<div dir="ltr"><div class="gmail_quote"><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">Date: Wed, 28 Apr 2021 18:56:32 -0400<br>
From: William Moses via llvm-dev <<a href="mailto:llvm-dev@lists.llvm.org" target="_blank">llvm-dev@lists.llvm.org</a>><br>
To: Artem Belevich <<a href="mailto:tra@google.com" target="_blank">tra@google.com</a>><br>...<br>
<br>
Hi all,<br>
<br>
Reviving this thread as Johannes and I recently had some time to take a<br>
look and do some additional design work. We'd love any thoughts on the<br>
following proposal.<br></blockquote><div><br></div><div>Keenly interested in this. Simplification (subjective) of the metadata proposal at the end. Some extra background info first though as GPU libm is a really interesting design space. When I did the bring up for a different architecture ~3 years ago, iirc I found the complete set:</div><div><div>- clang lowering libm (named functions) to intrinsics</div><div>- clang lowering intrinsic to libm functions</div><div>- optimisation passes that transform libm and ignore intrinsics</div><div>- optimisation passes that transform intrinsics and ignore libm</div><div>- selectiondag represents some intrinsics as nodes</div><div>- strength reduction, e.g. cos(double) -> cosf(float) under fast-math</div><div><br></div><div>I then wrote some more IR passes related to opencl-style vectorisation and some combines to fill in the gaps (which have not reached upstream). So my knowledge here is out of date but clang/llvm wasn't a totally consistent lowering framework back then.</div><div><br></div><div>Cuda ships an IR library containing functions similar to libm. ROCm does something similar, also IR. We do an impedance matching scheme in inline headers which blocks various optimisations and poses some challenges for fortran.</div></div><div><br></div><div> *Background:*</div><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">...<br>While in theory we could define the lowering of these intrinsics to be a<br>
table which looks up the correct __nv_sqrt, this would require the<br>
definition of all such functions to remain or otherwise be available. As<br>
it's undesirable for the LLVM backend to be aware of CUDA paths, etc, this<br>
means that the original definitions brought in by merging libdevice.bc must<br>
be maintained. Currently these are deleted if they are unused (as libdevice<br>
has them marked as internal).<br></blockquote><div><br></div><div>The deleting is it's own hazard in the context of fast-math, as the function can be deleted, and then later an optimisation creates a reference to it, which doesn't link. It also prevents the backend from (safely) assuming the functions are available, which is moderately annoying for lowering some SDag ISD nodes.</div><div><br></div><div> 2) GPU math functions aren't able to be optimized, unlike standard math</div><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">
functions.<br></blockquote><div><br></div><div>This one is bad.</div><div><br></div><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">*Design Constraints:*<br>
<br>
To remedy the problems described above we need a design that meets the<br>
following:<br>
* Does not require modifying libdevice.bc or other code shipped by a<br>
vendor-specific installation<br>
* Allows llvm math intrinsics to be lowered to device-specific code<br>
* Keeps definitions of code used to implement intrinsics until after all<br>
potential relevant intrinsics (including those created by LLVM passes) have<br>
been lowered.<br></blockquote><div><br></div><div>Yep, constraints sound right. Back ends can emit calls to these functions too, but I think nvptx/amdgcn do not. Perhaps they would like to be able to in places.</div><div><br></div><div> *Initial Design:*</div><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0px 0px 0px 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex"><br>
... metadata / aliases ...<br></blockquote><div><br></div><div>Design would work, lets us continue with the header files we have now. Avoids some tedious programming, i.e. if we approached this as the usual back end lowering, where intrinsics / isd nodes are emitted as named function calls. That can be mostly driven by a table lookup as the function arity is limited. It is (i.e. was) quite tedious programming that in ISel. Doing basically the same thing for SDag + GIsel / ptx + gcn, with associated tests, is also unappealing.</div><div><br></div><div>The set of functions near libm is small and known. We would need to mark 'sin' as 'implemented by' slightly different functions for nvptx and amdgcn, and some of them need thin wrapper code (e.g. modf in amdgcn takes an argument by pointer). It would be helpful for the fortran runtime libraries effort if the implementation didn't use inline code in headers.</div><div><br></div><div>There's very close to a 1:1 mapping between the two gpu libraries, even some extensions to libm exist in both. Therefore we could write a table,</div><div>{llvm.sin.f64, "sin", __nv_sin, __ocml_sin},</div><div>with NULL or similar for functions that aren't available.</div><div><br></div><div>A function level IR pass, called late in the pipeline, crawls the call instructions and rewrites based on simple rules and that table. That is, would rewrite a call to llvm.sin.f64 to a call to __ocml_sin. Exactly the same net effect as a header file containing metadata annotations, except we don't need the metadata machinery and we can use a single trivial IR pass for N architectures (by adding a column). Pass can do the odd ugly thing like impedance match function type easily enough.</div><div><br></div><div>The other side of the problem - that functions once introduced have to hang around until we are sure they aren't needed - is the same as in your proposal. My preference would be to introduce the libdevice functions immediately after the lowering pass above, but we can inject it early and tag them to avoid erasure instead. Kind of need that to handle the cos->cosf transform anyway.</div><div><br></div><div>Quite similar to the 'in theory ... table' suggestion, which I like because I remember it being far simpler than the sdag rewrite rules.</div><div><br></div><div>Thanks!</div><div><br></div><div>Jon</div></div></div>