Theo dõi hồi quy 25% trên LLVM RISC-V

TLDR

Một LLVM commit gần đây đã cải thiện isKnownExactCastIntToFP để gấp fpext(sitofp x to float) thành nhân đôi thành uitofp x trực tiếp để nhân đôi, nhưng điều này vô tình phá vỡ tối ưu hóa thu hẹp xuôi dòng trong visitFPTrunc dựa vào fpext để thu hẹp gấp đôi thành nổi, gây ra hiệu suất hồi quy ~24% đối với các mục tiêu RISC-V, trong đó fdiv.d (độ trễ 33 chu kỳ) được phát ra thay vì fdiv.s (19 chu kỳ độ trễ).

sửa lỗi của tôi mở rộng getMinimumFPType với phân tích phạm vi để nhận ra rằng fptrunc(uitofp x double) để nổi có thể giảm xuống uitofp x nổi , khôi phục thu hẹp tối ưu hóa.

Thông tin

$LLVM_BUILD_DIR/bin/llvm-mca -mtriple=riscv64 -mcpu=sif-p550 pi.s 

git log --after="2026-04-01 00:11" --trước="2026-04-04 00:10" | grep -E "RISC"

[RISCV] Chọn add(vec, splat(scalar)) to PADD_*S cho phần mở rộng P (#190303)
[RISCV] Cho phép liên kếtVSETVLI di chuyển LI nếu nó cho phép biến đổi vsetvli. (#190287)
[RISCV][TTI] Cập nhật chi phí và ngăn chặn việc vượt quá m8 cho vector.extract.last.active (#188160)
[RISCV] Kiểm tra EnsureWholeVectorRegisterMoveValidVTYPE trong RISCVInsertVSETVLI::transferBefore. (#190022)
[RISCV] Loại bỏ codegen cho vp_ctlz, vp_cttz, vp_ctpop (#189904)
Một phần công việc nhằm loại bỏ nội tại VP tầm thường khỏi RISC-V
[RISCV] Di chuyển hướng dẫn chưa ghép nối trở lại trong RISCVLoadStoreOptimizer (#189912)
`RISCVLoadStoreOptimizer` di chuyển lệnh liền kề với hướng dẫn khác
[RISCV] Sửa kích thước NOP cắt bóng stackmap cho các mục tiêu bị nén (#189774)
[RISCV] Giảm bớt ràng buộc VL trong ConvertSameMaskVMergeToVMv (#189797)
[RISCV] Thêm SATI_RV64/USATI_RV64 tới RISCVOptWInstrs. (#190030)
và mã hóa RISCVISD::SATI sử dụng độ rộng loại trừ đi một.
[RISCV][MCA] Cập nhật các bài kiểm tra si-fi-p670 để sử dụng các tệp đầu vào thay thế (#189785)
[RISCV] Loại bỏ codegen cho vp_minnum, vp_maxnum (#189899)
Một phần công việc nhằm loại bỏ nội tại VP tầm thường khỏi RISC-V
[RISCV] Thêm RISCVISD::USATI/SATI để tính toánKnownBitsForTargetNode/ComputeNumSignBitsForTargetNode. (#189702)
[RISCV] Thêm xác nhận vào VSETVLIInfo::hasSEWLMULRatioOnly(). NFC (#189799)
[RISCV] Combine-is_fpclass.ll - thêm các thử nghiệm ban đầu cho thấy lỗi đối với các nút ISD :: IS_FPCLASS liên tục (#189940)
[RISCV] Loại bỏ codegen cho nội tại làm tròn float VP (#189896)
Một phần công việc nhằm loại bỏ nội tại VP tầm thường khỏi RISC-V
[RISCV] Loại bỏ codegen cho vp_lrint, vp_llrint (#189714)
Một phần công việc nhằm loại bỏ những nội dung tầm thường của VP khỏi RISC-V
[RISCV] Thêm hỗ trợ codegen cho SATI và USATI. (#189532)

$LLVM_BUILD_DIR/bin/clang -O3 \
--target=riscv64-unknown-linux-gnu \
-march=rv64gc_zba_zbb \
--sysroot=/usr/riscv64-linux-gnu \
-Xclang -disable-llvm-passes \
-S -emit-llvm pi.c -o pi_raw_old.ll

$LLVM_BUILD_DIR/bin/clang -O3 \
 --target=riscv64-unknown-linux-gnu \
 -march=rv64gc_zba_zbb \
 --sysroot=/usr/riscv64-linux-gnu \
 -S -emit-llvm pi.c -o pi.ll

 biểu đồ LR
    %% Luồng trình biên dịch chính
    Nguồn[Mã nguồn<br/><b>pi.c</b>] --> FE[<b>Giao diện người dùng</b><br/[[ TAG_2053]]<i>Clang/Lexer/Parser</i>]
    sơ đồ phụ MiddleEnd ["<b>Trung cấp</b> (Quy trình tối ưu hóa)"]
        hướng LR
        ME_Start(<b>Bắt đầu ở mức trung cấp</b><br/><i>Không được tối ưu hóa IR</i>) --> Chọn[<i>InstCombine, LoopUnroll, GVN, v.v.</i>]
        Chọn --> ME_End(<b>Cuối Trung cấp</b><br/><i>Được tối ưu hóa IR</i>)
    kết thúc
    FE --> ME_Start
    ME_End --> BE[<b>Backend</b><br/><i>Trình tạo mã/Hướng dẫn Lựa chọn</i>]
    ĐƯỢC --> Asm(<b>Assembly</b><br/><i>RISC-V</i>)
    %% Đường ống chính tạo kiểu
    phong cách Nguồn điền:none,đột quỵ:#888,độ rộng nét:1px
    kiểu điền FE:none,đột quỵ:#888,độ rộng nét:1px
    kiểu ME_Start điền:none,đột quỵ:#1e88e5,độ rộng nét:2px
    kiểu ME_End điền:none,đột quỵ:#1e88e5,độ rộng nét:2px
    phong cách điền:none,đột quỵ:#888,độ rộng nét:1px,dấu gạch ngang nét: 5 5
    kiểu BE điền:none,đột quỵ:#888,độ rộng nét:1px
    kiểu Asm điền:none,đột quỵ:#888,độ rộng nét:1px
    kiểu MiddleEnd điền:none,đột quỵ:#444,độ rộng nét:1px,dấu gạch ngang nét: 3 3
    Hộp lệnh thu gọn %%
    %% Chúng tôi sử dụng <div> và <code> để đảm bảo mọi thứ được chặt chẽ và ngăn chặn khoảng cách cấp khối
    Cmd_Raw["<div style='line-height:1.2;'><b>Lệnh 1: Mã IR</b><br/><code style='background:none;color:inherit;'>-Xclang -disable-llvm-passes</code><br/><small>Sản xuất <b>pi_raw_old.ll</b></small></div>"] Cmd_Opt["<div style='line-height:1.2;'><b>Lệnh 2: Đã tối ưu hóa IR</b><br/><code style='background:none;color:inherit;'>-O3 -S -emit-llvm</code><br/><small>Sản xuất <b>pi.ll</b></small></div>"]
    %% Kết nối
    Cmd_Raw -.-> ME_Start
    Cmd_Opt -.-> ME_End
    Ghi chú Lệnh Kiểu %%
    kiểu Cmd_Raw điền:#fff3e011,đột quỵ:#f57c00,độ rộng nét:1px,rx:10,ry:10
    kiểu Cmd_Opt điền:#fff3e011,đột quỵ:#f57c00,độ rộng nét:1px,rx:10,ry:10
  

Thay vì thực hiện việc này, bạn cũng có thể sử dụng print-Before và print-after trên một thẻ cụ thể để xem thẻ đó đang làm gì với IR.

%conv = sitofp i64 %5 đến float ; int -> thả nổi
[[TAG_337] thích gấp đôi ; float -> double 
%div3 = fdiv double %conv2, 7.438300e+04 ; fdiv.d 
%conv4 = fptrunc double %div3 đến float ; gấp đôi -> float

%conv = uitofp nneg i64 %0 đến float ; int -> float 
%conv4 = fdiv float %conv, 7.438300e+04 ; fdiv.s 

int main(int argc, char *argv[]) {
 float ztot, yran, ymult, ymod, x, y, z, pi, prod;
 long int thấp, ixran, itot, j, iprod;

 ...

 cho(j=1; j<=itot;++) {
 iprod = 27611 * ixran;
 ixran = iprod - 74383*(dài int)(iprod/74383);
 x = (float)ixran / 74383.0;

 ...

 }
    
 ...

 x = (float)ixran / 74383.0;

Điều này có thể hiển nhiên nhưng tôi vẫn sẽ nói rõ điều đó. Nếu chữ ở trên ban đầu có dạng float như bên dưới thì fdiv.d sẽ không bao giờ được tạo ra.

 x = (float)ixran / 74383.0f;

Với mức độ tối ưu hóa đủ, trình biên dịch vẫn phải có thể nắm bắt được điều gì đó như thế này, nhưng vẫn thật tuyệt khi thấy một thay đổi nhỏ trong mã như vậy lại có thể tạo ra sự khác biệt lớn như vậy. Trong trường hợp này, trên +19% theo chu kỳ!

%mul = mul nuw nsw i64 %ixran.053, 27611
%0 = urem i64 %mul, 74383
%conv2 = uitofp nneg i64 %0 đến gấp đôi
%div3 = fdiv double %conv2, 7.438300e+04
%conv4 = fptrunc double %div3 to thả nổi

Nhìn vào kết quả từ llvm-mca, chúng ta có thể thấy những điều sau đây cho fdiv.d.

 1 33 32,00 fdiv.d ft1, ft1, fa3

Điều này cho thấy rằng fdiv.d có độ trễ là 33 chu kỳ, dài hơn đáng kể so với 19 chu kỳ của fdiv.s. Trong so sánh hiệu suất của chúng tôi, bản dựng LLVM cũ hơn đã báo cáo Thông lượng đối ứng (RThroughput) là 86,0, trong khi bản dựng mới hơn đã tăng lên 100,0. RThông lượng biểu thị số chu kỳ xung nhịp mà bộ xử lý phải đợi trước khi nó có thể bắt đầu thực hiện một lệnh khác cùng loại. Vì vậy, càng thấp thì càng tốt.

Điều này cho thấy phép chia kép khá đắt so với phép chia thực.

[InstCombine] Sử dụng CalculateNumSignBits trong isKnownExactCastIntToFP (#190235)
Đối với các phiên bản int-to-FP đã ký, tính toánNumSignBits có thể chứng minh tính chính xác where
computeKnownBits cannot -- e.g. through ashr(shl x, a), b where sign propagation is
tracked precisely but individual known bits are all unknown.

InstCombine is an LLVM middle-end optimization pass that combines adjacent or related instructions into single, more efficient operations. It’s broad in its duties, so examples of InstCombine optimizations can vary. For example, InstCombine can reduce x = x * 2 to x = x << 1;

static bool isKnownExactCastIntToFP(CastInst &I, InstCombinerImpl &IC) {
  
 ...

 // Đối với sitofp, dấu ánh xạ tới bit dấu FP, do đó chỉ các bit cường độ
 // (BitWidth - NumSignBits) tiêu thụ mantissa.
 if (Đã ký) {
    SigBits =
 (int)SrcTy->getScalarSizeInBits() - IC.ComputeNumSignBits(Src, &I);
    if (SigBits <= DestNumSigBits)
 return đúng;
 }

 return sai;

Hướng dẫn *InstCombinerImpl::visitFPExt(CastInst &FPExt) {
 // Nếu toán hạng nguồn được chuyển từ số nguyên sang FP và được biết chính xác, sau đó
 // truyền trực tiếp toán hạng số nguyên sang loại đích.
 Nhập *Ty = FPExt.getType();
 Giá trị *Src = FPSxt.getOperand(0);
 if (isa<SIToFPInst>(Src) || isa<UIToFPInst>(Src)) {
 tự động *FPCast = diễn viên<CastInst>(Src);
 if (isKnownExactCastIntToFP(*FPCast))
 trở lại CastInst::Tạo(FPCast->getOpcode(), FPcast->getOperand(0), Ty);
 }

 return commonCastTransforms(FPExt);

%conv = sitofp i64 %5 đến float ; int -> phao
%conv2 = fpext float %conv đến gấp đôi ; phao -> gấp đôi 
%div3 = fdiv double %conv2, 7.438300e+04 ; fdiv.d 
%conv4 = fptrunc gấp đôi %div3 đến float ; double -> phao

%conv2 = uitofp nneg i64 %0 đến gấp đôi
%div3 = fdiv double %conv2, 7.438300e+04
%conv4 = fptrunc double %div3 đến phao

 đồ thị TD
    Định nghĩa nút %%
    N1["%conv = sitofp i64 %5 tới float<br/><i>int -> float</i>"]
    N2["%conv2 = fpext float %conv thành double<br/><i>float -> double</i>"]
    N3["%div3 = fdiv double %conv2, 7.438300e+04<br/><i>fdiv.d</i>"]
    N4["%conv4 = fptrunc double %div3 to float<br/><i>double -> float</i>"]
    Luồng dữ liệu %%
    N1 --> N2
    N2 --> N3
    N3 --> N4
    Biểu đồ con %%
    sơ đồ con CastGroup ["Diễn viên ban đầu"]
        phương hướng TB
        N1
        N2
    kết thúc
    Nút chú thích %% AnnotateNode["<b>InstCombinerCast</b><br/>Giảm mẫu này thành %conv2 = uitofp nneg i64 %0 thành gấp đôi"]
    %% Tạo kiểu - Sử dụng các nét trung tính hoạt động ở cả hai chế độ
    kiểu AnnotateNode fill:#0288d122,đột quỵ:#0288d1,độ rộng nét:2px,rx:10,ry:10
    kiểu CastGroup điền:none,đột quỵ:#888,đột quỵ-dasharray: 5 5
    %% Các cạnh vô hình cho bố cục
    AnnotateNode -.-> N1
    AnnotateNode -.-> N2
  

 biểu đồ TD
    %% Xác định cột sống lệnh
    Luồng sơ đồ con ["Luồng dữ liệu LLVM"]
        phương hướng TB
        N0["%0 = urem i64 %mul, 74383<br/><i>Nhà cung cấp phạm vi: 0 to 74,382</i>"]
        N1["%conv2 = uitofp nneg i64 %0 to double<br/><i>Integer to Double</i>"]
        N2["%div3 = fdiv double %conv2, 7.438300e+04<br/><i>Double Division</i>"]
        N3["%conv4 = fptrunc double %div3 to float<br/><i>Double to Nổi</i>"]
        %% Xác định chuỗi dọc
        N0 --> N1
        N1 --> N2
        N2 --> N3
    kết thúc
    %% Xác định Nút tối ưu hóa ở bên cạnh
    IC["<b>InstCombiner</b><br/>Giảm xuống độ chính xác float<br/>toán nếu đầu vào phù hợp."]
    Tạo kiểu %%: Sử dụng logic #AARRGGBB hoặc #RRGGBBAA cho Hextra %% fill:#1b5e2022 có màu xanh lục rất trong suốt (độ mờ khoảng 13%)
    kiểu điền IC:#1b5e2022,đột quỵ:#4caf50,độ rộng nét:2px,rx:10,ry:10
    %% Kiểu dáng đồ thị con để giữ nó ở trạng thái trung tính
    kiểu Dòng chảy: không có, nét vẽ: #888888, nét gạch ngang: 5 5
    %% Kết nối mũi tên chấm
    IC -.-> N0
    IC -.-> N1
    IC -.-> N3