2018-03-08 Richard Biener <rguenther@suse.de>
[official-gcc.git] / libgfortran / m4 / matmul_internal.m4
blobe20f9224b61c17fa0a01d95de89159487715552d
1 `void
2 'matmul_name` ('rtype` * const restrict retarray, 
3         'rtype` * const restrict a, 'rtype` * const restrict b, int try_blas,
4         int blas_limit, blas_call gemm)
6   const 'rtype_name` * restrict abase;
7   const 'rtype_name` * restrict bbase;
8   'rtype_name` * restrict dest;
10   index_type rxstride, rystride, axstride, aystride, bxstride, bystride;
11   index_type x, y, n, count, xcount, ycount;
13   assert (GFC_DESCRIPTOR_RANK (a) == 2
14           || GFC_DESCRIPTOR_RANK (b) == 2);
16 /* C[xcount,ycount] = A[xcount, count] * B[count,ycount]
18    Either A or B (but not both) can be rank 1:
20    o One-dimensional argument A is implicitly treated as a row matrix
21      dimensioned [1,count], so xcount=1.
23    o One-dimensional argument B is implicitly treated as a column matrix
24      dimensioned [count, 1], so ycount=1.
27   if (retarray->base_addr == NULL)
28     {
29       if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (a) == 1)
30         {
31           GFC_DIMENSION_SET(retarray->dim[0], 0,
32                             GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,1) - 1, 1);
33         }
34       else if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (b) == 1)
35         {
36           GFC_DIMENSION_SET(retarray->dim[0], 0,
37                             GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,0) - 1, 1);
38         }
39       else
40         {
41           GFC_DIMENSION_SET(retarray->dim[0], 0,
42                             GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,0) - 1, 1);
44           GFC_DIMENSION_SET(retarray->dim[1], 0,
45                             GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,1) - 1,
46                             GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(retarray,0));
47         }
49       retarray->base_addr
50         = xmallocarray (size0 ((array_t *) retarray), sizeof ('rtype_name`));
51       retarray->offset = 0;
52     }
53   else if (unlikely (compile_options.bounds_check))
54     {
55       index_type ret_extent, arg_extent;
57       if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (a) == 1)
58         {
59           arg_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,1);
60           ret_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(retarray,0);
61           if (arg_extent != ret_extent)
62             runtime_error ("Incorrect extent in return array in"
63                            " MATMUL intrinsic: is %ld, should be %ld",
64                            (long int) ret_extent, (long int) arg_extent);
65         }
66       else if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (b) == 1)
67         {
68           arg_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,0);
69           ret_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(retarray,0);
70           if (arg_extent != ret_extent)
71             runtime_error ("Incorrect extent in return array in"
72                            " MATMUL intrinsic: is %ld, should be %ld",
73                            (long int) ret_extent, (long int) arg_extent);
74         }
75       else
76         {
77           arg_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,0);
78           ret_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(retarray,0);
79           if (arg_extent != ret_extent)
80             runtime_error ("Incorrect extent in return array in"
81                            " MATMUL intrinsic for dimension 1:"
82                            " is %ld, should be %ld",
83                            (long int) ret_extent, (long int) arg_extent);
85           arg_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,1);
86           ret_extent = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(retarray,1);
87           if (arg_extent != ret_extent)
88             runtime_error ("Incorrect extent in return array in"
89                            " MATMUL intrinsic for dimension 2:"
90                            " is %ld, should be %ld",
91                            (long int) ret_extent, (long int) arg_extent);
92         }
93     }
95 sinclude(`matmul_asm_'rtype_code`.m4')dnl
97   if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (retarray) == 1)
98     {
99       /* One-dimensional result may be addressed in the code below
100          either as a row or a column matrix. We want both cases to
101          work. */
102       rxstride = rystride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(retarray,0);
103     }
104   else
105     {
106       rxstride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(retarray,0);
107       rystride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(retarray,1);
108     }
111   if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (a) == 1)
112     {
113       /* Treat it as a a row matrix A[1,count]. */
114       axstride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(a,0);
115       aystride = 1;
117       xcount = 1;
118       count = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,0);
119     }
120   else
121     {
122       axstride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(a,0);
123       aystride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(a,1);
125       count = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,1);
126       xcount = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(a,0);
127     }
129   if (count != GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,0))
130     {
131       if (count > 0 || GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,0) > 0)
132         runtime_error ("dimension of array B incorrect in MATMUL intrinsic");
133     }
135   if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (b) == 1)
136     {
137       /* Treat it as a column matrix B[count,1] */
138       bxstride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(b,0);
140       /* bystride should never be used for 1-dimensional b.
141          The value is only used for calculation of the
142          memory by the buffer.  */
143       bystride = 256;
144       ycount = 1;
145     }
146   else
147     {
148       bxstride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(b,0);
149       bystride = GFC_DESCRIPTOR_STRIDE(b,1);
150       ycount = GFC_DESCRIPTOR_EXTENT(b,1);
151     }
153   abase = a->base_addr;
154   bbase = b->base_addr;
155   dest = retarray->base_addr;
157   /* Now that everything is set up, we perform the multiplication
158      itself.  */
160 #define POW3(x) (((float) (x)) * ((float) (x)) * ((float) (x)))
161 #define min(a,b) ((a) <= (b) ? (a) : (b))
162 #define max(a,b) ((a) >= (b) ? (a) : (b))
164   if (try_blas && rxstride == 1 && (axstride == 1 || aystride == 1)
165       && (bxstride == 1 || bystride == 1)
166       && (((float) xcount) * ((float) ycount) * ((float) count)
167           > POW3(blas_limit)))
168     {
169       const int m = xcount, n = ycount, k = count, ldc = rystride;
170       const 'rtype_name` one = 1, zero = 0;
171       const int lda = (axstride == 1) ? aystride : axstride,
172                 ldb = (bxstride == 1) ? bystride : bxstride;
174       if (lda > 0 && ldb > 0 && ldc > 0 && m > 1 && n > 1 && k > 1)
175         {
176           assert (gemm != NULL);
177           gemm (axstride == 1 ? "N" : "T", bxstride == 1 ? "N" : "T", &m,
178                 &n, &k, &one, abase, &lda, bbase, &ldb, &zero, dest,
179                 &ldc, 1, 1);
180           return;
181         }
182     }
184   if (rxstride == 1 && axstride == 1 && bxstride == 1)
185     {
186       /* This block of code implements a tuned matmul, derived from
187          Superscalar GEMM-based level 3 BLAS,  Beta version 0.1
189                Bo Kagstrom and Per Ling
190                Department of Computing Science
191                Umea University
192                S-901 87 Umea, Sweden
194          from netlib.org, translated to C, and modified for matmul.m4.  */
196       const 'rtype_name` *a, *b;
197       'rtype_name` *c;
198       const index_type m = xcount, n = ycount, k = count;
200       /* System generated locals */
201       index_type a_dim1, a_offset, b_dim1, b_offset, c_dim1, c_offset,
202                  i1, i2, i3, i4, i5, i6;
204       /* Local variables */
205       'rtype_name` f11, f12, f21, f22, f31, f32, f41, f42,
206                  f13, f14, f23, f24, f33, f34, f43, f44;
207       index_type i, j, l, ii, jj, ll;
208       index_type isec, jsec, lsec, uisec, ujsec, ulsec;
209       'rtype_name` *t1;
211       a = abase;
212       b = bbase;
213       c = retarray->base_addr;
215       /* Parameter adjustments */
216       c_dim1 = rystride;
217       c_offset = 1 + c_dim1;
218       c -= c_offset;
219       a_dim1 = aystride;
220       a_offset = 1 + a_dim1;
221       a -= a_offset;
222       b_dim1 = bystride;
223       b_offset = 1 + b_dim1;
224       b -= b_offset;
226       /* Empty c first.  */
227       for (j=1; j<=n; j++)
228         for (i=1; i<=m; i++)
229           c[i + j * c_dim1] = ('rtype_name`)0;
231       /* Early exit if possible */
232       if (m == 0 || n == 0 || k == 0)
233         return;
235       /* Adjust size of t1 to what is needed.  */
236       index_type t1_dim;
237       t1_dim = (a_dim1-1) * 256 + b_dim1;
238       if (t1_dim > 65536)
239         t1_dim = 65536;
241       t1 = malloc (t1_dim * sizeof('rtype_name`));
243       /* Start turning the crank. */
244       i1 = n;
245       for (jj = 1; jj <= i1; jj += 512)
246         {
247           /* Computing MIN */
248           i2 = 512;
249           i3 = n - jj + 1;
250           jsec = min(i2,i3);
251           ujsec = jsec - jsec % 4;
252           i2 = k;
253           for (ll = 1; ll <= i2; ll += 256)
254             {
255               /* Computing MIN */
256               i3 = 256;
257               i4 = k - ll + 1;
258               lsec = min(i3,i4);
259               ulsec = lsec - lsec % 2;
261               i3 = m;
262               for (ii = 1; ii <= i3; ii += 256)
263                 {
264                   /* Computing MIN */
265                   i4 = 256;
266                   i5 = m - ii + 1;
267                   isec = min(i4,i5);
268                   uisec = isec - isec % 2;
269                   i4 = ll + ulsec - 1;
270                   for (l = ll; l <= i4; l += 2)
271                     {
272                       i5 = ii + uisec - 1;
273                       for (i = ii; i <= i5; i += 2)
274                         {
275                           t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) - 257] =
276                                         a[i + l * a_dim1];
277                           t1[l - ll + 2 + ((i - ii + 1) << 8) - 257] =
278                                         a[i + (l + 1) * a_dim1];
279                           t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 2) << 8) - 257] =
280                                         a[i + 1 + l * a_dim1];
281                           t1[l - ll + 2 + ((i - ii + 2) << 8) - 257] =
282                                         a[i + 1 + (l + 1) * a_dim1];
283                         }
284                       if (uisec < isec)
285                         {
286                           t1[l - ll + 1 + (isec << 8) - 257] =
287                                     a[ii + isec - 1 + l * a_dim1];
288                           t1[l - ll + 2 + (isec << 8) - 257] =
289                                     a[ii + isec - 1 + (l + 1) * a_dim1];
290                         }
291                     }
292                   if (ulsec < lsec)
293                     {
294                       i4 = ii + isec - 1;
295                       for (i = ii; i<= i4; ++i)
296                         {
297                           t1[lsec + ((i - ii + 1) << 8) - 257] =
298                                     a[i + (ll + lsec - 1) * a_dim1];
299                         }
300                     }
302                   uisec = isec - isec % 4;
303                   i4 = jj + ujsec - 1;
304                   for (j = jj; j <= i4; j += 4)
305                     {
306                       i5 = ii + uisec - 1;
307                       for (i = ii; i <= i5; i += 4)
308                         {
309                           f11 = c[i + j * c_dim1];
310                           f21 = c[i + 1 + j * c_dim1];
311                           f12 = c[i + (j + 1) * c_dim1];
312                           f22 = c[i + 1 + (j + 1) * c_dim1];
313                           f13 = c[i + (j + 2) * c_dim1];
314                           f23 = c[i + 1 + (j + 2) * c_dim1];
315                           f14 = c[i + (j + 3) * c_dim1];
316                           f24 = c[i + 1 + (j + 3) * c_dim1];
317                           f31 = c[i + 2 + j * c_dim1];
318                           f41 = c[i + 3 + j * c_dim1];
319                           f32 = c[i + 2 + (j + 1) * c_dim1];
320                           f42 = c[i + 3 + (j + 1) * c_dim1];
321                           f33 = c[i + 2 + (j + 2) * c_dim1];
322                           f43 = c[i + 3 + (j + 2) * c_dim1];
323                           f34 = c[i + 2 + (j + 3) * c_dim1];
324                           f44 = c[i + 3 + (j + 3) * c_dim1];
325                           i6 = ll + lsec - 1;
326                           for (l = ll; l <= i6; ++l)
327                             {
328                               f11 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) - 257]
329                                       * b[l + j * b_dim1];
330                               f21 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 2) << 8) - 257]
331                                       * b[l + j * b_dim1];
332                               f12 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) - 257]
333                                       * b[l + (j + 1) * b_dim1];
334                               f22 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 2) << 8) - 257]
335                                       * b[l + (j + 1) * b_dim1];
336                               f13 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) - 257]
337                                       * b[l + (j + 2) * b_dim1];
338                               f23 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 2) << 8) - 257]
339                                       * b[l + (j + 2) * b_dim1];
340                               f14 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) - 257]
341                                       * b[l + (j + 3) * b_dim1];
342                               f24 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 2) << 8) - 257]
343                                       * b[l + (j + 3) * b_dim1];
344                               f31 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 3) << 8) - 257]
345                                       * b[l + j * b_dim1];
346                               f41 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 4) << 8) - 257]
347                                       * b[l + j * b_dim1];
348                               f32 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 3) << 8) - 257]
349                                       * b[l + (j + 1) * b_dim1];
350                               f42 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 4) << 8) - 257]
351                                       * b[l + (j + 1) * b_dim1];
352                               f33 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 3) << 8) - 257]
353                                       * b[l + (j + 2) * b_dim1];
354                               f43 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 4) << 8) - 257]
355                                       * b[l + (j + 2) * b_dim1];
356                               f34 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 3) << 8) - 257]
357                                       * b[l + (j + 3) * b_dim1];
358                               f44 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 4) << 8) - 257]
359                                       * b[l + (j + 3) * b_dim1];
360                             }
361                           c[i + j * c_dim1] = f11;
362                           c[i + 1 + j * c_dim1] = f21;
363                           c[i + (j + 1) * c_dim1] = f12;
364                           c[i + 1 + (j + 1) * c_dim1] = f22;
365                           c[i + (j + 2) * c_dim1] = f13;
366                           c[i + 1 + (j + 2) * c_dim1] = f23;
367                           c[i + (j + 3) * c_dim1] = f14;
368                           c[i + 1 + (j + 3) * c_dim1] = f24;
369                           c[i + 2 + j * c_dim1] = f31;
370                           c[i + 3 + j * c_dim1] = f41;
371                           c[i + 2 + (j + 1) * c_dim1] = f32;
372                           c[i + 3 + (j + 1) * c_dim1] = f42;
373                           c[i + 2 + (j + 2) * c_dim1] = f33;
374                           c[i + 3 + (j + 2) * c_dim1] = f43;
375                           c[i + 2 + (j + 3) * c_dim1] = f34;
376                           c[i + 3 + (j + 3) * c_dim1] = f44;
377                         }
378                       if (uisec < isec)
379                         {
380                           i5 = ii + isec - 1;
381                           for (i = ii + uisec; i <= i5; ++i)
382                             {
383                               f11 = c[i + j * c_dim1];
384                               f12 = c[i + (j + 1) * c_dim1];
385                               f13 = c[i + (j + 2) * c_dim1];
386                               f14 = c[i + (j + 3) * c_dim1];
387                               i6 = ll + lsec - 1;
388                               for (l = ll; l <= i6; ++l)
389                                 {
390                                   f11 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) -
391                                           257] * b[l + j * b_dim1];
392                                   f12 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) -
393                                           257] * b[l + (j + 1) * b_dim1];
394                                   f13 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) -
395                                           257] * b[l + (j + 2) * b_dim1];
396                                   f14 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) -
397                                           257] * b[l + (j + 3) * b_dim1];
398                                 }
399                               c[i + j * c_dim1] = f11;
400                               c[i + (j + 1) * c_dim1] = f12;
401                               c[i + (j + 2) * c_dim1] = f13;
402                               c[i + (j + 3) * c_dim1] = f14;
403                             }
404                         }
405                     }
406                   if (ujsec < jsec)
407                     {
408                       i4 = jj + jsec - 1;
409                       for (j = jj + ujsec; j <= i4; ++j)
410                         {
411                           i5 = ii + uisec - 1;
412                           for (i = ii; i <= i5; i += 4)
413                             {
414                               f11 = c[i + j * c_dim1];
415                               f21 = c[i + 1 + j * c_dim1];
416                               f31 = c[i + 2 + j * c_dim1];
417                               f41 = c[i + 3 + j * c_dim1];
418                               i6 = ll + lsec - 1;
419                               for (l = ll; l <= i6; ++l)
420                                 {
421                                   f11 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) -
422                                           257] * b[l + j * b_dim1];
423                                   f21 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 2) << 8) -
424                                           257] * b[l + j * b_dim1];
425                                   f31 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 3) << 8) -
426                                           257] * b[l + j * b_dim1];
427                                   f41 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 4) << 8) -
428                                           257] * b[l + j * b_dim1];
429                                 }
430                               c[i + j * c_dim1] = f11;
431                               c[i + 1 + j * c_dim1] = f21;
432                               c[i + 2 + j * c_dim1] = f31;
433                               c[i + 3 + j * c_dim1] = f41;
434                             }
435                           i5 = ii + isec - 1;
436                           for (i = ii + uisec; i <= i5; ++i)
437                             {
438                               f11 = c[i + j * c_dim1];
439                               i6 = ll + lsec - 1;
440                               for (l = ll; l <= i6; ++l)
441                                 {
442                                   f11 += t1[l - ll + 1 + ((i - ii + 1) << 8) -
443                                           257] * b[l + j * b_dim1];
444                                 }
445                               c[i + j * c_dim1] = f11;
446                             }
447                         }
448                     }
449                 }
450             }
451         }
452       free(t1);
453       return;
454     }
455   else if (rxstride == 1 && aystride == 1 && bxstride == 1)
456     {
457       if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (a) != 1)
458         {
459           const 'rtype_name` *restrict abase_x;
460           const 'rtype_name` *restrict bbase_y;
461           'rtype_name` *restrict dest_y;
462           'rtype_name` s;
464           for (y = 0; y < ycount; y++)
465             {
466               bbase_y = &bbase[y*bystride];
467               dest_y = &dest[y*rystride];
468               for (x = 0; x < xcount; x++)
469                 {
470                   abase_x = &abase[x*axstride];
471                   s = ('rtype_name`) 0;
472                   for (n = 0; n < count; n++)
473                     s += abase_x[n] * bbase_y[n];
474                   dest_y[x] = s;
475                 }
476             }
477         }
478       else
479         {
480           const 'rtype_name` *restrict bbase_y;
481           'rtype_name` s;
483           for (y = 0; y < ycount; y++)
484             {
485               bbase_y = &bbase[y*bystride];
486               s = ('rtype_name`) 0;
487               for (n = 0; n < count; n++)
488                 s += abase[n*axstride] * bbase_y[n];
489               dest[y*rystride] = s;
490             }
491         }
492     }
493   else if (axstride < aystride)
494     {
495       for (y = 0; y < ycount; y++)
496         for (x = 0; x < xcount; x++)
497           dest[x*rxstride + y*rystride] = ('rtype_name`)0;
499       for (y = 0; y < ycount; y++)
500         for (n = 0; n < count; n++)
501           for (x = 0; x < xcount; x++)
502             /* dest[x,y] += a[x,n] * b[n,y] */
503             dest[x*rxstride + y*rystride] +=
504                                         abase[x*axstride + n*aystride] *
505                                         bbase[n*bxstride + y*bystride];
506     }
507   else if (GFC_DESCRIPTOR_RANK (a) == 1)
508     {
509       const 'rtype_name` *restrict bbase_y;
510       'rtype_name` s;
512       for (y = 0; y < ycount; y++)
513         {
514           bbase_y = &bbase[y*bystride];
515           s = ('rtype_name`) 0;
516           for (n = 0; n < count; n++)
517             s += abase[n*axstride] * bbase_y[n*bxstride];
518           dest[y*rxstride] = s;
519         }
520     }
521   else
522     {
523       const 'rtype_name` *restrict abase_x;
524       const 'rtype_name` *restrict bbase_y;
525       'rtype_name` *restrict dest_y;
526       'rtype_name` s;
528       for (y = 0; y < ycount; y++)
529         {
530           bbase_y = &bbase[y*bystride];
531           dest_y = &dest[y*rystride];
532           for (x = 0; x < xcount; x++)
533             {
534               abase_x = &abase[x*axstride];
535               s = ('rtype_name`) 0;
536               for (n = 0; n < count; n++)
537                 s += abase_x[n*aystride] * bbase_y[n*bxstride];
538               dest_y[x*rxstride] = s;
539             }
540         }
541     }
543 #undef POW3
544 #undef min
545 #undef max