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 getMaximumUnrollFactor() const;
  87   virtual unsigned getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty) const;
  88   virtual unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp,
  89                                   int Index, Type *SubTp) const;
  90   virtual unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
  91                                     Type *Src) const;
  92   virtual unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
  93                                       Type *CondTy) const;
  94   virtual unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
  95                                       unsigned Index) const;
  96   virtual unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
  97                                    unsigned Alignment,
  98                                    unsigned AddressSpace) const;
  99
 100   /// @}
 101 };
 102
 103 } // end anonymous namespace
 104
 105 INITIALIZE_AG_PASS(X86TTI, TargetTransformInfo, "x86tti",
 106                    "X86 Target Transform Info", true, true, false)
 107 char X86TTI::ID = 0;
 108
 109 ImmutablePass *
 110 llvm::createX86TargetTransformInfoPass(const X86TargetMachine *TM) {
 111   return new X86TTI(TM);
 112 }
 113
 114
 115 //===----------------------------------------------------------------------===//
 116 //
 117 // X86 cost model.
 118 //
 119 //===----------------------------------------------------------------------===//
 120
 121 namespace {
 122 struct X86CostTblEntry {
 123   int ISD;
 124   MVT Type;
 125   unsigned Cost;
 126 };
 127 }
 128
 129 static int
 130 FindInTable(const X86CostTblEntry *Tbl, unsigned len, int ISD, MVT Ty) {
 131   for (unsigned int i = 0; i < len; ++i)
 132     if (Tbl[i].ISD == ISD && Tbl[i].Type == Ty)
 133       return i;
 134
 135   // Could not find an entry.
 136   return -1;
 137 }
 138
 139 namespace {
 140 struct X86TypeConversionCostTblEntry {
 141   int ISD;
 142   MVT Dst;
 143   MVT Src;
 144   unsigned Cost;
 145 };
 146 }
 147
 148 static int
 149 FindInConvertTable(const X86TypeConversionCostTblEntry *Tbl, unsigned len,
 150                    int ISD, MVT Dst, MVT Src) {
 151   for (unsigned int i = 0; i < len; ++i)
 152     if (Tbl[i].ISD == ISD && Tbl[i].Src == Src && Tbl[i].Dst == Dst)
 153       return i;
 154
 155   // Could not find an entry.
 156   return -1;
 157 }
 158
 159 X86TTI::PopcntSupportKind X86TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
 160   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
 161   // TODO: Currently the __builtin_popcount() implementation using SSE3
 162   //   instructions is inefficient. Once the problem is fixed, we should
 163   //   call ST->hasSSE3() instead of ST->hasSSE4().
 164   return ST->hasSSE41() ? PSK_FastHardware : PSK_Software;
 165 }
 166
 167 unsigned X86TTI::getNumberOfRegisters(bool Vector) const {
 168   if (ST->is64Bit())
 169     return 16;
 170   return 8;
 171 }
 172
 173 unsigned X86TTI::getMaximumUnrollFactor() const {
 174   if (ST->isAtom())
 175     return 1;
 176
 177   // Sandybridge and Haswell have multiple execution ports and pipelined
 178   // vector units.
 179   if (ST->hasAVX())
 180     return 4;
 181
 182   return 2;
 183 }
 184
 185 unsigned X86TTI::getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty) const {
 186   // Legalize the type.
 187   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
 188
 189   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 190   assert(ISD && "Invalid opcode");
 191
 192   static const X86CostTblEntry AVX1CostTable[] = {
 193     // We don't have to scalarize unsupported ops. We can issue two half-sized
 194     // operations and we only need to extract the upper YMM half.
 195     // Two ops + 1 extract + 1 insert = 4.
 196     { ISD::MUL,     MVT::v8i32,    4 },
 197     { ISD::SUB,     MVT::v8i32,    4 },
 198     { ISD::ADD,     MVT::v8i32,    4 },
 199     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    4 },
 200     { ISD::SUB,     MVT::v4i64,    4 },
 201     { ISD::ADD,     MVT::v4i64,    4 },
 202     };
 203
 204   // Look for AVX1 lowering tricks.
 205   if (ST->hasAVX()) {
 206     int Idx = FindInTable(AVX1CostTable, array_lengthof(AVX1CostTable), ISD,
 207                           LT.second);
 208     if (Idx != -1)
 209       return LT.first * AVX1CostTable[Idx].Cost;
 210   }
 211   // Fallback to the default implementation.
 212   return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty);
 213 }
 214
 215 unsigned X86TTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 216                                 Type *SubTp) const {
 217   // We only estimate the cost of reverse shuffles.
 218   if (Kind != SK_Reverse)
 219     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 220
 221   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
 222   unsigned Cost = 1;
 223   if (LT.second.getSizeInBits() > 128)
 224     Cost = 3; // Extract + insert + copy.
 225
 226   // Multiple by the number of parts.
 227   return Cost * LT.first;
 228 }
 229
 230 unsigned X86TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const {
 231   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 232   assert(ISD && "Invalid opcode");
 233
 234   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
 235   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
 236
 237   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
 238     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 239
 240   static const X86TypeConversionCostTblEntry AVXConversionTbl[] = {
 241     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i16, 1 },
 242     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i16, 1 },
 243     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i32, 1 },
 244     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64, MVT::v4i32, 1 },
 245     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i32, MVT::v4i64, 1 },
 246     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i16, MVT::v8i32, 1 },
 247     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  1 },
 248     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  1 },
 249     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  1 },
 250     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  1 },
 251     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v8i8,  MVT::v8f32, 1 },
 252     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 1 },
 253     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i1,  6 },
 254     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32, MVT::v8i1,  9 },
 255     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i32, MVT::v8i64, 3 },
 256   };
 257
 258   if (ST->hasAVX()) {
 259     int Idx = FindInConvertTable(AVXConversionTbl,
 260                                  array_lengthof(AVXConversionTbl),
 261                                  ISD, DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
 262     if (Idx != -1)
 263       return AVXConversionTbl[Idx].Cost;
 264   }
 265
 266   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 267 }
 268
 269 unsigned X86TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 270                                     Type *CondTy) const {
 271   // Legalize the type.
 272   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
 273
 274   MVT MTy = LT.second;
 275
 276   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
 277   assert(ISD && "Invalid opcode");
 278
 279   static const X86CostTblEntry SSE42CostTbl[] = {
 280     { ISD::SETCC,   MVT::v2f64,   1 },
 281     { ISD::SETCC,   MVT::v4f32,   1 },
 282     { ISD::SETCC,   MVT::v2i64,   1 },
 283     { ISD::SETCC,   MVT::v4i32,   1 },
 284     { ISD::SETCC,   MVT::v8i16,   1 },
 285     { ISD::SETCC,   MVT::v16i8,   1 },
 286   };
 287
 288   static const X86CostTblEntry AVX1CostTbl[] = {
 289     { ISD::SETCC,   MVT::v4f64,   1 },
 290     { ISD::SETCC,   MVT::v8f32,   1 },
 291     // AVX1 does not support 8-wide integer compare.
 292     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   4 },
 293     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   4 },
 294     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  4 },
 295     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   4 },
 296   };
 297
 298   static const X86CostTblEntry AVX2CostTbl[] = {
 299     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   1 },
 300     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   1 },
 301     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  1 },
 302     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   1 },
 303   };
 304
 305   if (ST->hasAVX2()) {
 306     int Idx = FindInTable(AVX2CostTbl, array_lengthof(AVX2CostTbl), ISD, MTy);
 307     if (Idx != -1)
 308       return LT.first * AVX2CostTbl[Idx].Cost;
 309   }
 310
 311   if (ST->hasAVX()) {
 312     int Idx = FindInTable(AVX1CostTbl, array_lengthof(AVX1CostTbl), ISD, MTy);
 313     if (Idx != -1)
 314       return LT.first * AVX1CostTbl[Idx].Cost;
 315   }
 316
 317   if (ST->hasSSE42()) {
 318     int Idx = FindInTable(SSE42CostTbl, array_lengthof(SSE42CostTbl), ISD, MTy);
 319     if (Idx != -1)
 320       return LT.first * SSE42CostTbl[Idx].Cost;
 321   }
 322
 323   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 324 }
 325
 326 unsigned X86TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
 327                                     unsigned Index) const {
 328   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
 329
 330   if (Index != -1U) {
 331     // Legalize the type.
 332     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
 333
 334     // This type is legalized to a scalar type.
 335     if (!LT.second.isVector())
 336       return 0;
 337
 338     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
 339     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
 340     Index = Index % Width;
 341
 342     // Floating point scalars are already located in index #0.
 343     if (Val->getScalarType()->isFloatingPointTy() && Index == 0)
 344       return 0;
 345   }
 346
 347   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, Val, Index);
 348 }
 349
 350 unsigned X86TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 351                                  unsigned AddressSpace) const {
 352   // Legalize the type.
 353   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
 354   assert((Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) &&
 355          "Invalid Opcode");
 356
 357   // Each load/store unit costs 1.
 358   unsigned Cost = LT.first * 1;
 359
 360   // On Sandybridge 256bit load/stores are double pumped
 361   // (but not on Haswell).
 362   if (LT.second.getSizeInBits() > 128 && !ST->hasAVX2())
 363     Cost*=2;
 364
 365   return Cost;
 366 }