lib/Target/X86/X86TargetTransformInfo.cpp

   1 //===-- X86TargetTransformInfo.cpp - X86 specific TTI pass ----------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 /// \file
  10 /// This file implements a TargetTransformInfo analysis pass specific to the
  11 /// X86 target machine. It uses the target's detailed information to provide
  12 /// more precise answers to certain TTI queries, while letting the target
  13 /// independent and default TTI implementations handle the rest.
  14 ///
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #define DEBUG_TYPE "x86tti"
  18 #include "X86.h"
  19 #include "X86TargetMachine.h"
  20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  23 using namespace llvm;
  24
  25 // Declare the pass initialization routine locally as target-specific passes
  26 // don't havve a target-wide initialization entry point, and so we rely on the
  27 // pass constructor initialization.
  28 namespace llvm {
  29 void initializeX86TTIPass(PassRegistry &);
  30 }
  31
  32 namespace {
  33
  34 class X86TTI : public ImmutablePass, public TargetTransformInfo {
  35   const X86TargetMachine *TM;
  36   const X86Subtarget *ST;
  37   const X86TargetLowering *TLI;
  38
  39   /// Estimate the overhead of scalarizing an instruction. Insert and Extract
  40   /// are set if the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
  41   unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract) const;
  42
  43 public:
  44   X86TTI() : ImmutablePass(ID), TM(0), ST(0), TLI(0) {
  45     llvm_unreachable("This pass cannot be directly constructed");
  46   }
  47
  48   X86TTI(const X86TargetMachine *TM)
  49       : ImmutablePass(ID), TM(TM), ST(TM->getSubtargetImpl()),
  50         TLI(TM->getTargetLowering()) {
  51     initializeX86TTIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  52   }
  53
  54   virtual void initializePass() {
  55     pushTTIStack(this);
  56   }
  57
  58   virtual void finalizePass() {
  59     popTTIStack();
  60   }
  61
  62   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  63     TargetTransformInfo::getAnalysisUsage(AU);
  64   }
  65
  66   /// Pass identification.
  67   static char ID;
  68
  69   /// Provide necessary pointer adjustments for the two base classes.
  70   virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) {
  71     if (ID == &TargetTransformInfo::ID)
  72       return (TargetTransformInfo*)this;
  73     return this;
  74   }
  75
  76   /// \name Scalar TTI Implementations
  77   /// @{
  78   virtual PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const;
  79
  80   /// @}
  81
  82   /// \name Vector TTI Implementations
  83   /// @{
  84
  85   virtual unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const;
  86   virtual unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const;
  87   virtual unsigned getMaximumUnrollFactor() const;
  88   virtual unsigned getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty) const;
  89   virtual unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp,
  90                                   int Index, Type *SubTp) const;
  91   virtual unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
  92                                     Type *Src) const;
  93   virtual unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
  94                                       Type *CondTy) const;
  95   virtual unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
  96                                       unsigned Index) const;
  97   virtual unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
  98                                    unsigned Alignment,
  99                                    unsigned AddressSpace) const;
 100
 101   /// @}
 102 };
 103
 104 } // end anonymous namespace
 105
 106 INITIALIZE_AG_PASS(X86TTI, TargetTransformInfo, "x86tti",
 107                    "X86 Target Transform Info", true, true, false)
 108 char X86TTI::ID = 0;
 109
 110 ImmutablePass *
 111 llvm::createX86TargetTransformInfoPass(const X86TargetMachine *TM) {
 112   return new X86TTI(TM);
 113 }
 114
 115
 116 //===----------------------------------------------------------------------===//
 117 //
 118 // X86 cost model.
 119 //
 120 //===----------------------------------------------------------------------===//
 121
 122 X86TTI::PopcntSupportKind X86TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
 123   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
 124   // TODO: Currently the __builtin_popcount() implementation using SSE3
 125   //   instructions is inefficient. Once the problem is fixed, we should
 126   //   call ST->hasSSE3() instead of ST->hasSSE4().
 127   return ST->hasSSE41() ? PSK_FastHardware : PSK_Software;
 128 }
 129
 130 unsigned X86TTI::getNumberOfRegisters(bool Vector) const {
 131   if (Vector && !ST->hasSSE1())
 132     return 0;
 133
 134   if (ST->is64Bit())
 135     return 16;
 136   return 8;
 137 }
 138
 139 unsigned X86TTI::getRegisterBitWidth(bool Vector) const {
 140   if (Vector) {
 141     if (ST->hasAVX()) return 256;
 142     if (ST->hasSSE1()) return 128;
 143     return 0;
 144   }
 145
 146   if (ST->is64Bit())
 147     return 64;
 148   return 32;
 149
 150 }
 151
 152 unsigned X86TTI::getMaximumUnrollFactor() const {
 153   if (ST->isAtom())
 154     return 1;
 155
 156   // Sandybridge and Haswell have multiple execution ports and pipelined
 157   // vector units.
 158   if (ST->hasAVX())
 159     return 4;
 160
 161   return 2;
 162 }
 163
 164 unsigned X86TTI::getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty) const {
 165   // Legalize the type.
 166   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
 167
 168   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 169   assert(ISD && "Invalid opcode");
 170
 171   // We don't have to scalarize unsupported ops. We can issue two half-sized
 172   // operations and we only need to extract the upper YMM half.
 173   // Two ops + 1 extract + 1 insert = 4.
 174   static const CostTableEntry AVX1CostTable[] = {
 175     { ISD::MUL,    { MVT::v8i32 },    4 },
 176     { ISD::SUB,    { MVT::v8i32 },    4 },
 177     { ISD::ADD,    { MVT::v8i32 },    4 },
 178     { ISD::MUL,    { MVT::v4i64 },    4 },
 179     { ISD::SUB,    { MVT::v4i64 },    4 },
 180     { ISD::ADD,    { MVT::v4i64 },    4 },
 181   };
 182   UnaryCostTable costTable (AVX1CostTable, array_lengthof(AVX1CostTable));
 183
 184   // Look for AVX1 lowering tricks.
 185   if (ST->hasAVX()) {
 186     unsigned cost = costTable.findCost(ISD, LT.second);
 187     if (cost != BinaryCostTable::COST_NOT_FOUND)
 188       return LT.first * cost;
 189   }
 190   // Fallback to the default implementation.
 191   return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty);
 192 }
 193
 194 unsigned X86TTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 195                                 Type *SubTp) const {
 196   // We only estimate the cost of reverse shuffles.
 197   if (Kind != SK_Reverse)
 198     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 199
 200   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
 201   unsigned Cost = 1;
 202   if (LT.second.getSizeInBits() > 128)
 203     Cost = 3; // Extract + insert + copy.
 204
 205   // Multiple by the number of parts.
 206   return Cost * LT.first;
 207 }
 208
 209 unsigned X86TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const {
 210   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 211   assert(ISD && "Invalid opcode");
 212
 213   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
 214   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
 215
 216   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
 217     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 218
 219   static const CostTableEntry AVXConversionTbl[] = {
 220     { ISD::SIGN_EXTEND, { MVT::v8i32, MVT::v8i16 }, 1 },
 221     { ISD::ZERO_EXTEND, { MVT::v8i32, MVT::v8i16 }, 1 },
 222     { ISD::SIGN_EXTEND, { MVT::v4i64, MVT::v4i32 }, 1 },
 223     { ISD::ZERO_EXTEND, { MVT::v4i64, MVT::v4i32 }, 1 },
 224     { ISD::TRUNCATE,    { MVT::v4i32, MVT::v4i64 }, 1 },
 225     { ISD::TRUNCATE,    { MVT::v8i16, MVT::v8i32 }, 1 },
 226     { ISD::SINT_TO_FP,  { MVT::v8f32, MVT::v8i8  }, 1 },
 227     { ISD::SINT_TO_FP,  { MVT::v4f32, MVT::v4i8  }, 1 },
 228     { ISD::UINT_TO_FP,  { MVT::v8f32, MVT::v8i8  }, 1 },
 229     { ISD::UINT_TO_FP,  { MVT::v4f32, MVT::v4i8  }, 1 },
 230     { ISD::FP_TO_SINT,  { MVT::v8i8,  MVT::v8f32 }, 1 },
 231     { ISD::FP_TO_SINT,  { MVT::v4i8,  MVT::v4f32 }, 1 },
 232     { ISD::ZERO_EXTEND, { MVT::v8i32, MVT::v8i1  }, 6 },
 233     { ISD::SIGN_EXTEND, { MVT::v8i32, MVT::v8i1  }, 9 },
 234     { ISD::TRUNCATE,    { MVT::v8i32, MVT::v8i64 }, 3 }
 235   };
 236   BinaryCostTable costTable (AVXConversionTbl, array_lengthof(AVXConversionTbl));
 237
 238   if (ST->hasAVX()) {
 239     unsigned cost = costTable.findCost(ISD, DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
 240     if (cost != BinaryCostTable::COST_NOT_FOUND)
 241       return cost;
 242   }
 243
 244   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 245 }
 246
 247 unsigned X86TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 248                                     Type *CondTy) const {
 249   // Legalize the type.
 250   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
 251
 252   MVT MTy = LT.second;
 253
 254   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 255   assert(ISD && "Invalid opcode");
 256
 257   static const CostTableEntry SSE42CostTbl[] = {
 258     { ISD::SETCC,  { MVT::v2f64 },  1 },
 259     { ISD::SETCC,  { MVT::v4f32 },  1 },
 260     { ISD::SETCC,  { MVT::v2i64 },  1 },
 261     { ISD::SETCC,  { MVT::v4i32 },  1 },
 262     { ISD::SETCC,  { MVT::v8i16 },  1 },
 263     { ISD::SETCC,  { MVT::v16i8 },  1 },
 264   };
 265   UnaryCostTable costTableSSE4 (SSE42CostTbl, array_lengthof(SSE42CostTbl));
 266
 267   static const CostTableEntry AVX1CostTbl[] = {
 268     { ISD::SETCC,  { MVT::v4f64  },  1 },
 269     { ISD::SETCC,  { MVT::v8f32  },  1 },
 270     // AVX1 does not support 8-wide integer compare.
 271     { ISD::SETCC,  { MVT::v4i64  },  4 },
 272     { ISD::SETCC,  { MVT::v8i32  },  4 },
 273     { ISD::SETCC,  { MVT::v16i16 },  4 },
 274     { ISD::SETCC,  { MVT::v32i8  },  4 },
 275   };
 276   UnaryCostTable costTableAVX1 (AVX1CostTbl, array_lengthof(AVX1CostTbl));
 277
 278   static const CostTableEntry AVX2CostTbl[] = {
 279     { ISD::SETCC,  { MVT::v4i64  }, 1 },
 280     { ISD::SETCC,  { MVT::v8i32  }, 1 },
 281     { ISD::SETCC,  { MVT::v16i16 }, 1 },
 282     { ISD::SETCC,  { MVT::v32i8  }, 1 },
 283   };
 284   UnaryCostTable costTableAVX2 (AVX2CostTbl, array_lengthof(AVX2CostTbl));
 285
 286   if (ST->hasAVX2()) {
 287     unsigned cost = costTableAVX2.findCost(ISD, MTy);
 288     if (cost != BinaryCostTable::COST_NOT_FOUND)
 289       return LT.first * cost;
 290   }
 291
 292   if (ST->hasAVX()) {
 293     unsigned cost = costTableAVX1.findCost(ISD, MTy);
 294     if (cost != BinaryCostTable::COST_NOT_FOUND)
 295       return LT.first * cost;
 296   }
 297
 298   if (ST->hasSSE42()) {
 299     unsigned cost = costTableSSE4.findCost(ISD, MTy);
 300     if (cost != BinaryCostTable::COST_NOT_FOUND)
 301       return LT.first * cost;
 302   }
 303
 304   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 305 }
 306
 307 unsigned X86TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
 308                                     unsigned Index) const {
 309   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
 310
 311   if (Index != -1U) {
 312     // Legalize the type.
 313     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
 314
 315     // This type is legalized to a scalar type.
 316     if (!LT.second.isVector())
 317       return 0;
 318
 319     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
 320     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
 321     Index = Index % Width;
 322
 323     // Floating point scalars are already located in index #0.
 324     if (Val->getScalarType()->isFloatingPointTy() && Index == 0)
 325       return 0;
 326   }
 327
 328   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, Val, Index);
 329 }
 330
 331 unsigned X86TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 332                                  unsigned AddressSpace) const {
 333   // Legalize the type.
 334   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
 335   assert((Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) &&
 336          "Invalid Opcode");
 337
 338   // Each load/store unit costs 1.
 339   unsigned Cost = LT.first * 1;
 340
 341   // On Sandybridge 256bit load/stores are double pumped
 342   // (but not on Haswell).
 343   if (LT.second.getSizeInBits() > 128 && !ST->hasAVX2())
 344     Cost*=2;
 345
 346   return Cost;
 347 }