ptr [param1 + GET_OFF(src)]);
293     mov(reg_tr_src, ptr [param1 + GET_OFF(tr_src)]);
294     mov(reg_src_prf, ptr [param1 + GET_OFF(src_prf)]);
295     mov(reg_tr_src_prf, ptr [param1 + GET_OFF(tr_src_prf)]);
296
297     auto kmovw = [=](Opmask k, unsigned w) {
298         mov(regw_tmp, w);
299         jit_generator::kmovw(k, regw_tmp);
300     };
301
302     kmovw(k3333, 0x3333); // 0011001100110011
303     kmovw(k5555, 0x5555); // 0101010101010101
304     kmovw(kAAAA, 0xaaaa); // 1010101010101010
305     kmovw(kCCCC, 0xcccc); // 1100110011001100
306     kmovw(k0F0F, 0x0f0f); // 0000111100001111
307     kmovw(kF0F0, 0xf0f0); // 1111000011110000
308
309     if (left_pad > 0 && loop_iters > 0) {
310         loop_iters--;
311         transpose(transpose_size, left_pad, 0, nontemporal_stores);
312         add(reg_src, src_step);
313         add(reg_tr_src, tr_src_step + left_pad * typesize);
314         add(reg_src_prf, src_step);
315         add(reg_tr_src_prf, tr_src_step + left_pad * typesize);
316     }
317
318     if (loop_iters) {
319         mov(reg_loop, loop_iters);
320         Label loop;
321         L(loop); {
322             transpose(transpose_size, 0, 0, nontemporal_stores);
323             add(reg_src, src_step);
324             add(reg_tr_src, tr_src_step);
325             add(reg_src_prf, src_step);
326             add(reg_tr_src_prf, tr_src_step);
327             sub(reg_loop, 1);
328             jnz(loop);
329         }
330     }
331     if (transposes > 1)
332         transpose(tail, 0, right_pad, nontemporal_stores);
333     else
334         transpose(tail, left_pad, right_pad, nontemporal_stores);
335
336     postamble();
337 }
338
339 struct jit_trans_iw_ic_int16_t: public jit_trans_src_t, public jit_generator {
340     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(jit_trans_iw_ic_int16_t)
341     jit_trans_iw_ic_int16_t(const jit_conv_conf_t *conf):
342         jit_trans_src_t(conf) {
343         generate();
344         ker_ = (decltype(ker_))this->getCode();
345     }
346
347 private:
348     using reg64_t = const Xbyak::Reg64;
349     using reg32_t = const Xbyak::Reg32;
350     using opmask_t = const Xbyak::Opmask;
351
352     enum { typesize = sizeof(int16_t), transpose_size = 16, small_spatial = 14 };
353     int src_stride, tr_src_stride;
354     int tail;
355     bool enable_prefetch;
356
357     opmask_t kFFFF = k1;
358     opmask_t k5555 = k2;
359     opmask_t kAAAA = k3;
360     opmask_t kAA = k4;
361     opmask_t k55 = k5;
362     opmask_t kCC = k6;
363     opmask_t k33 = k7;
364     opmask_t kTail = k1;
365
366     reg64_t reg_src = r8;
367     reg64_t reg_tr_src = r9;
368     reg64_t reg_src_prf = r10;
369     reg64_t reg_tr_src_prf = r11;
370     reg64_t reg_loop = r12;
371     reg64_t reg_tr_src_tmp = r13;
372     reg32_t regw_tmp = r14d;
373     reg64_t imm_addr64 = rbx;
374
375     Xbyak::Zmm vidx1 = zmm31;
376     Xbyak::Zmm vidx2 = zmm30;
377     Xbyak::Zmm vidx3 = zmm29;
378     Xbyak::Zmm vidx4 = zmm28;
379     Xbyak::Zmm vidx5 = zmm27;
380     Xbyak::Zmm zmm_tmp  = zmm26;
381
382
383     void transpose(int nrows, int l_pad, int r_pad, bool nontemporal_stores);
384     void generate();
385 };
386
387 void jit_trans_iw_ic_int16_t::transpose(int nrows, int l_pad, int r_pad,
388     bool nontemporal_stores) {
389     assert(nrows >= 0 && nrows <= transpose_size);
390     static_assert(transpose_size == 16, "Unsupported transpose size");
391     if (!nrows)
392         return;
393
394     auto src_zmm = [=](int i) {
395         return Zmm(i);
396     };
397
398     auto src_ymm = [=](int i) {
399         assert(i >= 0 && i < 16);
400         return Ymm(i);
401     };
402
403     auto load_ymm = [=](int i) {
404         vmovups(src_ymm(i), EVEX_compress_addr(reg_src, i * src_stride));
405     };
406
407     auto kmovw = [=](Opmask k, unsigned w) {
408         mov(regw_tmp, w);
409         jit_generator::kmovw(k, regw_tmp);
410     };
411
412     auto store = [=](Zmm r, int i) {
413
414         auto padding = [=] (Reg64 reg, int pad) {
415             kmovw(kTail, (1 << pad) - 1);
416             auto k = kTail;
417             auto base = reg;
418             base.setOpmaskIdx(k.getIdx(), true);
419
420             auto zmm_zero = zmm_tmp;
421             vpxord(zmm_zero, zmm_zero, zmm_zero);
422             auto addr = EVEX_compress_addr(base, i * tr_src_stride);
423             vmovups(addr, zmm_zero);
424         };
425
426         mov(reg_tr_src_tmp, reg_tr_src);
427         if (l_pad > 0) {
428             int store_pad = div_up(l_pad, 2);
429             padding(reg_tr_src, store_pad);
430             add(reg_tr_src_tmp, l_pad * typesize);
431         }
432         if (r_pad > 0) {
433             int store_pad = div_up(r_pad, 2);
434             int addr_shift = r_pad % 2;
435             add(reg_tr_src_tmp, (nrows - addr_shift) * typesize);
436             padding(reg_tr_src_tmp, store_pad);
437             sub(reg_tr_src_tmp, (nrows - addr_shift) * typesize);
438         }
439
440         int store_tail = rnd_up(nrows, 2);
441         kmovw(kTail, (1 << store_tail/2) - 1);
442         auto k = kTail;
443         auto base = reg_tr_src_tmp;
444         base.setOpmaskIdx(k.getIdx(), true);
445
446         auto addr = EVEX_compress_addr(base, i * tr_src_stride);
447         vmovups(addr, r);
448
449     };
450
451     kmovw(kFFFF, 0xffff);
452     //all loads
453     for (int i=0; i<16; i++){
454         vpxord(src_zmm(i), src_zmm(i), src_zmm(i));
455     }
456
457     for (int i = 0; i < nrows/2; i++) {
458         auto src0 = src_ymm(2*i);
459         auto src1 = src_ymm(2*i+1);
460         auto zmm_src0 = src_zmm(2*i);
461         load_ymm(2*i);
462
463         vpunpcklwd(src1, src0,
464             EVEX_compress_addr(reg_src, (2*i+1) * src_stride));
465         vpunpckhwd(src0, src0,
466             EVEX_compress_addr(reg_src, (2*i+1) * src_stride));
467         vinserti64x4(zmm_src0, zmm_src0, src1, 1);
468         vpermps(zmm_src0 | kFFFF, vidx4, zmm_src0);
469     }
470
471     // for odd numbers we need to mix row with zeroes
472     if (nrows%2) {
473         int i = nrows-1;
474         auto src0 = src_ymm(i);
475         auto src1 = src_ymm(i+1); //zero
476
477         auto zmm_src0 = src_zmm(i);
478         vpxor(src1, src1, src1);
479
480         load_ymm(i);
481         vpunpckhwd(src0, src0, src1);
482         vinserti64x4(zmm_tmp, zmm_tmp, src0, 0);
483         vpxor(src0, src0, src0);
484         load_ymm(i);
485         vpunpcklwd(src1, src0, src1);
486         vinserti64x4(zmm_tmp, zmm_tmp, src1, 1);
487         vpxord(zmm_src0, zmm_src0, zmm_src0);
488         vmovups(zmm_src0, zmm_tmp);
489         vpermps(zmm_src0 | kFFFF, vidx4, zmm_src0);
490     }
491
492     // swap 1
493     for (int i=0; i<4; i++) {
494         auto zmm0 = src_zmm(4*i);
495         auto zmm1 = src_zmm(4*i+2);
496         auto tmp0 = src_zmm(4*i+1);
497         auto tmp1 = src_zmm(4*i+3);
498
499         vmovups(tmp0, zmm0);
500         vmovups(tmp1, zmm1);
501
502         vpermps(tmp0 | kAAAA, vidx3, zmm1);
503         vpermps(tmp1 | k5555, vidx3, zmm0);
504     }
505     // swap 2
506     int base_idx;
507     base_idx=0;
508     for (int i=0; i<2; i++) {
509         auto zmm0 = src_zmm(base_idx+2*i+1);
510         auto zmm1 = src_zmm(base_idx+2*i+5);
511
512         auto tmp0 = src_zmm(base_idx+2*i);
513         auto tmp1 = src_zmm(base_idx+2*i+4);
514
515         vmovupd(tmp0, zmm0);
516         vmovupd(tmp1, zmm1);
517
518         vpermpd(tmp0 | kAA, vidx2, zmm1);
519         vpermpd(tmp1 | k55, vidx2, zmm0);
520     }
521     base_idx=8;
522     for (int i=0; i<2; i++) {
523         auto zmm0 = src_zmm(base_idx+2*i+1);
524         auto zmm1 = src_zmm(base_idx+2*i+5);
525
526         auto tmp0 = src_zmm(base_idx+2*i);
527         auto tmp1 = src_zmm(base_idx+2*i+4);
528
529         vmovupd(tmp0, zmm0);
530         vmovupd(tmp1, zmm1);
531
532         vpermpd(tmp0 | kAA, vidx2, zmm1);
533         vpermpd(tmp1 | k55, vidx2, zmm0);
534     }
535
536     // swap 3
537     for (int i=0; i<4; i++) {
538         auto zmm0 = src_zmm(2*i);
539         auto zmm1 = src_zmm(2*i+8);
540
541         auto tmp0 = src_zmm(2*i+1);
542         auto tmp1 = src_zmm(2*i+9);
543
544         vmovupd(tmp0, zmm0);
545         vmovupd(tmp1, zmm1);
546
547         vpermpd(tmp0 | kCC, vidx1, zmm1);
548         vpermpd(tmp1 | k33, vidx1, zmm0);
549     }
550
551     // all stores
552     for (int i=0; i<8; i++)
553         vextracti64x4(src_ymm(2*i), src_zmm(2*i+1), 1);
554
555     store(src_zmm(1), 0);
556     store(src_zmm(0), 1);
557     store(src_zmm(3), 2);
558     store(src_zmm(2), 3);
559     store(src_zmm(9), 4);
560     store(src_zmm(8), 5);
561     store(src_zmm(11), 6);
562     store(src_zmm(10), 7);
563     store(src_zmm(5), 8);
564     store(src_zmm(4), 9);
565     store(src_zmm(7), 10);
566     store(src_zmm(6), 11);
567     store(src_zmm(13), 12);
568     store(src_zmm(12), 13);
569     store(src_zmm(15), 14);
570     store(src_zmm(14), 15);
571 }
572
573 void jit_trans_iw_ic_int16_t::generate() {
574     preamble();
575
576     alignas(64) static constexpr const int64_t idx1[8]
577         = { 2, 3, 0, 1, 6, 7, 4, 5 };
578     alignas(64) static constexpr const int64_t idx2[8]
579         = { 1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6 };
580     alignas(64) static constexpr const int32_t idx3[16]
581         = { 1, 0, 3, 2, 5, 4, 7, 6, 9, 8, 11, 10, 13, 12, 15, 14 };
582     alignas(64) static constexpr const int32_t idx4[16]
583         = { 8, 10, 12, 14, 0, 2, 4, 6, 9, 11, 13, 15, 1, 3, 5, 7 };
584     alignas(64) static constexpr const int32_t idx5[16]
585         = { 8, 10, 12, 14, 0, 2, 4, 6, 9, 11, 13, 15, 1, 3, 5, 7 };
586
587     const int ic_block = conf_->ic_block;
588     const int iw = conf_->iw;
589     const int tr_iw = conf_->tr_iw;
590     const int str_w = conf_->stride_w;
591     assert(tr_iw % str_w == 0);
592     const int tr_iw_s = tr_iw / str_w;
593     assert(transpose_size == ic_block);
594
595     auto kmovw = [=](Opmask k, unsigned w) {
596         mov(regw_tmp, w);
597         jit_generator::kmovw(k, regw_tmp);
598     };
599
600     kmovw(kFFFF, 0xffff);
601     kmovw(k5555, 0x5555);
602     kmovw(kAAAA, 0xaaaa);
603     kmovw(kAA, 0xaa);
604     kmovw(k55, 0x55);
605     kmovw(kCC, 0xcc);
606     kmovw(k33, 0x33);
607
608     auto vmovdqa64 = [=](Zmm z, const int64_t *addr) {
609         mov(imm_addr64, reinterpret_cast<size_t>(addr));
610         jit_generator::vmovdqa64(z, ptr[imm_addr64]);
611     };
612
613     auto vmovdqa32 = [=](Zmm z, const int32_t *addr) {
614         mov(imm_addr64, reinterpret_cast<size_t>(addr));
615         jit_generator::vmovdqa32(z, ptr[imm_addr64]);
616     };
617
618     vmovdqa64(vidx1, idx1);
619     vmovdqa64(vidx2, idx2);
620     vmovdqa32(vidx3, idx3);
621     vmovdqa32(vidx4, idx4);
622     vmovdqa32(vidx5, idx5);
623
624     // Data for every strided case is placed consecutively
625     for (int s = 0; s < str_w; s++) {
626         const int left_pad = div_up(conf_->l_pad - s, str_w);
627         const int iw1 = iw + conf_->l_pad;
628         const int iw_s = (s < (iw1 % str_w) ? div_up(iw1, str_w) : iw1 / str_w)
629                            - left_pad;
630         const int right_pad = tr_iw_s - iw_s - left_pad;
631
632         const int transposes = utils::div_up(iw_s, transpose_size);
633         int loop_iters = nstl::max(0, transposes - 1);
634         tail = iw_s - loop_iters * transpose_size;
635
636         src_stride = ic_block * typesize * str_w;
637         tr_src_stride = tr_iw * typesize;
638
639         bool nontemporal_stores = false;
640         enable_prefetch = iw > small_spatial ? 1 : 0;
641
642         const int src_step = ic_block * transpose_size * str_w * typesize;
643         const int tr_src_step = transpose_size * typesize;
644
645         mov(reg_src, ptr [param1 + GET_OFF(src)]);
646         mov(reg_tr_src, ptr [param1 + GET_OFF(tr_src)]);
647         mov(reg_src_prf, ptr [param1 + GET_OFF(src_prf)]);
648         mov(reg_tr_src_prf, ptr [param1 + GET_OFF(tr_src_prf)]);
649
650         if (str_w > 1) {
651             int tr_src_shift = s;
652             int src_shift = (str_w - (conf_->l_pad % str_w) + s) % str_w;
653             add(reg_src, src_shift * ic_block * typesize);
654             add(reg_tr_src, tr_src_shift * tr_iw_s * typesize);
655             add(reg_src_prf, src_shift * ic_block * typesize);
656             add(reg_tr_src_prf, tr_src_shift * tr_iw_s * typesize);
657         }
658
659         if (left_pad > 0 && loop_iters > 0) {
660             loop_iters--;
661             transpose(transpose_size, left_pad, 0, nontemporal_stores);
662             add(reg_src, src_step);
663             add(reg_tr_src, tr_src_step + left_pad * typesize);
664             add(reg_src_prf, src_step);
665             add(reg_tr_src_prf, tr_src_step + left_pad * typesize);
666         }
667
668         if (loop_iters) {
669             mov(reg_loop, loop_iters);
670             Label loop;
671             L(loop); {
672                 transpose(transpose_size, 0, 0, nontemporal_stores);
673                 add(reg_src, src_step);
674                 add(reg_tr_src, tr_src_step);
675                 add(reg_src_prf, src_step);
676                 add(reg_tr_src_prf, tr_src_step);
677                 sub(reg_loop, 1);
678                 jnz(loop);
679             }
680         }
681         if (transposes > 1)
682             transpose(tail, 0, right_pad, nontemporal_stores);
683         else
684             transpose(tail, left_pad, right_pad, nontemporal_stores);
685     }
686     postamble();
687 }
688
689 struct jit_trans_ow_oc_t: public jit_trans_dst_t, public jit_generator {
690     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(jit_trans_ow_oc_t)
691     jit_trans_ow_oc_t(const jit_conv_conf_t *conf): jit_trans_dst_t(conf) {
692         generate();
693         ker_ = (decltype(ker_))this->getCode();
694     }
695
696 private:
697     using reg64_t = const Xbyak::Reg64;
698     using reg32_t = const Xbyak::Reg32;
699     using opmask_t = const Xbyak::Opmask;
700     using zmm = const Xbyak::Zmm;
701
702     enum { typesize = sizeof(int16_t), transpose_size = 16, small_spatial = 14 };
703     int src_stride, tr_src_stride;
704     int tail;
705     bool enable_prefetch;
706
707     opmask_t kFF = k1;
708
709     zmm vidx1 = zmm31;
710
711     reg64_t reg_src = r8;
712     reg64_t reg_tr_src = r9;
713     reg64_t reg_src_prf = r10;
714     reg64_t reg_tr_src_prf = r11;
715     reg64_t reg_loop = r12;
716     reg64_t reg_tr_src_tmp = r13;
717     reg32_t regw_tmp = r14d;
718     reg64_t imm_addr64 = rbx;
719
720     void transpose(int nrows, int l_pad, int r_pad, bool nontemporal_stores);
721     void generate();
722 };
723
724 void jit_trans_ow_oc_t::transpose(int nrows, int l_pad, int r_pad,
725     bool nontemporal_stores) {
726     assert(nrows >= 0 && nrows <= transpose_size);
727     static_assert(transpose_size == 16, "Unsupported transpose size");
728     if (!nrows)
729         return;
730
731     auto src_zmm = [=](int i) {
732         return Zmm(i);
733     };
734
735     auto src_ymm = [=](int i) {
736         assert(i >= 0 && i < 16);
737         return Ymm(i);
738     };
739
740     auto load_ymm = [=](int i) {
741         vmovups(src_ymm(i), EVEX_compress_addr(reg_src, i * src_stride));
742     };
743
744
745     auto store = [=](Zmm r, int i) {
746         auto addr = EVEX_compress_addr(reg_tr_src, i * tr_src_stride);
747         if (nontemporal_stores)
748             vmovntps(addr, r);
749         else
750             vmovups(addr, r);
751     };
752
753     for (int i = 0; i < nrows/2; i++) {
754         auto src0 = src_ymm(2*i);
755         auto src1 = src_ymm(2*i+1);
756         auto zmm_src0 = src_zmm(2*i);
757         load_ymm(2*i);
758         vpunpcklwd(src1, src0,
759             EVEX_compress_addr(reg_src, (2*i+1) * src_stride));
760         vpunpckhwd(src0, src0,
761             EVEX_compress_addr(reg_src, (2*i+1) * src_stride));
762         vinserti64x4(zmm_src0, zmm_src0, src1, 1);
763         vpermpd(zmm_src0 | kFF, vidx1, zmm_src0);
764         store(zmm_src0, 2*i);
765     }
766     if (r_pad > 0) {
767         auto src0 = src_ymm(nrows-1);
768         auto src1 = src_ymm(nrows);
769         auto zmm_src0 = src_zmm(30);
770         load_ymm(nrows-1);
771
772         vpxor(src1, src1, src1);
773         vpunpckhwd(src1, src0, src1);
774         vinserti64x4(zmm_src0, zmm_src0, src1, 0);
775         vpxor(src1, src1, src1);
776         vpunpcklwd(src0, src0, src1);
777         vinserti64x4(zmm_src0, zmm_src0, src0, 1);
778         vpermpd(zmm_src0 | kFF, vidx1, zmm_src0);
779         store(zmm_src0, nrows-1);
780     }
781 }
782
783 void jit_trans_ow_oc_t::generate() {
784     preamble();
785
786     alignas(64) static constexpr const int64_t idx1[8]
787           = { 4, 5, 0, 1, 6, 7, 2, 3 };
788
789     const int oc_block = conf_->oc_block;
790     const int ow = conf_->ow;
791     const int transposes = utils::div_up(ow, transpose_size);
792     int loop_iters = nstl::max(0, transposes - 1);
793     tail = ow - loop_iters * transpose_size;
794
795     src_stride = oc_block * typesize;
796     tr_src_stride = oc_block * typesize;
797
798     bool nontemporal_stores = false;
799     enable_prefetch = ow > small_spatial ? 1 : 0;
800
801     const int src_step = oc_block * transpose_size * typesize;
802     const int tr_src_step = oc_block * transpose_size * typesize;
803     const int right_pad = ow % 2;
804
805     mov(reg_src, ptr [param1 + GET_OFF(src)]);
806     mov(reg_tr_src, ptr [param1 + GET_OFF(tr_src)]);
807     mov(reg_src_prf, ptr [param1 + GET_OFF(src_prf)]);
808     mov(reg_tr_src_prf, ptr [param1 + GET_OFF(tr_src_prf)]);
809
810     auto kmovw = [=](Opmask k, unsigned w) {
811         mov(regw_tmp, w);
812         jit_generator::kmovw(k, regw_tmp);
813     };
814
815     kmovw(kFF, 0xFF);
816
817     auto vmovdqa64 = [=](Zmm z, const int64_t *addr) {
818         mov(imm_addr64, reinterpret_cast<size_t>(addr));
819         jit_generator::vmovdqa64(z, ptr[imm_addr64]);
820     };
821
822     vmovdqa64(vidx1, idx1);
823     if (loop_iters) {
824         mov(reg_loop, loop_iters);
825         Label loop;
826         L(loop); {
827             transpose(transpose_size, 0, 0, nontemporal_stores);
828             add(reg_src, src_step);
829             add(reg_tr_src, tr_src_step);
830             add(reg_src_prf, src_step);
831             add(reg_tr_src_prf, tr_src_step);
832             sub(reg_loop, 1);
833             jnz(loop);
834         }
835     }
836     transpose(tail, 0, right_pad, nontemporal_stores);
837
838     postamble();
839 }
840
841 struct jit_trans_iw_x4_4x_t: public jit_trans_src_t, public jit_generator {
842     DECLARE_CPU_JIT_AUX_FUNCTIONS(jit_trans_iw_x4_4x_t)
843
844     jit_trans_iw_x4_4x_t(const jit_conv_conf_t *conf): jit_trans_src_t(conf) {
845         generate();
846         ker_ = (decltype(ker_))this->getCode();
847     }
848
849     void generate();
850     enum { typesize = (int)sizeof(float) };
851 };
852
853 /** @brief transposition of the form [:][iw/4][4] -> [:][4][iw/4]
854  * required for 1st 4fma backward by weights convolution */
855 void jit_trans_iw_x4_4x_t::generate() {
856     using namespace utils;
857
858     /* TODO: put into code */
859     static int mask[16] = {
860         0, 4, 8, 12, 1, 5, 9, 13, 2, 6, 10, 14, 3, 7, 11, 15, };
861
862     const auto &c = *conf_;
863     const int simd_w = cpu_isa_traits<avx512_common>::vlen / typesize;
864     const int niters = c.tr_ld / simd_w;
865
866     assert(niters <= 4); /* [bwd_w:tr_src:r1] */
867
868     Reg64 reg_ptr_src = r8;
869     Reg64 reg_ptr_tr_src = r9;
870
871     Reg64 reg_ih = rax;
872     Reg64 reg_ih_end = rbx;
873
874     Reg64 reg_nthr_oc_b = rsi;
875     Reg64 reg_ptr_tr_src_bctx = abi_not_param1;
876
877     Reg64 reg_tmp = rdx;
878
879     Zmm vmsk = Zmm(31);
880     Opmask kmsk = k7;
881
882     auto emit_tr_sync = [&]() {
883         simple_barrier::generate(*this, reg_ptr_tr_src_bctx, reg_nthr_oc_b);
884     };
885
886     auto emit_tr_iw = [&]() {
887         auto vreg = [](int iter, int i) {
888             assert(4 * iter + i < 24);
889             return Zmm(4 * iter + i);
890         };
891         auto vtmp = [](int i) { return Zmm(24 + i); };
892
893         auto emit_load = [&](int iter) {
894             for (int i = 0; i < 4; ++i) {
895                 auto v = vreg(iter, i);
896                 const int off = (iter * 4 + i) * simd_w;
897
898                 if (off + simd_w <= c.iw)
899                     vmovups(v, ptr[reg_ptr_src + off * typesize]);
900                 else if (off < c.iw)
901                     vmovups(v | kmsk | T_z, ptr[reg_ptr_src + off * typesize]);
902                 else
903                     vpxord(v, v, v);
904             }
905         };
906
907         auto emit_tr = [&](int iter) {
908             for (int i = 0; i < 4; ++i)
909                 vpermps(vreg(iter, i), vmsk, vreg(iter, i));
910
911             vshuff32x4(vtmp(0), vreg(iter, 0), vreg(iter, 1), 0x88);
912             vshuff32x4(vtmp(1), vreg(iter, 0), vreg(iter, 1), 0xdd);
913             vshuff32x4(vtmp(2), vreg(iter, 2), vreg(iter, 3), 0x88);
914             vshuff32x4(vtmp(3), vreg(iter, 2), vreg(iter, 3), 0xdd);
915
916             vshuff32x4(vreg(iter, 0), vtmp(0), vtmp(2), 0x88);
917             vshuff32x4(vreg(iter, 2), vtmp(0), vtmp(2), 0xdd);
918             vshuff32x4(vreg(iter, 1), vtmp(1), vtmp(3), 0x88);
919             vshuff32x4(vreg(iter, 3), vtmp(1), vtmp(3), 0xdd);
920         };
921
922         auto emit_store = [&]() {
923             for (int i = 0; i < 4; ++i) {
924                 for (int iter = 0; iter < niters; ++iter) {
925                     const size_t off = i * c.tr_ld + iter * simd_w;
926                     vmovups(ptr[reg_ptr_tr_src + off * typesize], vreg(iter, i));
927                 }
928             }
929         };
930
931         for (int iter = 0; iter < niters; ++iter)
932             emit_load(iter);
933
934         for (int iter = 0; iter < niters; ++iter)
935             emit_tr(iter);
936
937         emit_store();
938     };
939
940     preamble();
941
942     mov(reg_ptr_src, ptr[abi_param1 + GET_OFF(src)]);
943     mov(reg_ptr_tr_src, ptr[abi_param1 + GET_OFF(tr_src)]);
944
945     mov(reg_nthr_oc_b.cvt32(), ptr[abi_param1 + GET_OFF(nthr_oc_b)]);
946     mov(reg_ih.cvt32(), ptr[abi_param1 + GET_OFF(tr_src_ih_start)]);
947     mov(reg_ih_end.cvt32(), ptr[abi_param1 + GET_OFF(tr_src_ih_end)]);
948     mov(reg_ptr_tr_src_bctx, ptr[abi_param1 + GET_OFF(tr_src_bctx)]);
949
950     emit_tr_sync();
951
952     Label l_ih_loop, l_tr_done;
953     cmp(reg_ih, reg_ih_end);
954     je(l_tr_done, T_NEAR);
955
956     mov(reg_tmp, (size_t)&mask[0]);
957     vmovups(vmsk, ptr[reg_tmp]);
958
959     if (c.iw % simd_w) {
960         const char load_mask = (1 << (c.iw % simd_w)) - 1;
961         mov(reg_tmp, load_mask);
962         kmovw(kmsk, reg_tmp.cvt32());
963     }
964
965     /* src += ih_start * c.iw; */
966     imul(reg_tmp, reg_ih, c.iw * typesize);
967     add(reg_ptr_src, reg_tmp);
968     /* tr_src += ih_start * c.stride_w * c.tr_ld; */
969     imul(reg_tmp, reg_ih, c.stride_w * c.tr_ld * typesize);
970     add(reg_ptr_tr_src, reg_tmp);
971
972     L(l_ih_loop); {
973         emit_tr_iw();
974
975         add(reg_ptr_src, c.iw * typesize);
976         add(reg_ptr_tr_src, c.stride_w * c.tr_ld * typesize);
977
978         inc(reg_ih);
979         cmp(reg_ih, reg_ih_end);
980         jl(l_ih_loop, T_NEAR);
981     }
982
983     L(l_tr_done);
984
985     emit_tr_sync();
986
987     postamble();
988 }
989
990 /*
991 // -------------------------------------------------
992 // jit_transpose4x16_src
993 // -------------------------------------------------
994 */
995
996 void jit_transpose4x16_src::transpose(int nrows)
997 {
998     assert(nrows >= 0 && nrows <= transpose_size);
999     static_assert(transpose_size == 4, "Unsupported transpose size");
1000     if (!nrows)
1001         return;
1002
1003     auto pf_src_t0 = [=](int i) {
1004         if (tparams->src_pf0_distance)
1005             prefetcht0(EVEX_compress_addr(
1006                     reg_src, (tparams->src_pf0_distance + i) * src_stride));
1007     };
1008
1009     auto pf_tr_src_t0 = [=](int i) {
1010         if (tparams->tr_src_pf0_distance)
1011             prefetcht0(EVEX_compress_addr(reg_tr_src,
1012                     (tparams->tr_src_pf0_distance + i) * src_stride));
1013     };
1014
1015     auto pf_src_t1 = [=](int i) {
1016         if (tparams->src_pf1)
1017             prefetcht1(EVEX_compress_addr(reg_src_prf, i * src_stride));
1018     };
1019
1020     auto pf_tr_src_t1 = [=](int i) {
1021         if (tparams->tr_src_pf1)
1022             prefetchwt1(EVEX_compress_addr(reg_tr_src_prf, i * tr_src_stride));
1023     };
1024
1025     auto src_zmm = [=](int i) {
1026         assert(i >= 0 && i < 4);
1027         return Zmm(i);
1028     };
1029
1030     auto tmp_zmm = [=](int i) {
1031         assert(i >= 0 && i < 4);
1032         return Zmm(4 + i);
1033     };
1034
1035     auto load = [=](int i) {
1036         vmovups(src_zmm(i), EVEX_compress_addr(reg_src, i * src_stride));
1037     };
1038
1039     auto store = [=](Zmm r, int i) {
1040         vmovups(EVEX_compress_addr(reg_tr_src, i * tr_src_stride), r);
1041     };
1042
1043     auto tmp0 = tmp_zmm(0);
1044     auto tmp1 = tmp_zmm(1);
1045     auto tmp2 = tmp_zmm(2);
1046     auto tmp3 = tmp_zmm(3);
1047
1048     auto src0 = src_zmm(0);
1049     auto src1 = src_zmm(1);
1050     auto src2 = src_zmm(2);
1051     auto src3 = src_zmm(3);
1052     for (int i = 0; i < nrows; i++) {
1053         load(i);
1054     }
1055
1056     for (size_t i = nrows; i < 4; i++) {
1057         vpxord(src_zmm(i), src_zmm(i), src_zmm(i));
1058     }
1059
1060     vmovupd(tmp0, src0);
1061     vmovupd(tmp1, src1);
1062     pf_src_t0(0);
1063     vpermpd(tmp0 | kF0, vidx01, src2);
1064     vpermpd(tmp1 | kF0, vidx01, src3);
1065
1066     valignd(src0, src0, src0, 8);
1067     valignd(src1, src1, src1, 8);
1068     pf_src_t0(1);
1069     vmovupd(tmp2, src0);
1070     vmovupd(tmp3, src1);
1071     pf_src_t0(2);
1072     vpermpd(tmp2 | kF0, vidx10, src2);
1073     vpermpd(tmp3 | kF0, vidx10, src3);
1074     pf_src_t0(3);
1075
1076     vmovupd(src0, tmp0);
1077     pf_src_t1(0);
1078     vmovupd(src1, tmp2);
1079     pf_src_t1(1);
1080     vmovupd(src2, tmp1);
1081     pf_src_t1(2);
1082     vmovupd(src3, tmp3);
1083     pf_src_t1(3);
1084     vpermpd(src0 | kCC, vidx1, tmp1);
1085     vpermpd(src1 | kCC, vidx1, tmp3);
1086     pf_tr_src_t0(0);
1087     vpermpd(src2 | k33, vidx1, tmp0);
1088     vpermpd(src3 | k33, vidx1, tmp2);
1089     pf_tr_src_t0(1);
1090
1091     vmovupd(tmp0, src0);
1092     vmovupd(tmp1, src2);
1093     pf_tr_src_t0(2);
1094     vmovupd(tmp2, src1);
1095     vmovupd(tmp3, src3);
1096     pf_tr_src_t0(3);
1097     vpermps(tmp0 | kFFFF, vidxP, src0);
1098     pf_tr_src_t1(0);
1099     vpermps(tmp1 | kFFFF, vidxP, src2);
1100     pf_tr_src_t1(1);
1101     vpermps(tmp2 | kFFFF, vidxP, src1);
1102     pf_tr_src_t1(3);
1103     vpermps(tmp3 | kFFFF, vidxP, src3);
1104     pf_tr_src_t1(4);
1105
1106     store(tmp0, 0);
1107     store(tmp1, 1);
1108     store(tmp2, 2);
1109     store(tmp3, 3);
1110 }
1111
1112 alignas(64) static constexpr const int64_t idx01[8]
1113         = { 0, 0, 0, 0, 0, 1, 2, 3 };
1114 alignas(64) static constexpr const int64_t idx10[8]
1115         = { 0, 0, 0, 0, 4, 5, 6, 7 };
1116 alignas(64) static constexpr const int64_t idx1[8] = { 2, 3, 0, 1, 6, 7, 4, 5 };
1117 alignas(64) static constexpr const int32_t idxP[16]
1118         = { 0, 4, 8, 12, 1, 5, 9, 13, 2, 6, 10, 14, 3, 7, 11, 15 };
1119
1120 void jit_transpose4x16_src::generate()
1121 {
1122     preamble();
1123
1124     const int ic_block = params->ic_block;
1125     const int is = params->is;
1126     int tail = is % transpose_size;
1127
1128     src_stride = ic_block * typesize;
1129     assert(src_stride == 64);
1130     tr_src_stride = ic_block * typesize;
1131
1132     const int src_step = ic_block * transpose_size * typesize;
1133     const int tr_src_step = ic_block * transpose_size * typesize;
1134
1135 #define GET_TR_OFF(x) offsetof(jit_src_transpose_s, x)
1136     mov(reg_loop, ptr[param1 + GET_TR_OFF(size)]);
1137     mov(reg_src, ptr[param1 + GET_TR_OFF(src)]);
1138     mov(reg_tr_src, ptr[param1 + GET_TR_OFF(tr_src)]);
1139     mov(reg_src_prf, ptr[param1 + GET_TR_OFF(src_prf)]);
1140     mov(reg_tr_src_prf, ptr[param1 + GET_TR_OFF(tr_src_prf)]);
1141 #undef GET_TR_OFF
1142
1143     auto kmovw = [=](Opmask k, unsigned w) {
1144         mov(regw_tmp, w);
1145         jit_generator::kmovw(k, regw_tmp);
1146     };
1147
1148     auto vmovdqa64 = [=](Zmm z, const int64_t *addr) {
1149         mov(imm_addr64, reinterpret_cast<size_t>(addr));
1150         jit_generator::vmovdqa64(z, ptr[imm_addr64]);
1151     };
1152
1153     auto vmovdqa32 = [=](Zmm z, const int32_t *addr) {
1154         mov(imm_addr64, reinterpret_cast<size_t>(addr));
1155         jit_generator::vmovdqa32(z, ptr[imm_addr64]);
1156     };
1157
1158     kmovw(kF0, 0xf0); // 11110000
1159     kmovw(kCC, 0xcc); // 11001100
1160     kmovw(k33, 0x33); // 00110011
1161     kmovw(kFFFF, 0xffff); // 1111111111111111
1162
1163     vmovdqa64(vidx01, idx01);
1164     vmovdqa64(vidx10, idx10);
1165     vmovdqa64(vidx1, idx1);
1166     vmovdqa32(vidxP, idxP);
1167
1168     Label loop_label;
1169     Label tail_label;
1170
1171     cmp(reg_loop, transpose_size);
1172     jl(tail_label, T_NEAR);
1173
1174     L(loop_label);
1175     {
1176         transpose(transpose_size);
1177         add(reg_src, src_step);
1178         add(reg_tr_src, tr_src_step);
1179         add(reg_src_prf, src_step);
1180         add(reg_tr_src_prf, tr_src_step);
1181         sub(reg_loop, transpose_size);
1182         cmp(reg_loop, transpose_size);
1183         jge(loop_label, T_NEAR);
1184     }
1185     L(tail_label);
1186     transpose(tail);
1187
1188     postamble();
1189 }
1190
1191 jit_trans_src_t *create_trans_src(const jit_conv_conf_t *conf) {
1192     if (conf->ver == ver_4fma && !conf->is_1stconv)
1193         return new jit_trans_iw_ic_t(conf);
1194     if ((conf->ver == ver_4vnni || conf->ver == ver_vnni) && !conf->is_1stconv)
1195         return new jit_trans_iw_ic_int16_t(conf);
1196     if (conf->ver == ver_4fma && conf->is_1stconv)
1197         return new jit_trans_iw_x4_4x_t(conf);
1198     assert(!"unsupported configuration");
1199     return nullptr;
1200 }
1201
1202 jit_trans_dst_t *create_trans_dst(const jit_conv_conf_t *conf) {
1203     if (conf->ver == ver_4vnni || conf->ver == ver_vnni)
1204         return new jit_trans_ow_oc_t(conf);
1205     assert(!"unsupported configuration");
1206     return nullptr;
1207 }
1208 }
1209 }
1210 }