LoopVectorize: Emit reductions as log2(vectorsize) shuffles + vector ops instead...
authorBenjamin Kramer <benny.kra@googlemail.com>
Tue, 18 Dec 2012 18:40:20 +0000 (18:40 +0000)
committerBenjamin Kramer <benny.kra@googlemail.com>
Tue, 18 Dec 2012 18:40:20 +0000 (18:40 +0000)
For example on x86 with SSE4.2 a <8 x i8> add reduction becomes
movdqa %xmm0, %xmm1
movhlps %xmm1, %xmm1            ## xmm1 = xmm1[1,1]
paddw %xmm0, %xmm1
pshufd $1, %xmm1, %xmm0        ## xmm0 = xmm1[1,0,0,0]
paddw %xmm1, %xmm0
phaddw %xmm0, %xmm0
pextrb $0, %xmm0, %edx

instead of
pextrb $2, %xmm0, %esi
pextrb $0, %xmm0, %edx
addb %sil, %dl
pextrb $4, %xmm0, %esi
addb %dl, %sil
pextrb $6, %xmm0, %edx
addb %sil, %dl
pextrb $8, %xmm0, %esi
addb %dl, %sil
pextrb $10, %xmm0, %edi
pextrb $14, %xmm0, %edx
addb %sil, %dil
pextrb $12, %xmm0, %esi
addb %dil, %sil
addb %sil, %dl

git-svn-id: https://llvm.org/svn/llvm-project/llvm/trunk@170439 91177308-0d34-0410-b5e6-96231b3b80d8

lib/Transforms/Vectorize/LoopVectorize.cpp
test/Transforms/LoopVectorize/reduction.ll

index d143f919cefdf1647a8878dc265b13bc5933fcf2..e3c76bb15dd73cd6601be9f963bfa62114fa5ddf 100644 (file)
@@ -817,34 +817,53 @@ InnerLoopVectorizer::vectorizeLoop(LoopVectorizationLegality *Legal) {
     NewPhi->addIncoming(VectorStart, LoopBypassBlock);
     NewPhi->addIncoming(getVectorValue(RdxDesc.LoopExitInstr), LoopVectorBody);
 
-    // Extract the first scalar.
-    Value *Scalar0 =
-    Builder.CreateExtractElement(NewPhi, Builder.getInt32(0));
-    // Extract and reduce the remaining vector elements.
-    for (unsigned i=1; i < VF; ++i) {
-      Value *Scalar1 =
-      Builder.CreateExtractElement(NewPhi, Builder.getInt32(i));
+    // VF is a power of 2 so we can emit the reduction using log2(VF) shuffles
+    // and vector ops, reducing the set of values being computed by half each
+    // round.
+    assert(isPowerOf2_32(VF) &&
+           "Reduction emission only supported for pow2 vectors!");
+    Value *TmpVec = NewPhi;
+    SmallVector<Constant*, 32> ShuffleMask(VF, 0);
+    for (unsigned i = VF; i != 1; i >>= 1) {
+      // Move the upper half of the vector to the lower half.
+      for (unsigned j = 0; j != i/2; ++j)
+        ShuffleMask[j] = Builder.getInt32(i/2 + j);
+
+      // Fill the rest of the mask with undef.
+      std::fill(&ShuffleMask[i/2], ShuffleMask.end(),
+                UndefValue::get(Builder.getInt32Ty()));
+
+      Value *Shuf =
+        Builder.CreateShuffleVector(TmpVec,
+                                    UndefValue::get(TmpVec->getType()),
+                                    ConstantVector::get(ShuffleMask),
+                                    "rdx.shuf");
+
+      // Emit the operation on the shuffled value.
       switch (RdxDesc.Kind) {
       case LoopVectorizationLegality::IntegerAdd:
-        Scalar0 = Builder.CreateAdd(Scalar0, Scalar1, "add.rdx");
+        TmpVec = Builder.CreateAdd(TmpVec, Shuf, "add.rdx");
         break;
       case LoopVectorizationLegality::IntegerMult:
-        Scalar0 = Builder.CreateMul(Scalar0, Scalar1, "mul.rdx");
+        TmpVec = Builder.CreateMul(TmpVec, Shuf, "mul.rdx");
         break;
       case LoopVectorizationLegality::IntegerOr:
-        Scalar0 = Builder.CreateOr(Scalar0, Scalar1, "or.rdx");
+        TmpVec = Builder.CreateOr(TmpVec, Shuf, "or.rdx");
         break;
       case LoopVectorizationLegality::IntegerAnd:
-        Scalar0 = Builder.CreateAnd(Scalar0, Scalar1, "and.rdx");
+        TmpVec = Builder.CreateAnd(TmpVec, Shuf, "and.rdx");
         break;
       case LoopVectorizationLegality::IntegerXor:
-        Scalar0 = Builder.CreateXor(Scalar0, Scalar1, "xor.rdx");
+        TmpVec = Builder.CreateXor(TmpVec, Shuf, "xor.rdx");
         break;
       default:
         llvm_unreachable("Unknown reduction operation");
       }
     }
 
+    // The result is in the first element of the vector.
+    Value *Scalar0 = Builder.CreateExtractElement(TmpVec, Builder.getInt32(0));
+
     // Now, we need to fix the users of the reduction variable
     // inside and outside of the scalar remainder loop.
     // We know that the loop is in LCSSA form. We need to update the
index c1848b35fc6e13720adbd362b7532f25b327d53b..bc1c0290dec89fc4fcfe64e0b67fa75397d967e9 100644 (file)
@@ -7,6 +7,11 @@ target triple = "x86_64-apple-macosx10.8.0"
 ;CHECK: phi <4 x i32>
 ;CHECK: load <4 x i32>
 ;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_sum(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapture %B) nounwind uwtable readonly noinline ssp {
   %1 = icmp sgt i32 %n, 0
@@ -37,6 +42,11 @@ define i32 @reduction_sum(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapt
 ;CHECK: phi <4 x i32>
 ;CHECK: load <4 x i32>
 ;CHECK: mul <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: mul <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: mul <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_prod(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapture %B) nounwind uwtable readonly noinline ssp {
   %1 = icmp sgt i32 %n, 0
@@ -67,6 +77,11 @@ define i32 @reduction_prod(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocap
 ;CHECK: phi <4 x i32>
 ;CHECK: load <4 x i32>
 ;CHECK: mul nsw <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_mix(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapture %B) nounwind uwtable readonly noinline ssp {
   %1 = icmp sgt i32 %n, 0
@@ -95,6 +110,11 @@ define i32 @reduction_mix(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapt
 
 ;CHECK: @reduction_mul
 ;CHECK: mul <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: mul <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: mul <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_mul(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapture %B) nounwind uwtable readonly noinline ssp {
   %1 = icmp sgt i32 %n, 0
@@ -124,6 +144,11 @@ define i32 @reduction_mul(i32 %n, i32* noalias nocapture %A, i32* noalias nocapt
 ;CHECK: @start_at_non_zero
 ;CHECK: phi <4 x i32>
 ;CHECK: <i32 120, i32 0, i32 0, i32 0>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: add <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @start_at_non_zero(i32* nocapture %in, i32* nocapture %coeff, i32* nocapture %out, i32 %n) nounwind uwtable readonly ssp {
 entry:
@@ -152,6 +177,11 @@ for.end:                                          ; preds = %for.body, %entry
 ;CHECK: @reduction_and
 ;CHECK: and <4 x i32>
 ;CHECK: <i32 -1, i32 -1, i32 -1, i32 -1>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: and <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: and <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_and(i32 %n, i32* nocapture %A, i32* nocapture %B) nounwind uwtable readonly {
 entry:
@@ -179,6 +209,11 @@ for.end:                                          ; preds = %for.body, %entry
 
 ;CHECK: @reduction_or
 ;CHECK: or <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: or <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: or <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_or(i32 %n, i32* nocapture %A, i32* nocapture %B) nounwind uwtable readonly {
 entry:
@@ -206,6 +241,11 @@ for.end:                                          ; preds = %for.body, %entry
 
 ;CHECK: @reduction_xor
 ;CHECK: xor <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 2, i32 3, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: xor <4 x i32>
+;CHECK: shufflevector <4 x i32> %{{.*}}, <4 x i32> undef, <4 x i32> <i32 1, i32 undef, i32 undef, i32 undef>
+;CHECK: xor <4 x i32>
+;CHECK: extractelement <4 x i32> %{{.*}}, i32 0
 ;CHECK: ret i32
 define i32 @reduction_xor(i32 %n, i32* nocapture %A, i32* nocapture %B) nounwind uwtable readonly {
 entry: