(no commit message)
[libreriscv.git] / openpower / sv / comparison_table.mdwn
index 2feef0524c36e2929834f83b3f3237d1be6897fa..029638f50cf2a2039181d3d48f94567bc66460f4 100644 (file)
@@ -1,53 +1,56 @@
-**ISA Comparison Table** - discussion and research at <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=893>
+**ISA Comparison Table to DRAFT SVP64** - discussion and research at <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=893>
 
-|ISA <br>name  |Num <br>opcodes|Num <br>intrinsics|Taxonomy / <br> Class|setvl <br> scalable|Predicate <br> Masks|Twin <br> Predication|Explicit <br> Vector regs|128-bit <br> ops|Bigint  |LDST <br> Fault-First|Data-dep<br> Fail-first|Pred-<br> Result|Matrix HW<br> support|DCT/FFT HW<br> support |
-|--------------|---------------|------------------|---------------------|-------------------|--------------------|---------------------|-------------------------|----------------|--------|---------------------|-----------------------|----------------|---------------------|-----------------------|
-|Draft SVP64   |5 [^1]          |see [^26]          |Scalable [^2]         |yes                |yes                 |yes [^3]              |no [^4]                   |see [^5]         |yes [^6] |yes [^7]              |yes [^8]                |yes [^9]         |yes [^10]             | yes[^11]               |
-|VSX           |700+           |700+? [^27]        |Packed SIMD          |no                 |no                  |no                   |yes [^12]                 |yes             |no      |no                   |no                     |no              |yes [^13]             | no                    |
-|NEON          |~250 [^14]      |7088 [^28]         |Packed SIMD          |no                 |no                  |no                   |yes                      |yes             |no      |no                   |no                     |no              |no                   | no                    |
-|SVE2          |~1000 [^15]     |6040 [^29]         |Predicated SIMD[^16]  |no [^16]            |yes                 |no                   |yes                      |yes             |no      |yes [^7]              |no                     |no              |yes [^33]             | no                    |
-|AVX512 [^17]   |~1000s [^18]    |7256 [^30]         |Predicated SIMD      |no                 |yes                 |no                   |yes                      |yes             |no      |no                   |no                     |no              |yes [^34]             | no                    |
-|RVV [^19]      |~190 [^20]      |~25000 [^31]       |Scalable [^21]        |yes                |yes                 |no                   |yes                      |yes [^22]        |no      |yes                  |no                     |no              |no                   | no                    |
-|Aurora SX[^23] |~200 [^24]      |unknown [^32]      |Scalable [^25]        |yes                |yes                 |no                   |yes                      |no              |no      |no                   |no                     |no              |?                    | no                    |
+|ISA <br>name   |No <br>opcodes|No <br>intrinsics|Taxonomy / <br>Class|Binary <br> Compat|setvl <br> scalable|Pred. <br> Masks|Twin <br>Pred|Vector <br>regs |128-bit <br> ops |Big <br> int|LDST <br>F/First|Data-dep <br>F-first|Pred <br> Result|HW<br> Matrix|DCT <br> FFT  |
+|---------------|--------------|-----------------|--------------------|------------------|-------------------|----------------|-------------|----------------|-----------------|------------|----------------|--------------------|----------------|-------------|--------------|
+|SVP64          |6 [^1]        |see [^2]         |Scalable [^3]       |yes               |yes                |yes             |yes [^4]     |no [^5]         |see [^6]         |yes[^7]     |yes [^8]        |yes [^9]            |yes [^10]       |yes [^11]    | yes[^12]     |
+|VSX            |700+          |700?[^v1]        |PackedSIMD          |yes               |no                 |no              |no           |yes [^v2]       |yes              |no          |no              |no                  |no              |yes [^v3]    | no           |
+|NEON           |~250[^n1]     |7088 [^n2]       |PackedSIMD          |yes               |no                 |no              |no           |yes             |see [^b1]        |no          |no              |no                  |no              |no           | no           |
+|SVE2           |~1000[^e1]    |6040 [^e2]       |PredSIMD[^e3]       |NO [^nc]          |no [^e3]           |yes             |no           |yes             |see [^b1]        |no          |yes [^8]        |no                  |no              |yes [^e4]    | no           |
+|AVX512[^x1]    |~1000s[^x2]   |7256[^x3]        |PredSIMD            |yes               |no                 |yes             |no           |yes             |see[^b1]         |no          |no              |no                  |no              |yes[^x4]     | no           |
+|RVV [^r1]      |~190[^r2]     |~25000[^r3]      |Scalable[^r4]       |NO [^nc]          |yes                |yes             |no           |yes             |yes [^r5]        |no          |yes             |no                  |no              |no           | no           |
+|AuroraSX[^s1]  |~200[^s2]     |unknown[^s3]     |Scalable[^s4]       |yes               |yes                |yes             |no           |yes             |no               |no          |no              |no                  |no              |?            | no           |
+|66000[^m1]     |~200          |unknown          |AutoVec[^m1]        |yes               |see [^m1]          |see[^m1]        |no           |see [^m1]       |no               |yes[^m2]    |see [^m1]       |no                  |no              |no           | no           |
 
 [^1]: plus EXT001 24-bit prefixing using 25% of EXT001 space. See [[sv/svp64]]
-[^2]: A 2-Dimensional Scalable Vector ISA **specifically designed for the Power ISA** with both Horizontal-First and Vertical-First Modes. See [[sv/vector_isa_comparison]]
-[^3]: on specific operations.  See [[opcode_regs_deduped]] for full list. Key: 2P - Twin Predication, 1P - Single-Predicate
-[^4]: SVP64 provides a Vector concept on top of the **Scalar** GPR, FPR and CR Fields, extended to 128 entries.
-[^5]: SVP64 Vectorises Scalar ops. It is up to the **implementor** to choose (**optionally**) whether to apply SVP64 to e.g. VSX Quad-Precision (128-bit) instructions, to create 128-bit Vector ops.
-[^6]: big-integer add is just `sv.adde`. For optimal performance Bigint Mul and divide first require addition of two scalar operations (in turn, naturally Vectorised by SVP64). See [[sv/biginteger/analysis]]
-[^7]: See [[sv/svp64/appendix]] and [ARM SVE Fault-First](https://alastairreid.github.io/papers/sve-ieee-micro-2017.pdf)
-[^8]: Based on LD/ST Fail-first, extended to data. See [[sv/svp64/appendix]]
-[^9]: Predicate-result effectively turns any standard op into a type of "cmp". See [[sv/svp64/appendix]]
-[^10]: Any non-power-of-two Matrices up to 127 FMACs (or other FMA-style op), full triple-loop Schedule. See [[sv/remap]]
-[^11]: DCT (Lee) and FFT Full Triple-loops supported, RADIX2-only. Normally only found in VLIW DSPs (TI MSP320, Qualcom Hexagon). See [[sv/remap]]
-[^12]: VSX's Vector Registers are mis-named: they are 100% PackedSIMD. AVX-512 is not a Vector ISA either.  See [Flynn's Taxonomy](https://en.wikipedia.org/wiki/Flynn%27s_taxonomy)
-[^13]: Power ISA v3.1 contains "Matrix Multiply Assist" (MMA) which due to PackedSIMD is restricted to RADIX2 and requires inline assembler loop-unrolling for non-power-of-two Matrix dimensions
-[^14]: difficult to ascertain, see [NEON/VFP](https://developer.arm.com/documentation/den0018/a/NEON-and-VFP-Instruction-Summary/List-of-all-NEON-and-VFP-instructions).
-  Critically depends on ARM Scalar instructions
-[^15]: difficult to exactly ascertain, see ARM Architecture Reference Manual Supplement, DDI 0584.  Critically depends on ARM Scalar instructions.
-[^16]: ARM states that the Scalability is a [Silicon-partner choice](https://developer.arm.com/-/media/Arm%20Developer%20Community/PDF/102340_0001_00_en_introduction-to-sve2.pdf?revision=aae96dd2-5334-4ad3-9a47-393086a20fea).
-  Scalability in the ISA is **not available to the programmer**: there is no `setvl` instruction in SVE2, which is already causing assembler programmer difficulties.
-  [quote](https://gist.github.com/zingaburga/805669eb891c820bd220418ee3f0d6bd#file-sve2-md) **"you may be stuck with only using the bottom 128 bits of the vector, or need to code specifically for each width"**
-[^17]: [AVX512 Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/AVX-512), [Lifecycle of an instruction set](https://media.handmade-seattle.com/tom-forsyth/) including full slides
-[^18]: difficult to exactly ascertain, contains subsets. Critically depends on ISA support from earlier x86 ISA subsets (several more thousand instructions). See [SIMD ISA listing](https://www.officedaytime.com/simd512e/)
-[^19]: [RVV Spec](https://github.com/riscv/riscv-v-spec/blob/master/v-spec.adoc)
-[^20]: RISC-V Vectors are not stand-alone, i.e. like SVE2 and AVX-512 are critically dependent on the Scalar ISA (an additional ~96 instructions for the Scalar RV64GC set, needed for Linux).
-[^21]: Like the original Cray RVV is a truly scalable Vector ISA (Cray setvl instruction).  However, like SVE2, the Maximum Vector length is a Silicon-partner choice, which creates similar limitations that SVP64 does not have.
-  The RISC-V Founders strongly discourage efforts by programmers to find out the Silicon's Maximum Vector Length, as an effort to steer programmers towards Silicon-independent assembler. This requires **all** algorithms to contain a loop construct.
-  MAXVL in SVP64 is a Spec-hard-fixed quantity therefore loop constructs are not necessary 100% of the time.
-[^22]: like SVP64 it is up to the hardware implementor (Silicon partner) to choose whether to support 128-bit elements.
-[^23]: [NEC SX Aurora](https://ftp.libre-soc.org/NEC_SX_Aurora_TSUBASA_VectorEngine-as-manual-v1.2.pdf) is based on the original Cray Vectors
-[^24]: [Aurora ISA guide](https://sxauroratsubasa.sakura.ne.jp/documents/guide/pdfs/Aurora_ISA_guide.pdf) Appendix-3 11.1 p508
-[^25]: Like the original Cray Vectors, the ISA Vector Length is independent of the underlying hardware, however Generation 1 has 256 elements per Vector register (3.2.4 p24, Aurora ISA guide)
-[^26]: If treated as a 1-Dimensional ISA, and designed badly, the 24-bit Prefix expands 200+ scalar instructions to well over a million intrinsics (N~=10^4 **times** M~=10^2).
-  If treated as a 2-Dimensional ISA and designed well, there are far less. N prefix intrinsics **plus** M scalar instruction intrinsics, where N is likely to be of the order of 10^2 and M of the order of 10^2.
-[^27]: [Altivec gcc intrinsics](https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/PowerPC-AltiVec_002fVSX-Built-in-Functions.html), contains links to additional VSX intrinsics for ISA 2.05/6/7, 3.0 and 3.1
-[^28]: NEON 32-bit 2754 intrinsics, NEON 64-bit 4334 intrinsics.
-[^29]: SVE: 4140 intrinsics, SVE2 1900 intrinsics
-[^30]: Count includes SSE, SSE2, AVX, AVX2 and all AVX512 variants
-[^31]: [RVV intrinsics listing](https://raw.githubusercontent.com/riscv-non-isa/rvv-intrinsic-doc/master/intrinsic_funcs.md) page is 25,000 lines long.
-[^32]: Unknown. estimated to be of the order of length of RVV due to also being a Cray-style Scalable ISA, NEC maintains an [LLVM hard fork](https://github.com/sx-aurora-dev)
-[^33]: [Scalable Matrix Optional Extension](https://community.arm.com/arm-community-blogs/b/architectures-and-processors-blog/posts/scalable-matrix-extension-armv9-a-architecture)
-  the key is an outer-product instruction [SMOPA](https://developer.arm.com/documentation/ddi0602/2022-06/SME-Instructions/SMOPA--Signed-integer-sum-of-outer-products-and-accumulate-?lang=en) which is very hard to tell at a glance if it is power-2 or non-power-2
-[^34]: [Advanced matrix Extensions](https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Matrix_Extensions) supports BF16 and INT8 only. Separate regfile, power-of-two "tiles". Not general-purpose at all.
+[^2]: If treated as a 1-Dimensional ISA, and designed badly, the 24-bit Prefix expands 200+ scalar instructions to well over a million intrinsics (N~=10^4 **times** M~=10^2). If treated as a 2-Dimensional ISA and designed well, there are far less. N prefix intrinsics **plus** M scalar instruction intrinsics, where N is likely to be of the order of 10^2 and M of the order of 10^2.
+[^3]: A 2-Dimensional Scalable Vector ISA **specifically designed for the Power ISA** with both Horizontal-First and Vertical-First Modes. See [[sv/vector_isa_comparison]]
+[^4]: on specific operations.  See [[opcode_regs_deduped]] for full list. Key: 2P - Twin Predication, 1P - Single-Predicate
+[^5]: SVP64 provides a Vector concept on top of the **Scalar** GPR, FPR and CR Fields, extended to 128 entries.
+[^6]: SVP64 Vectorises Scalar ops. It is up to the **implementor** to choose (**optionally**) whether to apply SVP64 to e.g. VSX Quad-Precision (128-bit) instructions, to create 128-bit Vector ops.
+[^7]: big-integer add is just `sv.adde`. For optimal performance Bigint Mul and divide first require addition of two scalar operations (in turn, naturally Vectorised by SVP64). See [[sv/biginteger/analysis]]
+[^8]: LD/ST Fault-First: see [[sv/svp64/appendix]] and [ARM SVE Fault-First](https://alastairreid.github.io/papers/sve-ieee-micro-2017.pdf)
+[^9]: Data-dependent Fail-First: Based on LD/ST Fail-first, extended to data. Truncates VL based on failing Rc=1 test. Similar to Z80 CPIR. See [[sv/svp64/appendix]]
+[^10]: Predicate-result effectively turns any standard op into a type of "cmp". See [[sv/svp64/appendix]]
+[^11]: Any non-power-of-two Matrices up to 127 FMACs or other FMA-style op including Ternary Logical, full triple-loop Schedule. See [[sv/remap]]
+[^12]: DCT (Lee) and FFT Full Triple-loops supported, RADIX2-only. Normally only found in VLIW DSPs (TI MSP320, Qualcom Hexagon). See [[sv/remap]]
+[^v2]: VSX's Vector Registers are mis-named: they are 100% PackedSIMD. AVX-512 is not a Vector ISA either.  See [Flynn's Taxonomy](https://en.wikipedia.org/wiki/Flynn%27s_taxonomy)
+[^v3]: Power ISA v3.1 contains "Matrix Multiply Assist" (MMA) which due to PackedSIMD is restricted to RADIX2 and requires inline assembler loop-unrolling for non-power-of-two Matrix dimensions
+[^n1]: difficult to ascertain, see [NEON/VFP](https://developer.arm.com/documentation/den0018/a/NEON-and-VFP-Instruction-Summary/List-of-all-NEON-and-VFP-instructions).
+    Critically depends on ARM Scalar instructions
+[^e1]: difficult to exactly ascertain, see ARM Architecture Reference Manual Supplement, DDI 0584.  Critically depends on ARM Scalar instructions.
+[^e3]: ARM states that the Scalability is a [Silicon-partner choice](https://developer.arm.com/-/media/Arm%20Developer%20Community/PDF/102340_0001_00_en_introduction-to-sve2.pdf?revision=aae96dd2-5334-4ad3-9a47-393086a20fea). Scalability in the ISA is **not available to the programmer**: there is no `setvl` instruction in SVE2, which is already causing assembler programmer difficulties.
+    [quote](https://gist.github.com/zingaburga/805669eb891c820bd220418ee3f0d6bd#file-sve2-md) **"you may be stuck with only using the bottom 128 bits of the vector, or need to code specifically for each width"**
+[^x1]: [AVX512 Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/AVX-512), [Lifecycle of an instruction set](https://media.handmade-seattle.com/tom-forsyth/) including full slides
+[^x2]: difficult to exactly ascertain, contains subsets. Critically depends on ISA support from earlier x86 ISA subsets (several more thousand instructions). See [SIMD ISA listing](https://www.officedaytime.com/simd512e/)
+[^r1]: [RVV Spec](https://github.com/riscv/riscv-v-spec/blob/master/v-spec.adoc)
+[^r2]: RISC-V Vectors are not stand-alone, i.e. like SVE2 and AVX-512 are critically dependent on the Scalar ISA (an additional ~96 instructions for the Scalar RV64GC set, needed for Linux).
+[^r4]: Like the original Cray RVV is a truly scalable Vector ISA (Cray setvl instruction).  However, like SVE2, the Maximum Vector length is a [Silicon-partner choice](https://github.com/riscv/riscv-v-spec/blob/master/v-spec.adoc#sec-vector-extensions), which creates similar limitations that SVP64 does not have. The RISC-V Founders strongly discourage efforts by programmers to find out the Silicon's Maximum Vector Length, as an effort to steer programmers towards Silicon-independent assembler. **This requires all algorithms to contain a loop construct**. MAXVL in SVP64 is a Spec-hard-fixed quantity therefore loop constructs are not necessary 100% of the time.
+[^r5]: like SVP64 it is up to the hardware implementor (Silicon partner) to choose whether to support 128-bit elements.
+[^s1]: [NEC SX Aurora](https://ftp.libre-soc.org/NEC_SX_Aurora_TSUBASA_VectorEngine-as-manual-v1.2.pdf) is based on the original Cray Vectors
+[^s2]: [Aurora ISA guide](https://sxauroratsubasa.sakura.ne.jp/documents/guide/pdfs/Aurora_ISA_guide.pdf) Appendix-3 11.1 p508
+[^s4]: Like the original Cray Vectors, the ISA Vector Length is independent of the underlying hardware, however Generation 1 has 256 elements per Vector register (3.2.4 p24, Aurora ISA guide)
+[^v1]: [Altivec gcc intrinsics](https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/PowerPC-AltiVec_002fVSX-Built-in-Functions.html), contains links to additional VSX intrinsics for ISA 2.05/6/7, 3.0 and 3.1
+[^n2]: NEON 32-bit 2754 intrinsics, NEON 64-bit 4334 intrinsics.
+[^e2]: SVE: 4140 intrinsics, SVE2 1900 intrinsics
+[^x3]: Count includes SSE, SSE2, AVX, AVX2 and all AVX512 variants
+[^r3]: [RVV intrinsics listing](https://raw.githubusercontent.com/riscv-non-isa/rvv-intrinsic-doc/master/intrinsic_funcs.md) page is 25,000 lines long.
+[^s3]: Unknown. estimated to be of the order of length of RVV due to also being a Cray-style Scalable ISA, NEC maintains an [LLVM hard fork](https://github.com/sx-aurora-dev)
+[^e4]: [Scalable Matrix Optional Extension](https://community.arm.com/arm-community-blogs/b/architectures-and-processors-blog/posts/scalable-matrix-extension-armv9-a-architecture)
+    outer-product instructions
+    [SMOPA](https://developer.arm.com/documentation/ddi0602/2022-06/SME-Instructions/SMOPA--Signed-integer-sum-of-outer-products-and-accumulate-?lang=en)
+    which are power-2 based on Silicon-partner SIMD width. Non-power-2 not supported but [zero-input masking](https://www.realworldtech.com/forum/?threadid=202688&curpostid=207774) is.
+[^x4]: [Advanced matrix Extensions](https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Matrix_Extensions) supports BF16 and INT8 only. Separate regfile, power-of-two "tiles". Not general-purpose at all.
+[^b1]: Although registers may be 128-bit in NEON, SVE2, and AVX, unlike VSX there are very few (or no) actual arithmetic 128-bit operations. Only RVV and SVP64 have the possibility of 128-bit ops 
+[^m1]: Mitch Alsup's MyISA 66000 is available on request. A powerful RISC ISA with a **Hardware-level auto-vectorisation** LOOP built-in as an extension named VVM.  Classified as "Vertical-First".
+[^m2]: MyISA 66000 has a CARRY register up to 64-bit. Repeated application of FMA (esp. within Auto-Vectored LOOPS) automatically and inherently creates big-int operations with zero effort.
+[^nc]: "Silicon-Partner" Scaling achieved through allowing same instruction to act on different regfile size and bitwidth. This catastrophically results in binary non-interoperability.