Implement X86TTI::getUnrollingPreferences
[oota-llvm.git] / 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/ADT/DepthFirstIterator.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
23 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
25 #include "llvm/Support/Debug.h"
26 #include "llvm/Target/CostTable.h"
27 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
28 using namespace llvm;
29
30 // Declare the pass initialization routine locally as target-specific passes
31 // don't havve a target-wide initialization entry point, and so we rely on the
32 // pass constructor initialization.
33 namespace llvm {
34 void initializeX86TTIPass(PassRegistry &);
35 }
36
37 static cl::opt<bool>
38 UsePartialUnrolling("x86-use-partial-unrolling", cl::init(true),
39   cl::desc("Use partial unrolling for some X86 targets"), cl::Hidden);
40 static cl::opt<unsigned>
41 PartialUnrollingThreshold("x86-partial-unrolling-threshold", cl::init(0),
42   cl::desc("Threshold for X86 partial unrolling"), cl::Hidden);
43 static cl::opt<unsigned>
44 PartialUnrollingMaxBranches("x86-partial-max-branches", cl::init(2),
45   cl::desc("Threshold for taken branches in X86 partial unrolling"),
46   cl::Hidden);
47
48 namespace {
49
50 class X86TTI final : public ImmutablePass, public TargetTransformInfo {
51   const X86Subtarget *ST;
52   const X86TargetLowering *TLI;
53
54   /// Estimate the overhead of scalarizing an instruction. Insert and Extract
55   /// are set if the result needs to be inserted and/or extracted from vectors.
56   unsigned getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert, bool Extract) const;
57
58 public:
59   X86TTI() : ImmutablePass(ID), ST(0), TLI(0) {
60     llvm_unreachable("This pass cannot be directly constructed");
61   }
62
63   X86TTI(const X86TargetMachine *TM)
64     : ImmutablePass(ID), ST(TM->getSubtargetImpl()),
65       TLI(TM->getTargetLowering()) {
66     initializeX86TTIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
67   }
68
69   void initializePass() override {
70     pushTTIStack(this);
71   }
72
73   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
74     TargetTransformInfo::getAnalysisUsage(AU);
75   }
76
77   /// Pass identification.
78   static char ID;
79
80   /// Provide necessary pointer adjustments for the two base classes.
81   void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
82     if (ID == &TargetTransformInfo::ID)
83       return (TargetTransformInfo*)this;
84     return this;
85   }
86
87   /// \name Scalar TTI Implementations
88   /// @{
89   PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const override;
90   void getUnrollingPreferences(Loop *L,
91                                UnrollingPreferences &UP) const override;
92
93   /// @}
94
95   /// \name Vector TTI Implementations
96   /// @{
97
98   unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const override;
99   unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const override;
100   unsigned getMaximumUnrollFactor() const override;
101   unsigned getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty, OperandValueKind,
102                                   OperandValueKind) const override;
103   unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp,
104                           int Index, Type *SubTp) const override;
105   unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
106                             Type *Src) const override;
107   unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
108                               Type *CondTy) const override;
109   unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
110                               unsigned Index) const override;
111   unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
112                            unsigned AddressSpace) const override;
113
114   unsigned getAddressComputationCost(Type *PtrTy,
115                                      bool IsComplex) const override;
116
117   unsigned getReductionCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
118                             bool IsPairwiseForm) const override;
119
120   unsigned getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const override;
121
122   unsigned getIntImmCost(unsigned Opcode, unsigned Idx, const APInt &Imm,
123                          Type *Ty) const override;
124   unsigned getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx, const APInt &Imm,
125                          Type *Ty) const override;
126
127   /// @}
128 };
129
130 } // end anonymous namespace
131
132 INITIALIZE_AG_PASS(X86TTI, TargetTransformInfo, "x86tti",
133                    "X86 Target Transform Info", true, true, false)
134 char X86TTI::ID = 0;
135
136 ImmutablePass *
137 llvm::createX86TargetTransformInfoPass(const X86TargetMachine *TM) {
138   return new X86TTI(TM);
139 }
140
141
142 //===----------------------------------------------------------------------===//
143 //
144 // X86 cost model.
145 //
146 //===----------------------------------------------------------------------===//
147
148 X86TTI::PopcntSupportKind X86TTI::getPopcntSupport(unsigned TyWidth) const {
149   assert(isPowerOf2_32(TyWidth) && "Ty width must be power of 2");
150   // TODO: Currently the __builtin_popcount() implementation using SSE3
151   //   instructions is inefficient. Once the problem is fixed, we should
152   //   call ST->hasSSE3() instead of ST->hasPOPCNT().
153   return ST->hasPOPCNT() ? PSK_FastHardware : PSK_Software;
154 }
155
156 void X86TTI::getUnrollingPreferences(Loop *L, UnrollingPreferences &UP) const {
157   if (!UsePartialUnrolling)
158     return;
159   // According to the Intel 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference
160   // Manual, Intel Core models and later have a loop stream detector
161   // (and associated uop queue) that can benefit from partial unrolling.
162   // The relevant requirements are:
163   //  - The loop must have no more than 4 (8 for Nehalem and later) branches
164   //    taken, and none of them may be calls.
165   //  - The loop can have no more than 18 (28 for Nehalem and later) uops.
166
167   // According to the Software Optimization Guide for AMD Family 15h Processors,
168   // models 30h-4fh (Steamroller and later) have a loop predictor and loop
169   // buffer which can benefit from partial unrolling.
170   // The relevant requirements are:
171   //  - The loop must have fewer than 16 branches
172   //  - The loop must have less than 40 uops in all executed loop branches
173
174   unsigned MaxBranches, MaxOps;
175   if (PartialUnrollingThreshold.getNumOccurrences() > 0) {
176     MaxBranches = PartialUnrollingMaxBranches;
177     MaxOps = PartialUnrollingThreshold;
178   } else if (ST->isAtom()) {
179     // On the Atom, the throughput for taken branches is 2 cycles. For small
180     // simple loops, expand by a small factor to hide the backedge cost.
181     MaxBranches = 2;
182     MaxOps = 10;
183   } else if (ST->hasFSGSBase() && ST->hasXOP() /* Steamroller and later */) {
184     MaxBranches = 16;
185     MaxOps = 40;
186   } else if (ST->hasFMA4() /* Any other recent AMD */) {
187     return;
188   } else if (ST->hasAVX() || ST->hasSSE42() /* Nehalem and later */) {
189     MaxBranches = 8;
190     MaxOps = 28;
191   } else if (ST->hasSSSE3() /* Intel Core */) {
192     MaxBranches = 4;
193     MaxOps = 18;
194   } else {
195     return;
196   }
197
198   // Scan the loop: don't unroll loops with calls, and count the potential
199   // number of taken branches (this is somewhat conservative because we're
200   // counting all block transitions as potential branches while in reality some
201   // of these will become implicit via block placement).
202   unsigned MaxDepth = 0;
203   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(L->getHeader()),
204        DE = df_end(L->getHeader()); DI != DE;) {
205     if (!L->contains(*DI)) {
206       DI.skipChildren();
207       continue;
208     }
209
210     MaxDepth = std::max(MaxDepth, DI.getPathLength());
211     if (MaxDepth > MaxBranches)
212       return;
213
214     for (BasicBlock::iterator I = DI->begin(), IE = DI->end(); I != IE; ++I)
215       if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
216         ImmutableCallSite CS(I);
217         if (const Function *F = CS.getCalledFunction()) {
218           if (!isLoweredToCall(F))
219             continue;
220         }
221
222         return;
223       }
224
225     ++DI;
226   }
227
228   // Enable runtime and partial unrolling up to the specified size.
229   UP.Partial = UP.Runtime = true;
230   UP.PartialThreshold = UP.PartialOptSizeThreshold = MaxOps;
231
232   // Set the maximum count based on the loop depth. The maximum number of
233   // branches taken in a loop (including the backedge) is equal to the maximum
234   // loop depth (the DFS path length from the loop header to any block in the
235   // loop). When the loop is unrolled, this depth (except for the backedge
236   // itself) is multiplied by the unrolling factor. This new unrolled depth
237   // must be less than the target-specific maximum branch count (which limits
238   // the number of taken branches in the uop buffer).
239   if (MaxDepth > 1)
240     UP.MaxCount = (MaxBranches-1)/(MaxDepth-1);
241 }
242
243 unsigned X86TTI::getNumberOfRegisters(bool Vector) const {
244   if (Vector && !ST->hasSSE1())
245     return 0;
246
247   if (ST->is64Bit())
248     return 16;
249   return 8;
250 }
251
252 unsigned X86TTI::getRegisterBitWidth(bool Vector) const {
253   if (Vector) {
254     if (ST->hasAVX()) return 256;
255     if (ST->hasSSE1()) return 128;
256     return 0;
257   }
258
259   if (ST->is64Bit())
260     return 64;
261   return 32;
262
263 }
264
265 unsigned X86TTI::getMaximumUnrollFactor() const {
266   if (ST->isAtom())
267     return 1;
268
269   // Sandybridge and Haswell have multiple execution ports and pipelined
270   // vector units.
271   if (ST->hasAVX())
272     return 4;
273
274   return 2;
275 }
276
277 unsigned X86TTI::getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
278                                         OperandValueKind Op1Info,
279                                         OperandValueKind Op2Info) const {
280   // Legalize the type.
281   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Ty);
282
283   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
284   assert(ISD && "Invalid opcode");
285
286   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> AVX2CostTable[] = {
287     // Shifts on v4i64/v8i32 on AVX2 is legal even though we declare to
288     // customize them to detect the cases where shift amount is a scalar one.
289     { ISD::SHL,     MVT::v4i32,    1 },
290     { ISD::SRL,     MVT::v4i32,    1 },
291     { ISD::SRA,     MVT::v4i32,    1 },
292     { ISD::SHL,     MVT::v8i32,    1 },
293     { ISD::SRL,     MVT::v8i32,    1 },
294     { ISD::SRA,     MVT::v8i32,    1 },
295     { ISD::SHL,     MVT::v2i64,    1 },
296     { ISD::SRL,     MVT::v2i64,    1 },
297     { ISD::SHL,     MVT::v4i64,    1 },
298     { ISD::SRL,     MVT::v4i64,    1 },
299
300     { ISD::SHL,  MVT::v32i8,  42 }, // cmpeqb sequence.
301     { ISD::SHL,  MVT::v16i16,  16*10 }, // Scalarized.
302
303     { ISD::SRL,  MVT::v32i8,  32*10 }, // Scalarized.
304     { ISD::SRL,  MVT::v16i16,  8*10 }, // Scalarized.
305
306     { ISD::SRA,  MVT::v32i8,  32*10 }, // Scalarized.
307     { ISD::SRA,  MVT::v16i16,  16*10 }, // Scalarized.
308     { ISD::SRA,  MVT::v4i64,  4*10 }, // Scalarized.
309
310     // Vectorizing division is a bad idea. See the SSE2 table for more comments.
311     { ISD::SDIV,  MVT::v32i8,  32*20 },
312     { ISD::SDIV,  MVT::v16i16, 16*20 },
313     { ISD::SDIV,  MVT::v8i32,  8*20 },
314     { ISD::SDIV,  MVT::v4i64,  4*20 },
315     { ISD::UDIV,  MVT::v32i8,  32*20 },
316     { ISD::UDIV,  MVT::v16i16, 16*20 },
317     { ISD::UDIV,  MVT::v8i32,  8*20 },
318     { ISD::UDIV,  MVT::v4i64,  4*20 },
319   };
320
321   // Look for AVX2 lowering tricks.
322   if (ST->hasAVX2()) {
323     if (ISD == ISD::SHL && LT.second == MVT::v16i16 &&
324         (Op2Info == TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue ||
325          Op2Info == TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue))
326       // On AVX2, a packed v16i16 shift left by a constant build_vector
327       // is lowered into a vector multiply (vpmullw).
328       return LT.first;
329
330     int Idx = CostTableLookup(AVX2CostTable, ISD, LT.second);
331     if (Idx != -1)
332       return LT.first * AVX2CostTable[Idx].Cost;
333   }
334
335   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType>
336   SSE2UniformConstCostTable[] = {
337     // We don't correctly identify costs of casts because they are marked as
338     // custom.
339     // Constant splats are cheaper for the following instructions.
340     { ISD::SHL,  MVT::v16i8,  1 }, // psllw.
341     { ISD::SHL,  MVT::v8i16,  1 }, // psllw.
342     { ISD::SHL,  MVT::v4i32,  1 }, // pslld
343     { ISD::SHL,  MVT::v2i64,  1 }, // psllq.
344
345     { ISD::SRL,  MVT::v16i8,  1 }, // psrlw.
346     { ISD::SRL,  MVT::v8i16,  1 }, // psrlw.
347     { ISD::SRL,  MVT::v4i32,  1 }, // psrld.
348     { ISD::SRL,  MVT::v2i64,  1 }, // psrlq.
349
350     { ISD::SRA,  MVT::v16i8,  4 }, // psrlw, pand, pxor, psubb.
351     { ISD::SRA,  MVT::v8i16,  1 }, // psraw.
352     { ISD::SRA,  MVT::v4i32,  1 }, // psrad.
353   };
354
355   if (Op2Info == TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue &&
356       ST->hasSSE2()) {
357     int Idx = CostTableLookup(SSE2UniformConstCostTable, ISD, LT.second);
358     if (Idx != -1)
359       return LT.first * SSE2UniformConstCostTable[Idx].Cost;
360   }
361
362   if (ISD == ISD::SHL &&
363       Op2Info == TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue) {
364     EVT VT = LT.second;
365     if ((VT == MVT::v8i16 && ST->hasSSE2()) ||
366         (VT == MVT::v4i32 && ST->hasSSE41()))
367       // Vector shift left by non uniform constant can be lowered
368       // into vector multiply (pmullw/pmulld).
369       return LT.first;
370     if (VT == MVT::v4i32 && ST->hasSSE2())
371       // A vector shift left by non uniform constant is converted
372       // into a vector multiply; the new multiply is eventually
373       // lowered into a sequence of shuffles and 2 x pmuludq.
374       ISD = ISD::MUL;
375   }
376
377   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> SSE2CostTable[] = {
378     // We don't correctly identify costs of casts because they are marked as
379     // custom.
380     // For some cases, where the shift amount is a scalar we would be able
381     // to generate better code. Unfortunately, when this is the case the value
382     // (the splat) will get hoisted out of the loop, thereby making it invisible
383     // to ISel. The cost model must return worst case assumptions because it is
384     // used for vectorization and we don't want to make vectorized code worse
385     // than scalar code.
386     { ISD::SHL,  MVT::v16i8,  30 }, // cmpeqb sequence.
387     { ISD::SHL,  MVT::v8i16,  8*10 }, // Scalarized.
388     { ISD::SHL,  MVT::v4i32,  2*5 }, // We optimized this using mul.
389     { ISD::SHL,  MVT::v2i64,  2*10 }, // Scalarized.
390     { ISD::SHL,  MVT::v4i64,  4*10 }, // Scalarized. 
391
392     { ISD::SRL,  MVT::v16i8,  16*10 }, // Scalarized.
393     { ISD::SRL,  MVT::v8i16,  8*10 }, // Scalarized.
394     { ISD::SRL,  MVT::v4i32,  4*10 }, // Scalarized.
395     { ISD::SRL,  MVT::v2i64,  2*10 }, // Scalarized.
396
397     { ISD::SRA,  MVT::v16i8,  16*10 }, // Scalarized.
398     { ISD::SRA,  MVT::v8i16,  8*10 }, // Scalarized.
399     { ISD::SRA,  MVT::v4i32,  4*10 }, // Scalarized.
400     { ISD::SRA,  MVT::v2i64,  2*10 }, // Scalarized.
401
402     // It is not a good idea to vectorize division. We have to scalarize it and
403     // in the process we will often end up having to spilling regular
404     // registers. The overhead of division is going to dominate most kernels
405     // anyways so try hard to prevent vectorization of division - it is
406     // generally a bad idea. Assume somewhat arbitrarily that we have to be able
407     // to hide "20 cycles" for each lane.
408     { ISD::SDIV,  MVT::v16i8,  16*20 },
409     { ISD::SDIV,  MVT::v8i16,  8*20 },
410     { ISD::SDIV,  MVT::v4i32,  4*20 },
411     { ISD::SDIV,  MVT::v2i64,  2*20 },
412     { ISD::UDIV,  MVT::v16i8,  16*20 },
413     { ISD::UDIV,  MVT::v8i16,  8*20 },
414     { ISD::UDIV,  MVT::v4i32,  4*20 },
415     { ISD::UDIV,  MVT::v2i64,  2*20 },
416   };
417
418   if (ST->hasSSE2()) {
419     int Idx = CostTableLookup(SSE2CostTable, ISD, LT.second);
420     if (Idx != -1)
421       return LT.first * SSE2CostTable[Idx].Cost;
422   }
423
424   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> AVX1CostTable[] = {
425     // We don't have to scalarize unsupported ops. We can issue two half-sized
426     // operations and we only need to extract the upper YMM half.
427     // Two ops + 1 extract + 1 insert = 4.
428     { ISD::MUL,     MVT::v16i16,   4 },
429     { ISD::MUL,     MVT::v8i32,    4 },
430     { ISD::SUB,     MVT::v8i32,    4 },
431     { ISD::ADD,     MVT::v8i32,    4 },
432     { ISD::SUB,     MVT::v4i64,    4 },
433     { ISD::ADD,     MVT::v4i64,    4 },
434     // A v4i64 multiply is custom lowered as two split v2i64 vectors that then
435     // are lowered as a series of long multiplies(3), shifts(4) and adds(2)
436     // Because we believe v4i64 to be a legal type, we must also include the
437     // split factor of two in the cost table. Therefore, the cost here is 18
438     // instead of 9.
439     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    18 },
440   };
441
442   // Look for AVX1 lowering tricks.
443   if (ST->hasAVX() && !ST->hasAVX2()) {
444     EVT VT = LT.second;
445
446     // v16i16 and v8i32 shifts by non-uniform constants are lowered into a
447     // sequence of extract + two vector multiply + insert.
448     if (ISD == ISD::SHL && (VT == MVT::v8i32 || VT == MVT::v16i16) &&
449         Op2Info == TargetTransformInfo::OK_NonUniformConstantValue)
450       ISD = ISD::MUL;
451
452     int Idx = CostTableLookup(AVX1CostTable, ISD, VT);
453     if (Idx != -1)
454       return LT.first * AVX1CostTable[Idx].Cost;
455   }
456
457   // Custom lowering of vectors.
458   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> CustomLowered[] = {
459     // A v2i64/v4i64 and multiply is custom lowered as a series of long
460     // multiplies(3), shifts(4) and adds(2).
461     { ISD::MUL,     MVT::v2i64,    9 },
462     { ISD::MUL,     MVT::v4i64,    9 },
463   };
464   int Idx = CostTableLookup(CustomLowered, ISD, LT.second);
465   if (Idx != -1)
466     return LT.first * CustomLowered[Idx].Cost;
467
468   // Special lowering of v4i32 mul on sse2, sse3: Lower v4i32 mul as 2x shuffle,
469   // 2x pmuludq, 2x shuffle.
470   if (ISD == ISD::MUL && LT.second == MVT::v4i32 && ST->hasSSE2() &&
471       !ST->hasSSE41())
472     return LT.first * 6;
473
474   // Fallback to the default implementation.
475   return TargetTransformInfo::getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty, Op1Info,
476                                                      Op2Info);
477 }
478
479 unsigned X86TTI::getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
480                                 Type *SubTp) const {
481   // We only estimate the cost of reverse shuffles.
482   if (Kind != SK_Reverse)
483     return TargetTransformInfo::getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
484
485   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Tp);
486   unsigned Cost = 1;
487   if (LT.second.getSizeInBits() > 128)
488     Cost = 3; // Extract + insert + copy.
489
490   // Multiple by the number of parts.
491   return Cost * LT.first;
492 }
493
494 unsigned X86TTI::getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const {
495   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
496   assert(ISD && "Invalid opcode");
497
498   std::pair<unsigned, MVT> LTSrc = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
499   std::pair<unsigned, MVT> LTDest = TLI->getTypeLegalizationCost(Dst);
500
501   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT::SimpleValueType>
502   SSE2ConvTbl[] = {
503     // These are somewhat magic numbers justified by looking at the output of
504     // Intel's IACA, running some kernels and making sure when we take
505     // legalization into account the throughput will be overestimated.
506     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i64, 2*10 },
507     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v4i32, 4*10 },
508     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v8i16, 8*10 },
509     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v16i8, 16*10 },
510     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v2i64, 2*10 },
511     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v4i32, 4*10 },
512     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v8i16, 8*10 },
513     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v2f64, MVT::v16i8, 16*10 },
514     // There are faster sequences for float conversions.
515     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v2i64, 15 },
516     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i32, 15 },
517     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v8i16, 15 },
518     { ISD::UINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v16i8, 8 },
519     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v2i64, 15 },
520     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v4i32, 15 },
521     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v8i16, 15 },
522     { ISD::SINT_TO_FP, MVT::v4f32, MVT::v16i8, 8 },
523   };
524
525   if (ST->hasSSE2() && !ST->hasAVX()) {
526     int Idx =
527         ConvertCostTableLookup(SSE2ConvTbl, ISD, LTDest.second, LTSrc.second);
528     if (Idx != -1)
529       return LTSrc.first * SSE2ConvTbl[Idx].Cost;
530   }
531
532   EVT SrcTy = TLI->getValueType(Src);
533   EVT DstTy = TLI->getValueType(Dst);
534
535   // The function getSimpleVT only handles simple value types.
536   if (!SrcTy.isSimple() || !DstTy.isSimple())
537     return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
538
539   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT::SimpleValueType>
540   AVX2ConversionTbl[] = {
541     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v16i16, MVT::v16i8,  1 },
542     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v16i16, MVT::v16i8,  1 },
543     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i1,   3 },
544     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i1,   3 },
545     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i8,   3 },
546     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i8,   3 },
547     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i16,  1 },
548     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i16,  1 },
549     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i1,   3 },
550     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i1,   3 },
551     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i8,   3 },
552     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i8,   3 },
553     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i16,  3 },
554     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i16,  3 },
555     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i32,  1 },
556     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i32,  1 },
557
558     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i8,   MVT::v4i64,  2 },
559     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i16,  MVT::v4i64,  2 },
560     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i32,  MVT::v4i64,  2 },
561     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i8,   MVT::v8i32,  2 },
562     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i16,  MVT::v8i32,  2 },
563     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i32,  MVT::v8i64,  4 },
564   };
565
566   static const TypeConversionCostTblEntry<MVT::SimpleValueType>
567   AVXConversionTbl[] = {
568     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v16i16, MVT::v16i8, 4 },
569     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v16i16, MVT::v16i8, 4 },
570     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i1,  7 },
571     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i1,  4 },
572     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i8,  7 },
573     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i8,  4 },
574     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i16, 4 },
575     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v8i32,  MVT::v8i16, 4 },
576     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i1,  6 },
577     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i1,  4 },
578     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i8,  6 },
579     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i8,  4 },
580     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i16, 6 },
581     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i16, 3 },
582     { ISD::SIGN_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i32, 4 },
583     { ISD::ZERO_EXTEND, MVT::v4i64,  MVT::v4i32, 4 },
584
585     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i8,  MVT::v4i64,  4 },
586     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i16, MVT::v4i64,  4 },
587     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v4i32, MVT::v4i64,  4 },
588     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i8,  MVT::v8i32,  4 },
589     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i16, MVT::v8i32,  5 },
590     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v16i8, MVT::v16i16, 4 },
591     { ISD::TRUNCATE,    MVT::v8i32, MVT::v8i64,  9 },
592
593     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i1,  8 },
594     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  8 },
595     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 5 },
596     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 1 },
597     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1,  3 },
598     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  3 },
599     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 3 },
600     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 1 },
601     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i1,  3 },
602     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i8,  3 },
603     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i16, 3 },
604     { ISD::SINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i32, 1 },
605
606     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i1,  6 },
607     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i8,  5 },
608     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i16, 5 },
609     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v8f32, MVT::v8i32, 9 },
610     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i1,  7 },
611     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i8,  2 },
612     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i16, 2 },
613     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f32, MVT::v4i32, 6 },
614     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i1,  7 },
615     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i8,  2 },
616     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i16, 2 },
617     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i32, 6 },
618     // The generic code to compute the scalar overhead is currently broken.
619     // Workaround this limitation by estimating the scalarization overhead
620     // here. We have roughly 10 instructions per scalar element.
621     // Multiply that by the vector width.
622     // FIXME: remove that when PR19268 is fixed.
623     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v2f64, MVT::v2i64, 2*10 },
624     { ISD::UINT_TO_FP,  MVT::v4f64, MVT::v4i64, 4*10 },
625
626     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v8i8,  MVT::v8f32, 7 },
627     { ISD::FP_TO_SINT,  MVT::v4i8,  MVT::v4f32, 1 },
628     // This node is expanded into scalarized operations but BasicTTI is overly
629     // optimistic estimating its cost.  It computes 3 per element (one
630     // vector-extract, one scalar conversion and one vector-insert).  The
631     // problem is that the inserts form a read-modify-write chain so latency
632     // should be factored in too.  Inflating the cost per element by 1.
633     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v8i32, MVT::v8f32, 8*4 },
634     { ISD::FP_TO_UINT,  MVT::v4i32, MVT::v4f64, 4*4 },
635   };
636
637   if (ST->hasAVX2()) {
638     int Idx = ConvertCostTableLookup(AVX2ConversionTbl, ISD,
639                                      DstTy.getSimpleVT(), SrcTy.getSimpleVT());
640     if (Idx != -1)
641       return AVX2ConversionTbl[Idx].Cost;
642   }
643
644   if (ST->hasAVX()) {
645     int Idx = ConvertCostTableLookup(AVXConversionTbl, ISD, DstTy.getSimpleVT(),
646                                      SrcTy.getSimpleVT());
647     if (Idx != -1)
648       return AVXConversionTbl[Idx].Cost;
649   }
650
651   return TargetTransformInfo::getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
652 }
653
654 unsigned X86TTI::getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
655                                     Type *CondTy) const {
656   // Legalize the type.
657   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
658
659   MVT MTy = LT.second;
660
661   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
662   assert(ISD && "Invalid opcode");
663
664   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> SSE42CostTbl[] = {
665     { ISD::SETCC,   MVT::v2f64,   1 },
666     { ISD::SETCC,   MVT::v4f32,   1 },
667     { ISD::SETCC,   MVT::v2i64,   1 },
668     { ISD::SETCC,   MVT::v4i32,   1 },
669     { ISD::SETCC,   MVT::v8i16,   1 },
670     { ISD::SETCC,   MVT::v16i8,   1 },
671   };
672
673   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> AVX1CostTbl[] = {
674     { ISD::SETCC,   MVT::v4f64,   1 },
675     { ISD::SETCC,   MVT::v8f32,   1 },
676     // AVX1 does not support 8-wide integer compare.
677     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   4 },
678     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   4 },
679     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  4 },
680     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   4 },
681   };
682
683   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> AVX2CostTbl[] = {
684     { ISD::SETCC,   MVT::v4i64,   1 },
685     { ISD::SETCC,   MVT::v8i32,   1 },
686     { ISD::SETCC,   MVT::v16i16,  1 },
687     { ISD::SETCC,   MVT::v32i8,   1 },
688   };
689
690   if (ST->hasAVX2()) {
691     int Idx = CostTableLookup(AVX2CostTbl, ISD, MTy);
692     if (Idx != -1)
693       return LT.first * AVX2CostTbl[Idx].Cost;
694   }
695
696   if (ST->hasAVX()) {
697     int Idx = CostTableLookup(AVX1CostTbl, ISD, MTy);
698     if (Idx != -1)
699       return LT.first * AVX1CostTbl[Idx].Cost;
700   }
701
702   if (ST->hasSSE42()) {
703     int Idx = CostTableLookup(SSE42CostTbl, ISD, MTy);
704     if (Idx != -1)
705       return LT.first * SSE42CostTbl[Idx].Cost;
706   }
707
708   return TargetTransformInfo::getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
709 }
710
711 unsigned X86TTI::getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
712                                     unsigned Index) const {
713   assert(Val->isVectorTy() && "This must be a vector type");
714
715   if (Index != -1U) {
716     // Legalize the type.
717     std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Val);
718
719     // This type is legalized to a scalar type.
720     if (!LT.second.isVector())
721       return 0;
722
723     // The type may be split. Normalize the index to the new type.
724     unsigned Width = LT.second.getVectorNumElements();
725     Index = Index % Width;
726
727     // Floating point scalars are already located in index #0.
728     if (Val->getScalarType()->isFloatingPointTy() && Index == 0)
729       return 0;
730   }
731
732   return TargetTransformInfo::getVectorInstrCost(Opcode, Val, Index);
733 }
734
735 unsigned X86TTI::getScalarizationOverhead(Type *Ty, bool Insert,
736                                             bool Extract) const {
737   assert (Ty->isVectorTy() && "Can only scalarize vectors");
738   unsigned Cost = 0;
739
740   for (int i = 0, e = Ty->getVectorNumElements(); i < e; ++i) {
741     if (Insert)
742       Cost += TopTTI->getVectorInstrCost(Instruction::InsertElement, Ty, i);
743     if (Extract)
744       Cost += TopTTI->getVectorInstrCost(Instruction::ExtractElement, Ty, i);
745   }
746
747   return Cost;
748 }
749
750 unsigned X86TTI::getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
751                                  unsigned AddressSpace) const {
752   // Handle non-power-of-two vectors such as <3 x float>
753   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(Src)) {
754     unsigned NumElem = VTy->getVectorNumElements();
755
756     // Handle a few common cases:
757     // <3 x float>
758     if (NumElem == 3 && VTy->getScalarSizeInBits() == 32)
759       // Cost = 64 bit store + extract + 32 bit store.
760       return 3;
761
762     // <3 x double>
763     if (NumElem == 3 && VTy->getScalarSizeInBits() == 64)
764       // Cost = 128 bit store + unpack + 64 bit store.
765       return 3;
766
767     // Assume that all other non-power-of-two numbers are scalarized.
768     if (!isPowerOf2_32(NumElem)) {
769       unsigned Cost = TargetTransformInfo::getMemoryOpCost(Opcode,
770                                                            VTy->getScalarType(),
771                                                            Alignment,
772                                                            AddressSpace);
773       unsigned SplitCost = getScalarizationOverhead(Src,
774                                                     Opcode == Instruction::Load,
775                                                     Opcode==Instruction::Store);
776       return NumElem * Cost + SplitCost;
777     }
778   }
779
780   // Legalize the type.
781   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(Src);
782   assert((Opcode == Instruction::Load || Opcode == Instruction::Store) &&
783          "Invalid Opcode");
784
785   // Each load/store unit costs 1.
786   unsigned Cost = LT.first * 1;
787
788   // On Sandybridge 256bit load/stores are double pumped
789   // (but not on Haswell).
790   if (LT.second.getSizeInBits() > 128 && !ST->hasAVX2())
791     Cost*=2;
792
793   return Cost;
794 }
795
796 unsigned X86TTI::getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) const {
797   // Address computations in vectorized code with non-consecutive addresses will
798   // likely result in more instructions compared to scalar code where the
799   // computation can more often be merged into the index mode. The resulting
800   // extra micro-ops can significantly decrease throughput.
801   unsigned NumVectorInstToHideOverhead = 10;
802
803   if (Ty->isVectorTy() && IsComplex)
804     return NumVectorInstToHideOverhead;
805
806   return TargetTransformInfo::getAddressComputationCost(Ty, IsComplex);
807 }
808
809 unsigned X86TTI::getReductionCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
810                                   bool IsPairwise) const {
811   
812   std::pair<unsigned, MVT> LT = TLI->getTypeLegalizationCost(ValTy);
813   
814   MVT MTy = LT.second;
815   
816   int ISD = TLI->InstructionOpcodeToISD(Opcode);
817   assert(ISD && "Invalid opcode");
818  
819   // We use the Intel Architecture Code Analyzer(IACA) to measure the throughput 
820   // and make it as the cost. 
821  
822   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> SSE42CostTblPairWise[] = {
823     { ISD::FADD,  MVT::v2f64,   2 },
824     { ISD::FADD,  MVT::v4f32,   4 },
825     { ISD::ADD,   MVT::v2i64,   2 },      // The data reported by the IACA tool is "1.6".
826     { ISD::ADD,   MVT::v4i32,   3 },      // The data reported by the IACA tool is "3.5".
827     { ISD::ADD,   MVT::v8i16,   5 },
828   };
829  
830   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> AVX1CostTblPairWise[] = {
831     { ISD::FADD,  MVT::v4f32,   4 },
832     { ISD::FADD,  MVT::v4f64,   5 },
833     { ISD::FADD,  MVT::v8f32,   7 },
834     { ISD::ADD,   MVT::v2i64,   1 },      // The data reported by the IACA tool is "1.5".
835     { ISD::ADD,   MVT::v4i32,   3 },      // The data reported by the IACA tool is "3.5".
836     { ISD::ADD,   MVT::v4i64,   5 },      // The data reported by the IACA tool is "4.8".
837     { ISD::ADD,   MVT::v8i16,   5 },
838     { ISD::ADD,   MVT::v8i32,   5 },
839   };
840
841   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> SSE42CostTblNoPairWise[] = {
842     { ISD::FADD,  MVT::v2f64,   2 },
843     { ISD::FADD,  MVT::v4f32,   4 },
844     { ISD::ADD,   MVT::v2i64,   2 },      // The data reported by the IACA tool is "1.6".
845     { ISD::ADD,   MVT::v4i32,   3 },      // The data reported by the IACA tool is "3.3".
846     { ISD::ADD,   MVT::v8i16,   4 },      // The data reported by the IACA tool is "4.3".
847   };
848   
849   static const CostTblEntry<MVT::SimpleValueType> AVX1CostTblNoPairWise[] = {
850     { ISD::FADD,  MVT::v4f32,   3 },
851     { ISD::FADD,  MVT::v4f64,   3 },
852     { ISD::FADD,  MVT::v8f32,   4 },
853     { ISD::ADD,   MVT::v2i64,   1 },      // The data reported by the IACA tool is "1.5".
854     { ISD::ADD,   MVT::v4i32,   3 },      // The data reported by the IACA tool is "2.8".
855     { ISD::ADD,   MVT::v4i64,   3 },
856     { ISD::ADD,   MVT::v8i16,   4 },
857     { ISD::ADD,   MVT::v8i32,   5 },
858   };
859   
860   if (IsPairwise) {
861     if (ST->hasAVX()) {
862       int Idx = CostTableLookup(AVX1CostTblPairWise, ISD, MTy);
863       if (Idx != -1)
864         return LT.first * AVX1CostTblPairWise[Idx].Cost;
865     }
866   
867     if (ST->hasSSE42()) {
868       int Idx = CostTableLookup(SSE42CostTblPairWise, ISD, MTy);
869       if (Idx != -1)
870         return LT.first * SSE42CostTblPairWise[Idx].Cost;
871     }
872   } else {
873     if (ST->hasAVX()) {
874       int Idx = CostTableLookup(AVX1CostTblNoPairWise, ISD, MTy);
875       if (Idx != -1)
876         return LT.first * AVX1CostTblNoPairWise[Idx].Cost;
877     }
878     
879     if (ST->hasSSE42()) {
880       int Idx = CostTableLookup(SSE42CostTblNoPairWise, ISD, MTy);
881       if (Idx != -1)
882         return LT.first * SSE42CostTblNoPairWise[Idx].Cost;
883     }
884   }
885
886   return TargetTransformInfo::getReductionCost(Opcode, ValTy, IsPairwise);
887 }
888
889 unsigned X86TTI::getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const {
890   assert(Ty->isIntegerTy());
891
892   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
893   if (BitSize == 0)
894     return ~0U;
895
896   if (Imm == 0)
897     return TCC_Free;
898
899   if (Imm.getBitWidth() <= 64 &&
900       (isInt<32>(Imm.getSExtValue()) || isUInt<32>(Imm.getZExtValue())))
901     return TCC_Basic;
902   else
903     return 2 * TCC_Basic;
904 }
905
906 unsigned X86TTI::getIntImmCost(unsigned Opcode, unsigned Idx, const APInt &Imm,
907                                Type *Ty) const {
908   assert(Ty->isIntegerTy());
909
910   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
911   if (BitSize == 0)
912     return ~0U;
913
914   unsigned ImmIdx = ~0U;
915   switch (Opcode) {
916   default: return TCC_Free;
917   case Instruction::GetElementPtr:
918     if (Idx == 0)
919       return 2 * TCC_Basic;
920     return TCC_Free;
921   case Instruction::Store:
922     ImmIdx = 0;
923     break;
924   case Instruction::Add:
925   case Instruction::Sub:
926   case Instruction::Mul:
927   case Instruction::UDiv:
928   case Instruction::SDiv:
929   case Instruction::URem:
930   case Instruction::SRem:
931   case Instruction::Shl:
932   case Instruction::LShr:
933   case Instruction::AShr:
934   case Instruction::And:
935   case Instruction::Or:
936   case Instruction::Xor:
937   case Instruction::ICmp:
938     ImmIdx = 1;
939     break;
940   case Instruction::Trunc:
941   case Instruction::ZExt:
942   case Instruction::SExt:
943   case Instruction::IntToPtr:
944   case Instruction::PtrToInt:
945   case Instruction::BitCast:
946   case Instruction::PHI:
947   case Instruction::Call:
948   case Instruction::Select:
949   case Instruction::Ret:
950   case Instruction::Load:
951     break;
952   }
953
954   if ((Idx == ImmIdx) &&
955       Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<32>(Imm.getSExtValue()))
956     return TCC_Free;
957
958   return X86TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
959 }
960
961 unsigned X86TTI::getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx,
962                                const APInt &Imm, Type *Ty) const {
963   assert(Ty->isIntegerTy());
964
965   unsigned BitSize = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
966   if (BitSize == 0)
967     return ~0U;
968
969   switch (IID) {
970   default: return TCC_Free;
971   case Intrinsic::sadd_with_overflow:
972   case Intrinsic::uadd_with_overflow:
973   case Intrinsic::ssub_with_overflow:
974   case Intrinsic::usub_with_overflow:
975   case Intrinsic::smul_with_overflow:
976   case Intrinsic::umul_with_overflow:
977     if ((Idx == 1) && Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<32>(Imm.getSExtValue()))
978       return TCC_Free;
979     break;
980   case Intrinsic::experimental_stackmap:
981     if ((Idx < 2) || (Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<64>(Imm.getSExtValue())))
982       return TCC_Free;
983     break;
984   case Intrinsic::experimental_patchpoint_void:
985   case Intrinsic::experimental_patchpoint_i64:
986     if ((Idx < 4) || (Imm.getBitWidth() <= 64 && isInt<64>(Imm.getSExtValue())))
987       return TCC_Free;
988     break;
989   }
990   return X86TTI::getIntImmCost(Imm, Ty);
991 }