lib/Target/AArch64/AArch64TargetTransformInfo.cpp

   1 //===-- AArch64TargetTransformInfo.cpp - AArch64 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 /// AArch64 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 #include "AArch64.h"
  18 #include "AArch64TargetMachine.h"
  19 #include "MCTargetDesc/AArch64AddressingModes.h"
  20 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 #include "llvm/Target/CostTable.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  24 #include <algorithm>
  25 using namespace llvm;
  26
  27 #define DEBUG_TYPE "aarch64tti"
  28
  29 // Declare the pass initialization routine locally as target-specific passes
  30 // don't have a target-wide initialization entry point, and so we rely on the
  31 // pass constructor initialization.
  32 namespace llvm {
  33 void initializeAArch64TTIPass(PassRegistry &);
  34 }
  35
  36 namespace {
  37
  38 class AArch64TTI final : public ImmutablePass, public TargetTransformInfo {
  39   const AArch64TargetMachine *TM;
  40   const AArch64Subtarget *ST;
  41   const AArch64TargetLowering *TLI;
  42
  43   /// Estimate the overhead of scalarizing an instruction. Insert and Extract
  44   /// are set if the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
  45   unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract) const;
  46
  47 public:
  48   AArch64TTI() : ImmutablePass(ID), TM(nullptr), ST(nullptr), TLI(nullptr) {
  49     llvm_unreachable("This pass cannot be directly constructed");
  50   }
  51
  52   AArch64TTI(const AArch64TargetMachine *TM)
  53       : ImmutablePass(ID), TM(TM), ST(TM->getSubtargetImpl()),
  54         TLI(TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering()) {
  55     initializeAArch64TTIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  56   }
  57
  58   void initializePass() override { pushTTIStack(this); }
  59
  60   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
  61     TargetTransformInfo::getAnalysisUsage(AU);
  62   }
  63
  64   /// Pass identification.
  65   static char ID;
  66
  67   /// Provide necessary pointer adjustments for the two base classes.
  68   void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
  69     if (ID == &TargetTransformInfo::ID)
  70       return (TargetTransformInfo *)this;
  71     return this;
  72   }
  73
  74   /// \name Scalar TTI Implementations
  75   /// @{
  76   unsigned getIntImmCost(int64_t Val) const;
  77   unsigned getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const override;
  78   unsigned getIntImmCost(unsigned Opcode, unsigned Idx, const APInt &Imm,
  79                          Type *Ty) const override;
  80   unsigned getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx, const APInt &Imm,
  81                          Type *Ty) const override;
  82   PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const override;
  83
  84   /// @}
  85
  86   /// \name Vector TTI Implementations
  87   /// @{
  88
  89   unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const override {
  90     if (Vector) {
  91       if (ST->hasNEON())
  92         return 32;
  93       return 0;
  94     }
  95     return 31;
  96   }
  97
  98   unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const override {
  99     if (Vector) {
 100       if (ST->hasNEON())
 101         return 128;
 102       return 0;
 103     }
 104     return 64;
 105   }
 106
 107   unsigned getMaximumUnrollFactor() const override { return 2; }
 108
 109   unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const
 110       override;
 111
 112   unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val, unsigned Index) const
 113       override;
 114
 115   unsigned getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
 116                                   OperandValueKind Opd1Info = OK_AnyValue,
 117                                   OperandValueKind Opd2Info = OK_AnyValue) const
 118       override;
 119
 120   unsigned getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) const override;
 121
 122   unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy, Type *CondTy) const
 123       override;
 124
 125   unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 126                            unsigned AddressSpace) const override;
 127
 128   unsigned getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type*> Tys) const override;
 129
 130   /// @}
 131 };
 132
 133 } // end anonymous namespace
 134
 135 INITIALIZE_AG_PASS(AArch64TTI, TargetTransformInfo, "aarch64tti",
 136                    "AArch64 Target Transform Info", true, true, false)
 137 char AArch64TTI::ID = 0;
 138
 139 ImmutablePass *
 140 llvm::createAArch64TargetTransformInfoPass(const AArch64TargetMachine *TM) {
 141   return new AArch64TTI(TM);
 142 }
 143
 144 /// \brief Calculate the cost of materializing a 64-bit value. This helper
 145 /// method might only calculate a fraction of a larger immediate. Therefore it
 146 /// is valid to return a cost of ZERO.
 147 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(int64_t Val) const {
 148   // Check if the immediate can be encoded within an instruction.
 149   if (Val == 0 || AArch64_AM::isLogicalImmediate(Val, 64))
 150     return 0;
 151
 152   if (Val < 0)
 153     Val = ~Val;
 154
 155   // Calculate how many moves we will need to materialize this constant.
 156   unsigned LZ = countLeadingZeros((uint64_t)Val);
 157   return (64 - LZ + 15) / 16;
 158 }
 159
 160 /// \brief Calculate the cost of materializing the given constant.
 161 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const {
 162   assert(Ty->isIntegerTy());
 163
 164   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
 165   if (BitSize == 0)
 166     return ~0U;
 167
 168   // Sign-extend all constants to a multiple of 64-bit.
 169   APInt ImmVal = Imm;
 170   if (BitSize & 0x3f)
 171     ImmVal = Imm.sext((BitSize + 63) & ~0x3fU);
 172
 173   // Split the constant into 64-bit chunks and calculate the cost for each
 174   // chunk.
 175   unsigned Cost = 0;
 176   for (unsigned ShiftVal = 0; ShiftVal < BitSize; ShiftVal += 64) {
 177     APInt Tmp = ImmVal.ashr(ShiftVal).sextOrTrunc(64);
 178     int64_t Val = Tmp.getSExtValue();
 179     Cost += getIntImmCost(Val);
 180   }
 181   // We need at least one instruction to materialze the constant.
 182   return std::max(1U, Cost);
 183 }
 184
 185 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(unsigned Opcode, unsigned Idx,
 186                                  const APInt &Imm, Type *Ty) const {
 187   assert(Ty->isIntegerTy());
 188
 189   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
 190   // There is no cost model for constants with a bit size of 0. Return TCC_Free
 191   // here, so that constant hoisting will ignore this constant.
 192   if (BitSize == 0)
 193     return TCC_Free;
 194
 195   unsigned ImmIdx = ~0U;
 196   switch (Opcode) {
 197   default:
 198     return TCC_Free;
 199   case Instruction::GetElementPtr:
 200     // Always hoist the base address of a GetElementPtr.
 201     if (Idx == 0)
 202       return 2 * TCC_Basic;
 203     return TCC_Free;
 204   case Instruction::Store:
 205     ImmIdx = 0;
 206     break;
 207   case Instruction::Add:
 208   case Instruction::Sub:
 209   case Instruction::Mul:
 210   case Instruction::UDiv:
 211   case Instruction::SDiv:
 212   case Instruction::URem:
 213   case Instruction::SRem:
 214   case Instruction::And:
 215   case Instruction::Or:
 216   case Instruction::Xor:
 217   case Instruction::ICmp:
 218     ImmIdx = 1;
 219     break;
 220   // Always return TCC_Free for the shift value of a shift instruction.
 221   case Instruction::Shl:
 222   case Instruction::LShr:
 223   case Instruction::AShr:
 224     if (Idx == 1)
 225       return TCC_Free;
 226     break;
 227   case Instruction::Trunc:
 228   case Instruction::ZExt:
 229   case Instruction::SExt:
 230   case Instruction::IntToPtr:
 231   case Instruction::PtrToInt:
 232   case Instruction::BitCast:
 233   case Instruction::PHI:
 234   case Instruction::Call:
 235   case Instruction::Select:
 236   case Instruction::Ret:
 237   case Instruction::Load:
 238     break;
 239   }
 240
 241   if (Idx == ImmIdx) {
 242     unsigned NumConstants = (BitSize + 63) / 64;
 243     unsigned Cost = AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
 244     return (Cost <= NumConstants * TCC_Basic)
 245       ? static_cast<unsigned>(TCC_Free) : Cost;
 246   }
 247   return AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
 248 }
 249
 250 unsigned AArch64TTI::getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx,
 251                                  const APInt &Imm, Type *Ty) const {
 252   assert(Ty->isIntegerTy());
 253
 254   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
 255   // There is no cost model for constants with a bit size of 0. Return TCC_Free
 256   // here, so that constant hoisting will ignore this constant.
 257   if (BitSize == 0)
 258     return TCC_Free;
 259
 260   switch (IID) {
 261   default:
 262     return TCC_Free;
 263   case Intrinsic::sadd_with_overflow:
 264   case Intrinsic::uadd_with_overflow:
 265   case Intrinsic::ssub_with_overflow:
 266   case Intrinsic::usub_with_overflow:
 267   case Intrinsic::smul_with_overflow:
 268   case Intrinsic::umul_with_overflow:
 269     if (Idx == 1) {
 270       unsigned NumConstants = (BitSize + 63) / 64;
 271       unsigned Cost = AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
 272       return (Cost <= NumConstants * TCC_Basic)
 273         ? static_cast<unsigned>(TCC_Free) : Cost;
 274     }
 275     break;
 276   case Intrinsic::experimental_stackmap:
 277     if ((Idx < 2) || (Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<64>(Imm.getSExtValue())))
 278       return TCC_Free;
 279     break;
 280   case Intrinsic::experimental_patchpoint_void:
 281   case Intrinsic::experimental_patchpoint_i64:
 282     if ((Idx < 4) || (Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<64>(Imm.getSExtValue())))
 283       return TCC_Free;
 284     break;
 285   }
 286   return AArch64TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
 287 }
 288
 289 AArch64TTI::PopcntSupportKind
 290 AArch64TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
 291   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
 292   if (TyWidth == 32 || TyWidth == 64)
 293     return PSK_FastHardware;
 294   // TODO: AArch64TargetLowering::LowerCTPOP() supports 128bit popcount.
 295   return PSK_Software;
 296 }
 297
 298 unsigned AArch64TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
 299                                     Type *Src) const {
 300   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 301   assert(ISD && "Invalid opcode");
 302
 303   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
 304   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
 305
 306   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
 307     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 308
 309   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> ConversionTbl[] = {
 310     // LowerVectorINT_TO_FP:
 311     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i32, 1 },
 312     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
 313     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i64, 1 },
 314     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i32, 1 },
 315     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
 316     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i64, 1 },
 317
 318     // Complex: to v2f32
 319     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i8,  3 },
 320     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i16, 3 },
 321     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i64, 2 },
 322     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i8,  3 },
 323     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i16, 3 },
 324     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f32, MVT::v2i64, 2 },
 325
 326     // Complex: to v4f32
 327     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i8,  4 },
 328     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
 329     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i8,  3 },
 330     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
 331
 332     // Complex: to v2f64
 333     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i8,  4 },
 334     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i16, 4 },
 335     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
 336     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i8,  4 },
 337     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i16, 4 },
 338     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i32, 2 },
 339
 340
 341     // LowerVectorFP_TO_INT
 342     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i32, MVT::v2f32, 1 },
 343     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
 344     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i64, MVT::v2f64, 1 },
 345     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i32, MVT::v2f32, 1 },
 346     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v4i32, MVT::v4f32, 1 },
 347     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i64, MVT::v2f64, 1 },
 348
 349     // Complex, from v2f32: legal type is v2i32 (no cost) or v2i64 (1 ext).
 350     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i64, MVT::v2f32, 2 },
 351     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i16, MVT::v2f32, 1 },
 352     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f32, 1 },
 353     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i64, MVT::v2f32, 2 },
 354     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i16, MVT::v2f32, 1 },
 355     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f32, 1 },
 356
 357     // Complex, from v4f32: legal type is v4i16, 1 narrowing => ~2
 358     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
 359     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 2 },
 360     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v4i16, MVT::v4f32, 2 },
 361     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 2 },
 362
 363     // Complex, from v2f64: legal type is v2i32, 1 narrowing => ~2.
 364     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
 365     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i16, MVT::v2f64, 2 },
 366     { ISD::FP_TO_SINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f64, 2 },
 367     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i32, MVT::v2f64, 2 },
 368     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i16, MVT::v2f64, 2 },
 369     { ISD::FP_TO_UINT, MVT::v2i8,  MVT::v2f64, 2 },
 370   };
 371
 372   int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(
 373       ConversionTbl, array_lengthof(ConversionTbl), ISD, DstTy.getSimpleVT(),
 374       SrcTy.getSimpleVT());
 375   if (Idx != -1)
 376     return ConversionTbl[Idx].Cost;
 377
 378   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 379 }
 380
 381 unsigned AArch64TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
 382                                       unsigned Index) const {
 383   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
 384
 385   if (Index != -1U) {
 386     // Legalize the type.
 387     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
 388
 389     // This type is legalized to a scalar type.
 390     if (!LT.second.isVector())
 391       return 0;
 392
 393     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
 394     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
 395     Index = Index % Width;
 396
 397     // The element at index zero is already inside the vector.
 398     if (Index == 0)
 399       return 0;
 400   }
 401
 402   // All other insert/extracts cost this much.
 403   return 2;
 404 }
 405
 406 unsigned AArch64TTI::getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
 407                                           OperandValueKind Opd1Info,
 408                                           OperandValueKind Opd2Info) const {
 409   // Legalize the type.
 410   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
 411
 412   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 413
 414   switch (ISD) {
 415   default:
 416     return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty, Opd1Info,
 417                                                        Opd2Info);
 418   case ISD::ADD:
 419   case ISD::MUL:
 420   case ISD::XOR:
 421   case ISD::OR:
 422   case ISD::AND:
 423     // These nodes are marked as 'custom' for combining purposes only.
 424     // We know that they are legal. See LowerAdd in ISelLowering.
 425     return 1 * LT.first;
 426   }
 427 }
 428
 429 unsigned AArch64TTI::getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) const {
 430   // Address computations in vectorized code with non-consecutive addresses will
 431   // likely result in more instructions compared to scalar code where the
 432   // computation can more often be merged into the index mode. The resulting
 433   // extra micro-ops can significantly decrease throughput.
 434   unsigned NumVectorInstToHideOverhead = 10;
 435
 436   if (Ty->isVectorTy() && IsComplex)
 437     return NumVectorInstToHideOverhead;
 438
 439   // In many cases the address computation is not merged into the instruction
 440   // addressing mode.
 441   return 1;
 442 }
 443
 444 unsigned AArch64TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 445                                       Type *CondTy) const {
 446
 447   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 448   // We don't lower vector selects well that are wider than the register width.
 449   if (ValTy->isVectorTy() && ISD == ISD::SELECT) {
 450     // We would need this many instructions to hide the scalarization happening.
 451     unsigned AmortizationCost = 20;
 452     static const TypeConversionCostTblEntry<MVT::SimpleValueType>
 453     VectorSelectTbl[] = {
 454       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i16, 16 * AmortizationCost },
 455       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i32, 8 * AmortizationCost },
 456       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i32, 16 * AmortizationCost },
 457       { ISD::SELECT, MVT::v4i1, MVT::v4i64, 4 * AmortizationCost },
 458       { ISD::SELECT, MVT::v8i1, MVT::v8i64, 8 * AmortizationCost },
 459       { ISD::SELECT, MVT::v16i1, MVT::v16i64, 16 * AmortizationCost }
 460     };
 461
 462     EVT SelCondTy = TLI->getValueType(CondTy);
 463     EVT SelValTy = TLI->getValueType(ValTy);
 464     if (SelCondTy.isSimple() && SelValTy.isSimple()) {
 465       int Idx =
 466           ConvertCostTableLookup(VectorSelectTbl, ISD, SelCondTy.getSimpleVT(),
 467                                  SelValTy.getSimpleVT());
 468       if (Idx != -1)
 469         return VectorSelectTbl[Idx].Cost;
 470     }
 471   }
 472   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 473 }
 474
 475 unsigned AArch64TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
 476                                    unsigned Alignment,
 477                                    unsigned AddressSpace) const {
 478   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
 479
 480   if (Opcode == Instruction::Store && Src->isVectorTy() && Alignment != 16 &&
 481       Src->getVectorElementType()->isIntegerTy(64)) {
 482     // Unaligned stores are extremely inefficient. We don't split
 483     // unaligned v2i64 stores because the negative impact that has shown in
 484     // practice on inlined memcpy code.
 485     // We make v2i64 stores expensive so that we will only vectorize if there
 486     // are 6 other instructions getting vectorized.
 487     unsigned AmortizationCost = 6;
 488
 489     return LT.first * 2 * AmortizationCost;
 490   }
 491
 492   if (Src->isVectorTy() && Src->getVectorElementType()->isIntegerTy(8) &&
 493       Src->getVectorNumElements() < 8) {
 494     // We scalarize the loads/stores because there is not v.4b register and we
 495     // have to promote the elements to v.4h.
 496     unsigned NumVecElts = Src->getVectorNumElements();
 497     unsigned NumVectorizableInstsToAmortize = NumVecElts * 2;
 498     // We generate 2 instructions per vector element.
 499     return NumVectorizableInstsToAmortize * NumVecElts * 2;
 500   }
 501
 502   return LT.first;
 503 }
 504
 505 unsigned AArch64TTI::getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type*> Tys) const {
 506   unsigned Cost = 0;
 507   for (auto *I : Tys) {
 508     if (!I->isVectorTy())
 509       continue;
 510     if (I->getScalarSizeInBits() * I->getVectorNumElements() == 128)
 511       Cost += getMemoryOpCost(Instruction::Store, I, 128, 0) +
 512         getMemoryOpCost(Instruction::Load, I, 128, 0);
 513   }
 514   return Cost;
 515 }