pan/bi: Reorder pushed uniforms to avoid moves
authorAlyssa Rosenzweig <alyssa@collabora.com>
Sat, 11 Dec 2021 17:54:01 +0000 (12:54 -0500)
committerMarge Bot <emma+marge@anholt.net>
Thu, 24 Feb 2022 01:35:33 +0000 (01:35 +0000)
commit6b2eda6b729215ca61617943dc540a8c690f2f72
tree48ffbcd6d17286098117cefa27fa4e08d25f0479
parent6eec8fcbfa6e90431d47919479debf76fb04b8b0
pan/bi: Reorder pushed uniforms to avoid moves

On Bifrost and Valhall, push uniforms are loaded into Fast Access Uniform
Random Access Memory (FAU-RAM). FAU-RAM is organized as an array of 64-bit
slots. A given tuple (Bifrost) or instruction (Valhall) may access at most a
single 64-bit slot. If an instruction requires uniforms from multiple 64-bit
slots, a uniform-to-register move must be inserted to avoid the hazard. However,
if an instruction requires a pair of 32-bit uniforms from the same 64-bit slot,
no move is required.

To reduce the number of moves we emit, this commit adds an optimization pass
that reorders pushed uniforms, trying to group uniforms used by the same
instruction. The pass works by creating a graph of pushed uniforms, where edges
denote the "both 32-bit uniforms required by the same instruction" relationship.
We perform depth-first search on this graph to find the connected components,
where each connected component is a cluster of uniforms that are used together.
We then select pairs of uniforms from each connected component. The remaining
unpaired uniforms (from components of odd sizes) are paired together
arbitrarily.

In principle, we should weight the graph by number of occurences and choose
pairs that maximize the total selected edge weight. This is left for
future work, as it is nontrivial -- selecting these edges optimally appears to
be NP-hard at first blush.

Implementation note: As position and varying shaders share FAU on Bifrost, extra
care is taken with a `push_offset` shader stage info parameter that ensures
varying shaders do not reorder uniforms selected by the previous position
shader.

total instructions in shared programs: 2503343 -> 2451758 (-2.06%)
instructions in affected programs: 1553309 -> 1501724 (-3.32%)
helped: 14256
HURT: 8
helped stats (abs) min: 1.0 max: 80.0 x̄: 3.62 x̃: 3
helped stats (rel) min: 0.06% max: 36.36% x̄: 7.31% x̃: 6.67%
HURT stats (abs)   min: 1.0 max: 2.0 x̄: 1.38 x̃: 1
HURT stats (rel)   min: 1.30% max: 12.50% x̄: 4.99% x̃: 3.85%
95% mean confidence interval for instructions value: -3.66 -3.58
95% mean confidence interval for instructions %-change: -7.41% -7.20%
Instructions are helped.

total tuples in shared programs: 2008399 -> 1969627 (-1.93%)
tuples in affected programs: 1146344 -> 1107572 (-3.38%)
helped: 12867
HURT: 147
helped stats (abs) min: 1.0 max: 61.0 x̄: 3.03 x̃: 2
helped stats (rel) min: 0.17% max: 42.86% x̄: 6.79% x̃: 4.65%
HURT stats (abs)   min: 1.0 max: 3.0 x̄: 1.20 x̃: 1
HURT stats (rel)   min: 0.29% max: 20.00% x̄: 2.12% x̃: 1.19%
95% mean confidence interval for tuples value: -3.03 -2.93
95% mean confidence interval for tuples %-change: -6.82% -6.57%
Tuples are helped.

total clauses in shared programs: 408005 -> 401708 (-1.54%)
clauses in affected programs: 90760 -> 84463 (-6.94%)
helped: 6006
HURT: 164
helped stats (abs) min: 1.0 max: 9.0 x̄: 1.08 x̃: 1
helped stats (rel) min: 0.45% max: 33.33% x̄: 12.44% x̃: 14.29%
HURT stats (abs)   min: 1.0 max: 1.0 x̄: 1.00 x̃: 1
HURT stats (rel)   min: 1.64% max: 25.00% x̄: 9.81% x̃: 5.26%
95% mean confidence interval for clauses value: -1.03 -1.01
95% mean confidence interval for clauses %-change: -12.03% -11.66%
Clauses are helped.

total cycles in shared programs: 203308.37 -> 202737.83 (-0.28%)
cycles in affected programs: 19264.71 -> 18694.17 (-2.96%)
helped: 3024
HURT: 41
helped stats (abs) min: 0.041665999999999315 max: 2.5416680000000014 x̄: 0.19 x̃: 0
helped stats (rel) min: 0.17% max: 33.33% x̄: 3.83% x̃: 2.83%
HURT stats (abs)   min: 0.041665999999999315 max: 0.125 x̄: 0.06 x̃: 0
HURT stats (rel)   min: 0.30% max: 5.88% x̄: 1.41% x̃: 0.93%
95% mean confidence interval for cycles value: -0.19 -0.18
95% mean confidence interval for cycles %-change: -3.89% -3.64%
Cycles are helped.

total arith in shared programs: 76265.67 -> 74669.25 (-2.09%)
arith in affected programs: 45001.50 -> 43405.08 (-3.55%)
helped: 12945
HURT: 97
helped stats (abs) min: 0.041665999999999315 max: 2.5416680000000014 x̄: 0.12 x̃: 0
helped stats (rel) min: 0.17% max: 50.00% x̄: 8.06% x̃: 4.88%
HURT stats (abs)   min: 0.041665999999999315 max: 0.125 x̄: 0.05 x̃: 0
HURT stats (rel)   min: 0.21% max: 33.33% x̄: 2.16% x̃: 0.96%
95% mean confidence interval for arith value: -0.12 -0.12
95% mean confidence interval for arith %-change: -8.16% -7.81%
Arith are helped.

total quadwords in shared programs: 1796563 -> 1766803 (-1.66%)
quadwords in affected programs: 948830 -> 919070 (-3.14%)
helped: 12078
HURT: 219
helped stats (abs) min: 1.0 max: 42.0 x̄: 2.49 x̃: 2
helped stats (rel) min: 0.10% max: 33.33% x̄: 5.57% x̃: 5.26%
HURT stats (abs)   min: 1.0 max: 4.0 x̄: 1.21 x̃: 1
HURT stats (rel)   min: 0.33% max: 6.67% x̄: 2.00% x̃: 1.14%
95% mean confidence interval for quadwords value: -2.46 -2.38
95% mean confidence interval for quadwords %-change: -5.52% -5.36%
Quadwords are helped.

Signed-off-by: Alyssa Rosenzweig <alyssa@collabora.com>
Part-of: <https://gitlab.freedesktop.org/mesa/mesa/-/merge_requests/14163>
src/panfrost/bifrost/bi_opt_push_ubo.c
src/panfrost/bifrost/bifrost_compile.c
src/panfrost/bifrost/compiler.h