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 #include "llvm/Target/CostTable.h"
  24 using namespace llvm;
  25
  26 // Declare the pass initialization routine locally as target-specific passes
  27 // don't havve a target-wide initialization entry point, and so we rely on the
  28 // pass constructor initialization.
  29 namespace llvm {
  30 void initializeX86TTIPass(PassRegistry &);
  31 }
  32
  33 namespace {
  34
  35 class X86TTI : public ImmutablePass, public TargetTransformInfo {
  36   const X86TargetMachine *TM;
  37   const X86Subtarget *ST;
  38   const X86TargetLowering *TLI;
  39
  40   /// Estimate the overhead of scalarizing an instruction. Insert and Extract
  41   /// are set if the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
  42   unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract) const;
  43
  44 public:
  45   X86TTI() : ImmutablePass(ID), TM(0), ST(0), TLI(0) {
  46     llvm_unreachable("This pass cannot be directly constructed");
  47   }
  48
  49   X86TTI(const X86TargetMachine *TM)
  50       : ImmutablePass(ID), TM(TM), ST(TM->getSubtargetImpl()),
  51         TLI(TM->getTargetLowering()) {
  52     initializeX86TTIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  53   }
  54
  55   virtual void initializePass() {
  56     pushTTIStack(this);
  57   }
  58
  59   virtual void finalizePass() {
  60     popTTIStack();
  61   }
  62
  63   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  64     TargetTransformInfo::getAnalysisUsage(AU);
  65   }
  66
  67   /// Pass identification.
  68   static char ID;
  69
  70   /// Provide necessary pointer adjustments for the two base classes.
  71   virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) {
  72     if (ID == &TargetTransformInfo::ID)
  73       return (TargetTransformInfo*)this;
  74     return this;
  75   }
  76
  77   /// \name Scalar TTI Implementations
  78   /// @{
  79   virtual PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const;
  80
  81   /// @}
  82
  83   /// \name Vector TTI Implementations
  84   /// @{
  85
  86   virtual unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const;
  87   virtual unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const;
  88   virtual unsigned getMaximumUnrollFactor() const;
  89   virtual unsigned getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
  90                                           OperandValueKind,
  91                                           OperandValueKind) const;
  92   virtual unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp,
  93                                   int Index, Type *SubTp) const;
  94   virtual unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
  95                                     Type *Src) const;
  96   virtual unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
  97                                       Type *CondTy) const;
  98   virtual unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
  99                                       unsigned Index) const;
 100   virtual unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
 101                                    unsigned Alignment,
 102                                    unsigned AddressSpace) const;
 103
 104   /// @}
 105 };
 106
 107 } // end anonymous namespace
 108
 109 INITIALIZE_AG_PASS(X86TTI, TargetTransformInfo, "x86tti",
 110                    "X86 Target Transform Info", true, true, false)
 111 char X86TTI::ID = 0;
 112
 113 ImmutablePass *
 114 llvm::createX86TargetTransformInfoPass(const X86TargetMachine *TM) {
 115   return new X86TTI(TM);
 116 }
 117
 118
 119 //===----------------------------------------------------------------------===//
 120 //
 121 // X86 cost model.
 122 //
 123 //===----------------------------------------------------------------------===//
 124
 125 X86TTI::PopcntSupportKind X86TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
 126   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
 127   // TODO: Currently the __builtin_popcount() implementation using SSE3
 128   //   instructions is inefficient. Once the problem is fixed, we should
 129   //   call ST->hasSSE3() instead of ST->hasSSE4().
 130   return ST->hasSSE41() ? PSK_FastHardware : PSK_Software;
 131 }
 132
 133 unsigned X86TTI::getNumberOfRegisters(bool Vector) const {
 134   if (Vector && !ST->hasSSE1())
 135     return 0;
 136
 137   if (ST->is64Bit())
 138     return 16;
 139   return 8;
 140 }
 141
 142 unsigned X86TTI::getRegisterBitWidth(bool Vector) const {
 143   if (Vector) {
 144     if (ST->hasAVX()) return 256;
 145     if (ST->hasSSE1()) return 128;
 146     return 0;
 147   }
 148
 149   if (ST->is64Bit())
 150     return 64;
 151   return 32;
 152
 153 }
 154
 155 unsigned X86TTI::getMaximumUnrollFactor() const {
 156   if (ST->isAtom())
 157     return 1;
 158
 159   // Sandybridge and Haswell have multiple execution ports and pipelined
 160   // vector units.
 161   if (ST->hasAVX())
 162     return 4;
 163
 164   return 2;
 165 }
 166
 167 unsigned X86TTI::getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
 168                                         OperandValueKind Op1Info,
 169                                         OperandValueKind Op2Info) const {
 170   // Legalize the type.
 171   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
 172
 173   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 174   assert(ISD && "Invalid opcode");
 175
 176   static const CostTblEntry<MVT> AVX2CostTable[] = {
 177     // Shifts on v4i64/v8i32 on AVX2 is legal even though we declare to
 178     // customize them to detect the cases where shift amount is a scalar one.
 179     { ISD::SHL,     MVT::v4i32,    1 },
 180     { ISD::SRL,     MVT::v4i32,    1 },
 181     { ISD::SRA,     MVT::v4i32,    1 },
 182     { ISD::SHL,     MVT::v8i32,    1 },
 183     { ISD::SRL,     MVT::v8i32,    1 },
 184     { ISD::SRA,     MVT::v8i32,    1 },
 185     { ISD::SHL,     MVT::v2i64,    1 },
 186     { ISD::SRL,     MVT::v2i64,    1 },
 187     { ISD::SHL,     MVT::v4i64,    1 },
 188     { ISD::SRL,     MVT::v4i64,    1 },
 189
 190     { ISD::SHL,  MVT::v32i8,  42 }, // cmpeqb sequence.
 191     { ISD::SHL,  MVT::v16i16,  16*10 }, // Scalarized.
 192
 193     { ISD::SRL,  MVT::v32i8,  32*10 }, // Scalarized.
 194     { ISD::SRL,  MVT::v16i16,  8*10 }, // Scalarized.
 195
 196     { ISD::SRA,  MVT::v32i8,  32*10 }, // Scalarized.
 197     { ISD::SRA,  MVT::v16i16,  16*10 }, // Scalarized.
 198     { ISD::SRA,  MVT::v4i64,  4*10 }, // Scalarized.
 199   };
 200
 201   // Look for AVX2 lowering tricks.
 202   if (ST->hasAVX2()) {
 203     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX2CostTable, array_lengthof(AVX2CostTable),
 204                                    ISD, LT.second);
 205     if (Idx != -1)
 206       return LT.first * AVX2CostTable[Idx].Cost;
 207   }
 208
 209   static const CostTblEntry<MVT> SSE2CostTable[] = {
 210     // We don't correctly identify costs of casts because they are marked as
 211     // custom.
 212     // For some cases, where the shift amount is a scalar we would be able
 213     // to generate better code. Unfortunately, when this is the case the value
 214     // (the splat) will get hoisted out of the loop, thereby making it invisible
 215     // to ISel. The cost model must return worst case assumptions because it is
 216     // used for vectorization and we don't want to make vectorized code worse
 217     // than scalar code.
 218     { ISD::SHL,  MVT::v16i8,  30 }, // cmpeqb sequence.
 219     { ISD::SHL,  MVT::v8i16,  8*10 }, // Scalarized.
 220     { ISD::SHL,  MVT::v4i32,  2*5 }, // We optimized this using mul.
 221     { ISD::SHL,  MVT::v2i64,  2*10 }, // Scalarized.
 222
 223     { ISD::SRL,  MVT::v16i8,  16*10 }, // Scalarized.
 224     { ISD::SRL,  MVT::v8i16,  8*10 }, // Scalarized.
 225     { ISD::SRL,  MVT::v4i32,  4*10 }, // Scalarized.
 226     { ISD::SRL,  MVT::v2i64,  2*10 }, // Scalarized.
 227
 228     { ISD::SRA,  MVT::v16i8,  16*10 }, // Scalarized.
 229     { ISD::SRA,  MVT::v8i16,  8*10 }, // Scalarized.
 230     { ISD::SRA,  MVT::v4i32,  4*10 }, // Scalarized.
 231     { ISD::SRA,  MVT::v2i64,  2*10 }, // Scalarized.
 232   };
 233
 234   if (ST->hasSSE2()) {
 235     int Idx = CostTableLookup<MVT>(SSE2CostTable, array_lengthof(SSE2CostTable),
 236                                    ISD, LT.second);
 237     if (Idx != -1)
 238       return LT.first * SSE2CostTable[Idx].Cost;
 239   }
 240
 241   static const CostTblEntry<MVT> AVX1CostTable[] = {
 242     // We don't have to scalarize unsupported ops. We can issue two half-sized
 243     // operations and we only need to extract the upper YMM half.
 244     // Two ops + 1 extract + 1 insert = 4.
 245     { ISD::MUL,     MVT::v8i32,    4 },
 246     { ISD::SUB,     MVT::v8i32,    4 },
 247     { ISD::ADD,     MVT::v8i32,    4 },
 248     { ISD::SUB,     MVT::v4i64,    4 },
 249     { ISD::ADD,     MVT::v4i64,    4 },
 250     // A v4i64 multiply is custom lowered as two split v2i64 vectors that then
 251     // are lowered as a series of long multiplies(3), shifts(4) and adds(2)
 252     // Because we believe v4i64 to be a legal type, we must also include the
 253     // split factor of two in the cost table. Therefore, the cost here is 18
 254     // instead of 9.
 255     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    18 },
 256   };
 257
 258   // Look for AVX1 lowering tricks.
 259   if (ST->hasAVX() && !ST->hasAVX2()) {
 260     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX1CostTable, array_lengthof(AVX1CostTable),
 261                                    ISD, LT.second);
 262     if (Idx != -1)
 263       return LT.first * AVX1CostTable[Idx].Cost;
 264   }
 265
 266   // Custom lowering of vectors.
 267   static const CostTblEntry<MVT> CustomLowered[] = {
 268     // A v2i64/v4i64 and multiply is custom lowered as a series of long
 269     // multiplies(3), shifts(4) and adds(2).
 270     { ISD::MUL,     MVT::v2i64,    9 },
 271     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    9 },
 272   };
 273   int Idx = CostTableLookup<MVT>(CustomLowered, array_lengthof(CustomLowered),
 274                                  ISD, LT.second);
 275   if (Idx != -1)
 276     return LT.first * CustomLowered[Idx].Cost;
 277
 278   // Special lowering of v4i32 mul on sse2, sse3: Lower v4i32 mul as 2x shuffle,
 279   // 2x pmuludq, 2x shuffle.
 280   if (ISD == ISD::MUL && LT.second == MVT::v4i32 && ST->hasSSE2() &&
 281       !ST->hasSSE41())
 282     return 6;
 283
 284   // Fallback to the default implementation.
 285   return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty, Op1Info,
 286                                                      Op2Info);
 287 }
 288
 289 unsigned X86TTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 290                                 Type *SubTp) const {
 291   // We only estimate the cost of reverse shuffles.
 292   if (Kind != SK_Reverse)
 293     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 294
 295   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
 296   unsigned Cost = 1;
 297   if (LT.second.getSizeInBits() > 128)
 298     Cost = 3; // Extract + insert + copy.
 299
 300   // Multiple by the number of parts.
 301   return Cost * LT.first;
 302 }
 303
 304 unsigned X86TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const {
 305   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 306   assert(ISD && "Invalid opcode");
 307
 308   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
 309   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
 310
 311   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
 312     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 313
 314   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> AVXConversionTbl[] = {
 315     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i16, 1 },
 316     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i16, 1 },
 317     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i32, 1 },
 318     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i32, 1 },
 319     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i32, MVT::v4i64, 1 },
 320     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i16, MVT::v8i32, 1 },
 321
 322     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i1,  8 },
 323     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  8 },
 324     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 5 },
 325     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 1 },
 326     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1,  3 },
 327     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  3 },
 328     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 3 },
 329     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
 330     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i1,  3 },
 331     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i8,  3 },
 332     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i16, 3 },
 333     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i32, 1 },
 334
 335     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i1,  6 },
 336     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  5 },
 337     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 5 },
 338     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 9 },
 339     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1,  7 },
 340     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  2 },
 341     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
 342     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 6 },
 343     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i1,  7 },
 344     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i8,  2 },
 345     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i16, 2 },
 346     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i32, 6 },
 347
 348     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v8i8,  MVT::v8f32, 1 },
 349     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 1 },
 350     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i1,  6 },
 351     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i1,  9 },
 352     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i1,  8 },
 353     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i8,  6 },
 354     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i16, 6 },
 355     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i32, MVT::v8i64, 3 },
 356   };
 357
 358   if (ST->hasAVX()) {
 359     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(AVXConversionTbl,
 360                                  array_lengthof(AVXConversionTbl),
 361                                  ISD, DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
 362     if (Idx != -1)
 363       return AVXConversionTbl[Idx].Cost;
 364   }
 365
 366   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 367 }
 368
 369 unsigned X86TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 370                                     Type *CondTy) const {
 371   // Legalize the type.
 372   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
 373
 374   MVT MTy = LT.second;
 375
 376   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 377   assert(ISD && "Invalid opcode");
 378
 379   static const CostTblEntry<MVT> SSE42CostTbl[] = {
 380     { ISD::SETCC,   MVT::v2f64,   1 },
 381     { ISD::SETCC,   MVT::v4f32,   1 },
 382     { ISD::SETCC,   MVT::v2i64,   1 },
 383     { ISD::SETCC,   MVT::v4i32,   1 },
 384     { ISD::SETCC,   MVT::v8i16,   1 },
 385     { ISD::SETCC,   MVT::v16i8,   1 },
 386   };
 387
 388   static const CostTblEntry<MVT> AVX1CostTbl[] = {
 389     { ISD::SETCC,   MVT::v4f64,   1 },
 390     { ISD::SETCC,   MVT::v8f32,   1 },
 391     // AVX1 does not support 8-wide integer compare.
 392     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   4 },
 393     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   4 },
 394     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  4 },
 395     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   4 },
 396   };
 397
 398   static const CostTblEntry<MVT> AVX2CostTbl[] = {
 399     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   1 },
 400     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   1 },
 401     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  1 },
 402     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   1 },
 403   };
 404
 405   if (ST->hasAVX2()) {
 406     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX2CostTbl, array_lengthof(AVX2CostTbl), ISD, MTy);
 407     if (Idx != -1)
 408       return LT.first * AVX2CostTbl[Idx].Cost;
 409   }
 410
 411   if (ST->hasAVX()) {
 412     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX1CostTbl, array_lengthof(AVX1CostTbl), ISD, MTy);
 413     if (Idx != -1)
 414       return LT.first * AVX1CostTbl[Idx].Cost;
 415   }
 416
 417   if (ST->hasSSE42()) {
 418     int Idx = CostTableLookup<MVT>(SSE42CostTbl, array_lengthof(SSE42CostTbl), ISD, MTy);
 419     if (Idx != -1)
 420       return LT.first * SSE42CostTbl[Idx].Cost;
 421   }
 422
 423   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 424 }
 425
 426 unsigned X86TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
 427                                     unsigned Index) const {
 428   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
 429
 430   if (Index != -1U) {
 431     // Legalize the type.
 432     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
 433
 434     // This type is legalized to a scalar type.
 435     if (!LT.second.isVector())
 436       return 0;
 437
 438     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
 439     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
 440     Index = Index % Width;
 441
 442     // Floating point scalars are already located in index #0.
 443     if (Val->getScalarType()->isFloatingPointTy() && Index == 0)
 444       return 0;
 445   }
 446
 447   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, Val, Index);
 448 }
 449
 450 unsigned X86TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 451                                  unsigned AddressSpace) const {
 452   // Legalize the type.
 453   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
 454   assert((Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) &&
 455          "Invalid Opcode");
 456
 457   // Each load/store unit costs 1.
 458   unsigned Cost = LT.first * 1;
 459
 460   // On Sandybridge 256bit load/stores are double pumped
 461   // (but not on Haswell).
 462   if (LT.second.getSizeInBits() > 128 && !ST->hasAVX2())
 463     Cost*=2;
 464
 465   return Cost;
 466 }