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) const;
  90   virtual unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp,
  91                                   int Index, Type *SubTp) const;
  92   virtual unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
  93                                     Type *Src) const;
  94   virtual unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
  95                                       Type *CondTy) const;
  96   virtual unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
  97                                       unsigned Index) const;
  98   virtual unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
  99                                    unsigned Alignment,
 100                                    unsigned AddressSpace) const;
 101
 102   /// @}
 103 };
 104
 105 } // end anonymous namespace
 106
 107 INITIALIZE_AG_PASS(X86TTI, TargetTransformInfo, "x86tti",
 108                    "X86 Target Transform Info", true, true, false)
 109 char X86TTI::ID = 0;
 110
 111 ImmutablePass *
 112 llvm::createX86TargetTransformInfoPass(const X86TargetMachine *TM) {
 113   return new X86TTI(TM);
 114 }
 115
 116
 117 //===----------------------------------------------------------------------===//
 118 //
 119 // X86 cost model.
 120 //
 121 //===----------------------------------------------------------------------===//
 122
 123 X86TTI::PopcntSupportKind X86TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
 124   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
 125   // TODO: Currently the __builtin_popcount() implementation using SSE3
 126   //   instructions is inefficient. Once the problem is fixed, we should
 127   //   call ST->hasSSE3() instead of ST->hasSSE4().
 128   return ST->hasSSE41() ? PSK_FastHardware : PSK_Software;
 129 }
 130
 131 unsigned X86TTI::getNumberOfRegisters(bool Vector) const {
 132   if (Vector && !ST->hasSSE1())
 133     return 0;
 134
 135   if (ST->is64Bit())
 136     return 16;
 137   return 8;
 138 }
 139
 140 unsigned X86TTI::getRegisterBitWidth(bool Vector) const {
 141   if (Vector) {
 142     if (ST->hasAVX()) return 256;
 143     if (ST->hasSSE1()) return 128;
 144     return 0;
 145   }
 146
 147   if (ST->is64Bit())
 148     return 64;
 149   return 32;
 150
 151 }
 152
 153 unsigned X86TTI::getMaximumUnrollFactor() const {
 154   if (ST->isAtom())
 155     return 1;
 156
 157   // Sandybridge and Haswell have multiple execution ports and pipelined
 158   // vector units.
 159   if (ST->hasAVX())
 160     return 4;
 161
 162   return 2;
 163 }
 164
 165 unsigned X86TTI::getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty) const {
 166   // Legalize the type.
 167   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
 168
 169   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 170   assert(ISD && "Invalid opcode");
 171
 172   static const CostTblEntry<MVT> AVX2CostTable[] = {
 173     // Shifts on v4i64/v8i32 on AVX2 is legal even though we declare to
 174     // customize them to detect the cases where shift amount is a scalar one.
 175     { ISD::SHL,     MVT::v4i32,    1 },
 176     { ISD::SRL,     MVT::v4i32,    1 },
 177     { ISD::SRA,     MVT::v4i32,    1 },
 178     { ISD::SHL,     MVT::v8i32,    1 },
 179     { ISD::SRL,     MVT::v8i32,    1 },
 180     { ISD::SRA,     MVT::v8i32,    1 },
 181     { ISD::SHL,     MVT::v2i64,    1 },
 182     { ISD::SRL,     MVT::v2i64,    1 },
 183     { ISD::SHL,     MVT::v4i64,    1 },
 184     { ISD::SRL,     MVT::v4i64,    1 },
 185   };
 186
 187   // Look for AVX2 lowering tricks.
 188   if (ST->hasAVX2()) {
 189     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX2CostTable, array_lengthof(AVX2CostTable),
 190                                    ISD, LT.second);
 191     if (Idx != -1)
 192       return LT.first * AVX2CostTable[Idx].Cost;
 193   }
 194
 195   static const CostTblEntry<MVT> AVX1CostTable[] = {
 196     // We don't have to scalarize unsupported ops. We can issue two half-sized
 197     // operations and we only need to extract the upper YMM half.
 198     // Two ops + 1 extract + 1 insert = 4.
 199     { ISD::MUL,     MVT::v8i32,    4 },
 200     { ISD::SUB,     MVT::v8i32,    4 },
 201     { ISD::ADD,     MVT::v8i32,    4 },
 202     { ISD::SUB,     MVT::v4i64,    4 },
 203     { ISD::ADD,     MVT::v4i64,    4 },
 204     // A v4i64 multiply is custom lowered as two split v2i64 vectors that then
 205     // are lowered as a series of long multiplies(3), shifts(4) and adds(2)
 206     // Because we believe v4i64 to be a legal type, we must also include the
 207     // split factor of two in the cost table. Therefore, the cost here is 18
 208     // instead of 9.
 209     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    18 },
 210   };
 211
 212   // Look for AVX1 lowering tricks.
 213   if (ST->hasAVX() && !ST->hasAVX2()) {
 214     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX1CostTable, array_lengthof(AVX1CostTable),
 215                                    ISD, LT.second);
 216     if (Idx != -1)
 217       return LT.first * AVX1CostTable[Idx].Cost;
 218   }
 219
 220   // Custom lowering of vectors.
 221   static const CostTblEntry<MVT> CustomLowered[] = {
 222     // A v2i64/v4i64 and multiply is custom lowered as a series of long
 223     // multiplies(3), shifts(4) and adds(2).
 224     { ISD::MUL,     MVT::v2i64,    9 },
 225     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    9 },
 226   };
 227   int Idx = CostTableLookup<MVT>(CustomLowered, array_lengthof(CustomLowered),
 228                                  ISD, LT.second);
 229   if (Idx != -1)
 230     return LT.first * CustomLowered[Idx].Cost;
 231
 232   // Special lowering of v4i32 mul on sse2, sse3: Lower v4i32 mul as 2x shuffle,
 233   // 2x pmuludq, 2x shuffle.
 234   if (ISD == ISD::MUL && LT.second == MVT::v4i32 && ST->hasSSE2() &&
 235       !ST->hasSSE41())
 236     return 6;
 237
 238   // Fallback to the default implementation.
 239   return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty);
 240 }
 241
 242 unsigned X86TTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 243                                 Type *SubTp) const {
 244   // We only estimate the cost of reverse shuffles.
 245   if (Kind != SK_Reverse)
 246     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 247
 248   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
 249   unsigned Cost = 1;
 250   if (LT.second.getSizeInBits() > 128)
 251     Cost = 3; // Extract + insert + copy.
 252
 253   // Multiple by the number of parts.
 254   return Cost * LT.first;
 255 }
 256
 257 unsigned X86TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const {
 258   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 259   assert(ISD && "Invalid opcode");
 260
 261   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
 262   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
 263
 264   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
 265     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 266
 267   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT> AVXConversionTbl[] = {
 268     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i16, 1 },
 269     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i16, 1 },
 270     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i32, 1 },
 271     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i32, 1 },
 272     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i32, MVT::v4i64, 1 },
 273     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i16, MVT::v8i32, 1 },
 274
 275     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i1,  8 },
 276     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  8 },
 277     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 5 },
 278     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 1 },
 279     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1,  3 },
 280     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  3 },
 281     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 3 },
 282     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
 283     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i1,  3 },
 284     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i8,  3 },
 285     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i16, 3 },
 286     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i32, 1 },
 287
 288     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i1,  6 },
 289     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  5 },
 290     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 5 },
 291     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 9 },
 292     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1,  7 },
 293     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  2 },
 294     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
 295     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 6 },
 296     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i1,  7 },
 297     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i8,  2 },
 298     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i16, 2 },
 299     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i32, 6 },
 300
 301     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v8i8,  MVT::v8f32, 1 },
 302     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 1 },
 303     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i1,  6 },
 304     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i1,  9 },
 305     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i1,  8 },
 306     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i8,  6 },
 307     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i16, 6 },
 308     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i32, MVT::v8i64, 3 },
 309   };
 310
 311   if (ST->hasAVX()) {
 312     int Idx = ConvertCostTableLookup<MVT>(AVXConversionTbl,
 313                                  array_lengthof(AVXConversionTbl),
 314                                  ISD, DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
 315     if (Idx != -1)
 316       return AVXConversionTbl[Idx].Cost;
 317   }
 318
 319   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 320 }
 321
 322 unsigned X86TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 323                                     Type *CondTy) const {
 324   // Legalize the type.
 325   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
 326
 327   MVT MTy = LT.second;
 328
 329   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 330   assert(ISD && "Invalid opcode");
 331
 332   static const CostTblEntry<MVT> SSE42CostTbl[] = {
 333     { ISD::SETCC,   MVT::v2f64,   1 },
 334     { ISD::SETCC,   MVT::v4f32,   1 },
 335     { ISD::SETCC,   MVT::v2i64,   1 },
 336     { ISD::SETCC,   MVT::v4i32,   1 },
 337     { ISD::SETCC,   MVT::v8i16,   1 },
 338     { ISD::SETCC,   MVT::v16i8,   1 },
 339   };
 340
 341   static const CostTblEntry<MVT> AVX1CostTbl[] = {
 342     { ISD::SETCC,   MVT::v4f64,   1 },
 343     { ISD::SETCC,   MVT::v8f32,   1 },
 344     // AVX1 does not support 8-wide integer compare.
 345     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   4 },
 346     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   4 },
 347     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  4 },
 348     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   4 },
 349   };
 350
 351   static const CostTblEntry<MVT> AVX2CostTbl[] = {
 352     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   1 },
 353     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   1 },
 354     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  1 },
 355     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   1 },
 356   };
 357
 358   if (ST->hasAVX2()) {
 359     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX2CostTbl, array_lengthof(AVX2CostTbl), ISD, MTy);
 360     if (Idx != -1)
 361       return LT.first * AVX2CostTbl[Idx].Cost;
 362   }
 363
 364   if (ST->hasAVX()) {
 365     int Idx = CostTableLookup<MVT>(AVX1CostTbl, array_lengthof(AVX1CostTbl), ISD, MTy);
 366     if (Idx != -1)
 367       return LT.first * AVX1CostTbl[Idx].Cost;
 368   }
 369
 370   if (ST->hasSSE42()) {
 371     int Idx = CostTableLookup<MVT>(SSE42CostTbl, array_lengthof(SSE42CostTbl), ISD, MTy);
 372     if (Idx != -1)
 373       return LT.first * SSE42CostTbl[Idx].Cost;
 374   }
 375
 376   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 377 }
 378
 379 unsigned X86TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
 380                                     unsigned Index) const {
 381   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
 382
 383   if (Index != -1U) {
 384     // Legalize the type.
 385     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
 386
 387     // This type is legalized to a scalar type.
 388     if (!LT.second.isVector())
 389       return 0;
 390
 391     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
 392     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
 393     Index = Index % Width;
 394
 395     // Floating point scalars are already located in index #0.
 396     if (Val->getScalarType()->isFloatingPointTy() && Index == 0)
 397       return 0;
 398   }
 399
 400   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, Val, Index);
 401 }
 402
 403 unsigned X86TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 404                                  unsigned AddressSpace) const {
 405   // Legalize the type.
 406   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
 407   assert((Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) &&
 408          "Invalid Opcode");
 409
 410   // Each load/store unit costs 1.
 411   unsigned Cost = LT.first * 1;
 412
 413   // On Sandybridge 256bit load/stores are double pumped
 414   // (but not on Haswell).
 415   if (LT.second.getSizeInBits() > 128 && !ST->hasAVX2())
 416     Cost*=2;
 417
 418   return Cost;
 419 }