fib: add AVX512 lookup
authorVladimir Medvedkin <vladimir.medvedkin@intel.com>
Tue, 27 Oct 2020 15:11:26 +0000 (15:11 +0000)
committerDavid Marchand <david.marchand@redhat.com>
Wed, 28 Oct 2020 20:29:11 +0000 (21:29 +0100)
Add new lookup implementation for DIR24_8 algorithm using
AVX512 instruction set

Signed-off-by: Vladimir Medvedkin <vladimir.medvedkin@intel.com>
Acked-by: Konstantin Ananyev <konstantin.ananyev@intel.com>
doc/guides/rel_notes/release_20_11.rst
lib/librte_fib/dir24_8.c
lib/librte_fib/dir24_8_avx512.c [new file with mode: 0644]
lib/librte_fib/dir24_8_avx512.h [new file with mode: 0644]
lib/librte_fib/meson.build
lib/librte_fib/rte_fib.c
lib/librte_fib/rte_fib.h

index dca8d41..bf0a1ce 100644 (file)
@@ -325,6 +325,10 @@ New Features
   * Added new ``RTE_ACL_CLASSIFY_AVX512X32`` vector implementation,
     which can process up to 32 flows in parallel. Requires AVX512 support.
 
+* **Added AVX512 lookup implementation for FIB.**
+
+  Added a AVX512 lookup functions implementation into FIB library.
+
 * **Added support to update subport bandwidth dynamically.**
 
    * Added new API ``rte_sched_port_subport_profile_add`` to add new
index 87400fc..bb3bc97 100644 (file)
 #include <rte_malloc.h>
 #include <rte_errno.h>
 #include <rte_memory.h>
+#include <rte_vect.h>
 
 #include <rte_rib.h>
 #include <rte_fib.h>
 #include "dir24_8.h"
 
+#ifdef CC_DIR24_8_AVX512_SUPPORT
+
+#include "dir24_8_avx512.h"
+
+#endif /* CC_DIR24_8_AVX512_SUPPORT */
+
 #define DIR24_8_NAMESIZE       64
 
 #define ROUNDUP(x, y)   RTE_ALIGN_CEIL(x, (1 << (32 - y)))
@@ -56,10 +63,37 @@ get_scalar_fn_inlined(enum rte_fib_dir24_8_nh_sz nh_sz)
        }
 }
 
+static inline rte_fib_lookup_fn_t
+get_vector_fn(enum rte_fib_dir24_8_nh_sz nh_sz)
+{
+#ifdef CC_DIR24_8_AVX512_SUPPORT
+       if ((rte_cpu_get_flag_enabled(RTE_CPUFLAG_AVX512F) <= 0) ||
+                       (rte_vect_get_max_simd_bitwidth() < RTE_VECT_SIMD_512))
+               return NULL;
+
+       switch (nh_sz) {
+       case RTE_FIB_DIR24_8_1B:
+               return rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_1b;
+       case RTE_FIB_DIR24_8_2B:
+               return rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_2b;
+       case RTE_FIB_DIR24_8_4B:
+               return rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_4b;
+       case RTE_FIB_DIR24_8_8B:
+               return rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_8b;
+       default:
+               return NULL;
+       }
+#else
+       RTE_SET_USED(nh_sz);
+#endif
+       return NULL;
+}
+
 rte_fib_lookup_fn_t
 dir24_8_get_lookup_fn(void *p, enum rte_fib_lookup_type type)
 {
        enum rte_fib_dir24_8_nh_sz nh_sz;
+       rte_fib_lookup_fn_t ret_fn;
        struct dir24_8_tbl *dp = p;
 
        if (dp == NULL)
@@ -74,6 +108,11 @@ dir24_8_get_lookup_fn(void *p, enum rte_fib_lookup_type type)
                return get_scalar_fn_inlined(nh_sz);
        case RTE_FIB_LOOKUP_DIR24_8_SCALAR_UNI:
                return dir24_8_lookup_bulk_uni;
+       case RTE_FIB_LOOKUP_DIR24_8_VECTOR_AVX512:
+               return get_vector_fn(nh_sz);
+       case RTE_FIB_LOOKUP_DEFAULT:
+               ret_fn = get_vector_fn(nh_sz);
+               return (ret_fn != NULL) ? ret_fn : get_scalar_fn(nh_sz);
        default:
                return NULL;
        }
diff --git a/lib/librte_fib/dir24_8_avx512.c b/lib/librte_fib/dir24_8_avx512.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..43dba28
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,165 @@
+/* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
+ * Copyright(c) 2020 Intel Corporation
+ */
+
+#include <rte_vect.h>
+#include <rte_fib.h>
+
+#include "dir24_8.h"
+#include "dir24_8_avx512.h"
+
+static __rte_always_inline void
+dir24_8_vec_lookup_x16(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, int size)
+{
+       struct dir24_8_tbl *dp = (struct dir24_8_tbl *)p;
+       __mmask16 msk_ext;
+       __mmask16 exp_msk = 0x5555;
+       __m512i ip_vec, idxes, res, bytes;
+       const __m512i zero = _mm512_set1_epi32(0);
+       const __m512i lsb = _mm512_set1_epi32(1);
+       const __m512i lsbyte_msk = _mm512_set1_epi32(0xff);
+       __m512i tmp1, tmp2, res_msk;
+       __m256i tmp256;
+       /* used to mask gather values if size is 1/2 (8/16 bit next hops) */
+       if (size == sizeof(uint8_t))
+               res_msk = _mm512_set1_epi32(UINT8_MAX);
+       else if (size == sizeof(uint16_t))
+               res_msk = _mm512_set1_epi32(UINT16_MAX);
+
+       ip_vec = _mm512_loadu_si512(ips);
+       /* mask 24 most significant bits */
+       idxes = _mm512_srli_epi32(ip_vec, 8);
+
+       /**
+        * lookup in tbl24
+        * Put it inside branch to make compiler happy with -O0
+        */
+       if (size == sizeof(uint8_t)) {
+               res = _mm512_i32gather_epi32(idxes, (const int *)dp->tbl24, 1);
+               res = _mm512_and_epi32(res, res_msk);
+       } else if (size == sizeof(uint16_t)) {
+               res = _mm512_i32gather_epi32(idxes, (const int *)dp->tbl24, 2);
+               res = _mm512_and_epi32(res, res_msk);
+       } else
+               res = _mm512_i32gather_epi32(idxes, (const int *)dp->tbl24, 4);
+
+       /* get extended entries indexes */
+       msk_ext = _mm512_test_epi32_mask(res, lsb);
+
+       if (msk_ext != 0) {
+               idxes = _mm512_srli_epi32(res, 1);
+               idxes = _mm512_slli_epi32(idxes, 8);
+               bytes = _mm512_and_epi32(ip_vec, lsbyte_msk);
+               idxes = _mm512_maskz_add_epi32(msk_ext, idxes, bytes);
+               if (size == sizeof(uint8_t)) {
+                       idxes = _mm512_mask_i32gather_epi32(zero, msk_ext,
+                               idxes, (const int *)dp->tbl8, 1);
+                       idxes = _mm512_and_epi32(idxes, res_msk);
+               } else if (size == sizeof(uint16_t)) {
+                       idxes = _mm512_mask_i32gather_epi32(zero, msk_ext,
+                               idxes, (const int *)dp->tbl8, 2);
+                       idxes = _mm512_and_epi32(idxes, res_msk);
+               } else
+                       idxes = _mm512_mask_i32gather_epi32(zero, msk_ext,
+                               idxes, (const int *)dp->tbl8, 4);
+
+               res = _mm512_mask_blend_epi32(msk_ext, res, idxes);
+       }
+
+       res = _mm512_srli_epi32(res, 1);
+       tmp1 = _mm512_maskz_expand_epi32(exp_msk, res);
+       tmp256 = _mm512_extracti32x8_epi32(res, 1);
+       tmp2 = _mm512_maskz_expand_epi32(exp_msk,
+               _mm512_castsi256_si512(tmp256));
+       _mm512_storeu_si512(next_hops, tmp1);
+       _mm512_storeu_si512(next_hops + 8, tmp2);
+}
+
+static __rte_always_inline void
+dir24_8_vec_lookup_x8_8b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops)
+{
+       struct dir24_8_tbl *dp = (struct dir24_8_tbl *)p;
+       const __m512i zero = _mm512_set1_epi32(0);
+       const __m512i lsbyte_msk = _mm512_set1_epi64(0xff);
+       const __m512i lsb = _mm512_set1_epi64(1);
+       __m512i res, idxes, bytes;
+       __m256i idxes_256, ip_vec;
+       __mmask8 msk_ext;
+
+       ip_vec = _mm256_loadu_si256((const void *)ips);
+       /* mask 24 most significant bits */
+       idxes_256 = _mm256_srli_epi32(ip_vec, 8);
+
+       /* lookup in tbl24 */
+       res = _mm512_i32gather_epi64(idxes_256, (const void *)dp->tbl24, 8);
+
+       /* get extended entries indexes */
+       msk_ext = _mm512_test_epi64_mask(res, lsb);
+
+       if (msk_ext != 0) {
+               bytes = _mm512_cvtepi32_epi64(ip_vec);
+               idxes = _mm512_srli_epi64(res, 1);
+               idxes = _mm512_slli_epi64(idxes, 8);
+               bytes = _mm512_and_epi64(bytes, lsbyte_msk);
+               idxes = _mm512_maskz_add_epi64(msk_ext, idxes, bytes);
+               idxes = _mm512_mask_i64gather_epi64(zero, msk_ext, idxes,
+                       (const void *)dp->tbl8, 8);
+
+               res = _mm512_mask_blend_epi64(msk_ext, res, idxes);
+       }
+
+       res = _mm512_srli_epi64(res, 1);
+       _mm512_storeu_si512(next_hops, res);
+}
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_1b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n)
+{
+       uint32_t i;
+       for (i = 0; i < (n / 16); i++)
+               dir24_8_vec_lookup_x16(p, ips + i * 16, next_hops + i * 16,
+                       sizeof(uint8_t));
+
+       dir24_8_lookup_bulk_1b(p, ips + i * 16, next_hops + i * 16,
+               n - i * 16);
+}
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_2b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n)
+{
+       uint32_t i;
+       for (i = 0; i < (n / 16); i++)
+               dir24_8_vec_lookup_x16(p, ips + i * 16, next_hops + i * 16,
+                       sizeof(uint16_t));
+
+       dir24_8_lookup_bulk_2b(p, ips + i * 16, next_hops + i * 16,
+               n - i * 16);
+}
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_4b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n)
+{
+       uint32_t i;
+       for (i = 0; i < (n / 16); i++)
+               dir24_8_vec_lookup_x16(p, ips + i * 16, next_hops + i * 16,
+                       sizeof(uint32_t));
+
+       dir24_8_lookup_bulk_4b(p, ips + i * 16, next_hops + i * 16,
+               n - i * 16);
+}
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_8b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n)
+{
+       uint32_t i;
+       for (i = 0; i < (n / 8); i++)
+               dir24_8_vec_lookup_x8_8b(p, ips + i * 8, next_hops + i * 8);
+
+       dir24_8_lookup_bulk_8b(p, ips + i * 8, next_hops + i * 8, n - i * 8);
+}
diff --git a/lib/librte_fib/dir24_8_avx512.h b/lib/librte_fib/dir24_8_avx512.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1d3c2b9
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,24 @@
+/* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
+ * Copyright(c) 2020 Intel Corporation
+ */
+
+#ifndef _DIR248_AVX512_H_
+#define _DIR248_AVX512_H_
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_1b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n);
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_2b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n);
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_4b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n);
+
+void
+rte_dir24_8_vec_lookup_bulk_8b(void *p, const uint32_t *ips,
+       uint64_t *next_hops, const unsigned int n);
+
+#endif /* _DIR248_AVX512_H_ */
index 771828f..87de554 100644 (file)
@@ -5,3 +5,37 @@
 sources = files('rte_fib.c', 'rte_fib6.c', 'dir24_8.c', 'trie.c')
 headers = files('rte_fib.h', 'rte_fib6.h')
 deps += ['rib']
+
+# compile AVX512 version if:
+# we are building 64-bit binary AND binutils can generate proper code
+if dpdk_conf.has('RTE_ARCH_X86_64') and binutils_ok.returncode() == 0
+       # compile AVX512 version if either:
+       # a. we have AVX512F supported in minimum instruction set baseline
+       # b. it's not minimum instruction set, but supported by compiler
+       #
+       # in former case, just add avx512 C file to files list
+       # in latter case, compile c file to static lib, using correct
+       # compiler flags, and then have the .o file from static lib
+       # linked into main lib.
+
+       # check if all required flags already enabled (variant a).
+       acl_avx512_flags = ['__AVX512F__','__AVX512DQ__']
+       acl_avx512_on = true
+       foreach f:acl_avx512_flags
+               if cc.get_define(f, args: machine_args) == ''
+                       acl_avx512_on = false
+               endif
+       endforeach
+
+       if acl_avx512_on == true
+               cflags += ['-DCC_DIR24_8_AVX512_SUPPORT']
+               sources += files('dir24_8_avx512.c')
+       elif cc.has_multi_arguments('-mavx512f', '-mavx512dq')
+               dir24_8_avx512_tmp = static_library('dir24_8_avx512_tmp',
+                               'dir24_8_avx512.c',
+                               dependencies: static_rte_eal,
+                               c_args: cflags + ['-mavx512f', '-mavx512dq'])
+               objs += dir24_8_avx512_tmp.extract_objects('dir24_8_avx512.c')
+               cflags += ['-DCC_DIR24_8_AVX512_SUPPORT']
+       endif
+endif
index f2f343b..b354d4b 100644 (file)
@@ -108,7 +108,7 @@ init_dataplane(struct rte_fib *fib, __rte_unused int socket_id,
                if (fib->dp == NULL)
                        return -rte_errno;
                fib->lookup = dir24_8_get_lookup_fn(fib->dp,
-                       RTE_FIB_LOOKUP_DIR24_8_SCALAR_MACRO);
+                       RTE_FIB_LOOKUP_DEFAULT);
                fib->modify = dir24_8_modify;
                return 0;
        default:
index ddb992c..fef0749 100644 (file)
@@ -59,6 +59,8 @@ enum rte_fib_dir24_8_nh_sz {
 
 /** Type of lookup function implementation */
 enum rte_fib_lookup_type {
+       RTE_FIB_LOOKUP_DEFAULT,
+       /**< Selects the best implementation based on the max simd bitwidth */
        RTE_FIB_LOOKUP_DIR24_8_SCALAR_MACRO,
        /**< Macro based lookup function */
        RTE_FIB_LOOKUP_DIR24_8_SCALAR_INLINE,
@@ -70,6 +72,8 @@ enum rte_fib_lookup_type {
        /**<
         * Unified lookup function for all next hop sizes
         */
+       RTE_FIB_LOOKUP_DIR24_8_VECTOR_AVX512
+       /**< Vector implementation using AVX512 */
 };
 
 /** FIB configuration structure */