llvm.maximum Intrinsics的实现

[12101111]

IEEE float 2019有一个函数叫maximum，LLVM里没有LoongArch的原生的实现，但是有一份通用的实现，和一份riscv的实现，那么哪一种实现更好呢?

https://llvm.org/docs/LangRef.html#llvm-min-intrinsics-comparation

llvm/llvm-project#64208

maximum：If one of the arguments is NaN, then NaN is returned. Otherwise this returns the greater of the two numbers. -0.0 is considered to be less than +0.0.

LLVM通用代码

Source: llvm/llvm-project@4a8f2f2

目前LLVM Intrinsics 在 LoongArch会生成如下指令

.LCPI0_0:
        .word   0x7fc00000                      # float NaN
func:                                   # @func
        pcalau12i       $a0, %pc_hi20(.LCPI0_0)
        fld.s   $fa2, $a0, %pc_lo12(.LCPI0_0)
        fcmp.cun.s      $fcc0, $fa0, $fa1
        fmax.s  $fa0, $fa0, $fa1
        fsel    $fa0, $fa0, $fa2, $fcc0
        ret

伪代码

const F32_NAN = 0x7fc00000;
let has_nan =  fa0.is_nan() || fa1.is_nan();
let fmax = max(fa0, fa1);
return has_nan? F32_NAN: fmax;

这个方法有两个缺陷

• 需要rodata存储NaN常量，需要读dcache/内存
• 返回的Nan不是输入的Nan，导致Payload丢失（虽然该Intrinsics丢失Payload是预期的行为）

但在这个Fallback提交之前，RISC-V有一个无需rodata的实现

RISC-V代码

Source: llvm/llvm-project@4942978

RISC-V的指令

func:                                   # @func
        feq.s   a0, fa0, fa0
        fmv.s   fa5, fa1
        beqz    a0, .LBB0_3
        feq.s   a0, fa1, fa1
        beqz    a0, .LBB0_4
.LBB0_2:                                # %start
        fmax.s  fa0, fa0, fa5
        ret
.LBB0_3:                                # %start
        fmv.s   fa5, fa0
        feq.s   a0, fa1, fa1
        bnez    a0, .LBB0_2
.LBB0_4:                                # %start
        fmax.s  fa0, fa1, fa5
        ret

LLVM IR表示

define float @func(float %x, float %y) {
start:
  %x_is_nan = fcmp uno float %x, %x
  %new_y = select i1 %x_is_nan, float %x, float %y
  %y_is_nan = fcmp uno float %y, %y
  %new_x = select i1 %y_is_nan, float %y, float %x
  %result = call float @llvm.maxnum.f32(float %new_x, float %new_y)
  ret float %result
}

declare float @llvm.maxnum.f32(float, float)

LoongArch指令

func:                                   # @func
	fcmp.cun.s	$fcc0, $fa0, $fa0
	fsel	$fa2, $fa1, $fa0, $fcc0
	fcmp.cun.s	$fcc0, $fa1, $fa1
	fsel	$fa0, $fa0, $fa1, $fcc0
	fmax.s	$fa1, $fa2, $fa2
	fmax.s	$fa0, $fa0, $fa0
	fmax.s	$fa0, $fa0, $fa1
	ret

为什么这里调用了三次fmax? 如果只需要调用一次，那么这个实现更短。即使要调用三次，这个实现也不需要rodata。

[xry111]

因为只调用一次的话如果输入中有一个 signaling nan 就会得到 nan，LLVM maxnum intrinsic 的语义不允许这样做。(C 的 fmax 的语义是允许的，但是 LLVM intrinsic 不是 C)。

当然对于 maximum 这个 intrinsic 来说输入中有一个 signaling nan 就得到 nan 是完全没问题的，这样就说明把它展开成 maxnum 并不是最好的做法。

即使调用三次，如果严格去抠指令手册的字眼也是不行的 (因为如果只是按手册来的话输入 -0.0 和 0.0 可能得到 -0.0，这对于 LLVM 和 C 都是不允许的)，但目前的实现已经假设指令手册没写的行为了，所以只能考虑修订手册：#86