multithreading tests from 152 lab 5
[riscv-tests.git] / mt / as_matmul / as_matmul.c
diff --git a/mt/as_matmul/as_matmul.c b/mt/as_matmul/as_matmul.c
new file mode 100755 (executable)
index 0000000..d98da8e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,281 @@
+//**************************************************************************
+// Multi-threaded Matrix Multiply benchmark
+//--------------------------------------------------------------------------
+// TA     : Christopher Celio
+// Student: 
+//
+//
+// This benchmark multiplies two 2-D arrays together and writes the results to
+// a third vector. The input data (and reference data) should be generated
+// using the matmul_gendata.pl perl script and dumped to a file named
+// dataset.h. 
+
+
+// print out arrays, etc.
+//#define DEBUG
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Includes 
+
+#include <string.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <stdio.h>
+
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Input/Reference Data
+
+typedef float data_t;
+#include "dataset.h"
+  
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Basic Utilities and Multi-thread Support
+
+__thread unsigned long coreid;
+unsigned long ncores;
+
+#include "util.h"
+   
+#define stringify_1(s) #s
+#define stringify(s) stringify_1(s)
+#define stats(code) do { \
+    unsigned long _c = -rdcycle(), _i = -rdinstret(); \
+    code; \
+    _c += rdcycle(), _i += rdinstret(); \
+    if (coreid == 0) \
+      printf("%s: %ld cycles, %ld.%ld cycles/iter, %ld.%ld CPI\n", \
+             stringify(code), _c, _c/DIM_SIZE/DIM_SIZE/DIM_SIZE, 10*_c/DIM_SIZE/DIM_SIZE/DIM_SIZE%10, _c/_i, 10*_c/_i%10); \
+  } while(0)
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Helper functions
+    
+void printArray( char name[], int n, data_t arr[] )
+{
+   int i;
+   if (coreid != 0)
+      return;
+  
+   printf( " %10s :", name );
+   for ( i = 0; i < n; i++ )
+      printf( " %3ld ", (long) arr[i] );
+   printf( "\n" );
+}
+      
+void __attribute__((noinline)) verify(size_t n, const data_t* test, const data_t* correct)
+{
+   if (coreid != 0)
+      return;
+
+   size_t i;
+   for (i = 0; i < n; i++)
+   {
+      if (test[i] != correct[i])
+      {
+         printf("FAILED test[%d]= %3ld, correct[%d]= %3ld\n", 
+            i, (long)test[i], i, (long)correct[i]);
+         exit(-1);
+      }
+   }
+   
+   return;
+}
+//--------------------------------------------------------------------------
+// matmul function
+// single-thread, naive version
+void __attribute__((noinline)) matmul_naive(const int lda,  const data_t A[], const data_t B[], data_t C[] )
+{
+   int i, j, k;
+
+   if (coreid > 0)
+      return;
+  
+   for ( i = 0; i < lda; i++ )
+      for ( j = 0; j < lda; j++ )  
+      {
+         for ( k = 0; k < lda; k++ ) 
+         {
+            C[i + j*lda] += A[j*lda + k] * B[k*lda + i];
+         }
+      }
+
+}
+
+
+void __attribute__((noinline)) matmul(const int lda,  const data_t A[], const data_t B[], data_t C[] )
+{
+   
+   // ***************************** //
+   // **** ADD YOUR CODE HERE ***** //
+   // ***************************** //
+   //
+   // feel free to make a separate function for MI and MSI versions.
+
+   int i, j, k, n, m;
+
+
+   //matmul_naive(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 957424 cycles, 29.2 cycles/iter, 3.6 CPI
+   //matmul(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 340408 cycles, 10.3 cycles/iter, 1.8 CPI
+
+   for (n = 0; n < lda; n += 1) {
+      for (m = 0; m < lda; m += 1) {
+         bTranspose[lda*m + n] = B[lda*n + m];
+         bTranspose[lda*n + m] = B[lda*m + n];
+      }
+   }
+   barrier();
+
+   for ( j = coreid; j < lda; j += 2*ncores ) {
+      for ( i = 0; i < lda; i += 1 ){
+         c1 = 0;     //global vars c1, c2
+         c2 = 0;
+         for ( k = 0; k < lda; k += 1 ) {
+            c1 += A[j * lda + k] * bTranspose[i*lda + k];
+            c2 += A[(j+2) * lda + k] * bTranspose[i*lda + k];
+            
+            //barrier();
+         }
+
+         C[i + j * lda] = c1;
+         C[i + (j+2) * lda] = c2;
+         barrier();
+      }
+   //barrier();
+   }
+
+
+
+
+   //matmul_naive(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 983609 cycles, 30.0 cycles/iter, 3.7 CPI
+   //matmul(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 389942 cycles, 11.9 cycles/iter, 2.5 CPI
+
+   /*
+   for ( j = coreid; j < lda; j += 2*ncores ) {
+      for ( i = 0; i < lda; i += 1 ){
+         c1 = 0;     //global vars c1, c2
+         c2 = 0;
+         for ( k = 0; k < lda; k += 1 ) {
+            c1 += A[j * lda + k] * B[k*lda + i];
+            c2 += A[(j+2) * lda + k] * B[k*lda + i];
+            
+            //barrier();
+         }
+
+         C[i + j * lda] = c1;
+         C[i + (j+2) * lda] = c2;
+         barrier();
+      }
+   //barrier();
+   }
+   */
+
+   // matmul_naive(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 973781 cycles, 29.7 cycles/iter, 3.7 CPI
+   // matmul(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 461066 cycles, 14.0 cycles/iter, 3.5 CPI
+   // for ( k = 0; k < lda; k += 1 ) {
+   //    for ( j = coreid; j < lda; j += 2*ncores ) {      
+   //       for ( i = 0; i < lda; i += 1 ){
+   //          C[i + j * lda] += A[j * lda + k] * B[k*lda + i];
+   //          C[i + (j+2) * lda] += A[(j+2) * lda + k] * B[k*lda + i];      
+   //          //barrier();
+   //       }
+   //       barrier();
+   //    }
+   // //barrier();
+   // }
+   
+
+   // matmul_naive(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 965136 cycles, 29.4 cycles/iter, 3.7 CPI
+   // matmul(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 513779 cycles, 15.6 cycles/iter, 3.2 CPI
+
+   // for ( j = coreid; j < lda; j += 2*ncores ) {
+   //    for ( i = 0; i < lda; i += 1 ){
+   //       for ( k = 0; k < lda; k += 1 ) {
+   //          C[i + j * lda] += A[j * lda + k] * B[k*lda + i];
+   //          C[i + (j+2) * lda] += A[(j+2) * lda + k] * B[k*lda + i];
+            
+   //          //barrier();
+   //       }
+   //       barrier();
+   //    }
+   // //barrier();
+   //}
+
+
+   // matmul_naive(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 937892 cycles, 28.6 cycles/iter, 3.6 CPI
+   // matmul(32, input1_data, input2_data, results_data); barrier(): 576478 cycles, 17.5 cycles/iter, 3.5 CPI
+
+   // for ( i = 0; i < lda; i += 1 ){
+   //    for ( j = coreid; j < lda; j += 2*ncores ) {
+   //       for ( k = 0; k < lda; k += 1 ) {
+   //          C[i + j * lda] += A[j * lda + k] * B[k*lda + i];
+   //          C[i + (j+2) * lda] += A[(j+2) * lda + k] * B[k*lda + i];
+            
+   //          //barrier();
+   //       }
+   //       barrier();
+   //    }
+   //    //barrier();
+   // }
+
+   //for ( i = coreid; i < lda; i += ncores ){
+   //   for ( j = coreid; j < lda; j += ncores ) {
+   //      for ( k = coreid; k < lda; k += ncores ) {
+   //         C[i + j*lda] += A[j*lda + k] * B[k*lda + i];
+   //      }
+         //barrier();
+   //   }
+   //}
+}
+
+//--------------------------------------------------------------------------
+// Main
+//
+// all threads start executing thread_entry(). Use their "coreid" to
+// differentiate between threads (each thread is running on a separate core).
+  
+void thread_entry(int cid, int nc)
+{
+   coreid = cid;
+   ncores = nc;
+
+   // static allocates data in the binary, which is visible to both threads
+   static data_t results_data[ARRAY_SIZE];
+
+
+//   // Execute the provided, naive matmul
+//   barrier();
+//   stats(matmul_naive(DIM_SIZE, input1_data, input2_data, results_data); barrier());
+// 
+//   
+//   // verify
+//   verify(ARRAY_SIZE, results_data, verify_data);
+//   
+//   // clear results from the first trial
+//   size_t i;
+//   if (coreid == 0) 
+//      for (i=0; i < ARRAY_SIZE; i++)
+//         results_data[i] = 0;
+//   barrier();
+
+   
+   // Execute your faster matmul
+   barrier();
+   stats(matmul(DIM_SIZE, input1_data, input2_data, results_data); barrier());
+#ifdef DEBUG
+   printArray("results:", ARRAY_SIZE, results_data);
+   printArray("verify :", ARRAY_SIZE, verify_data);
+#endif
+   
+   // verify
+   verify(ARRAY_SIZE, results_data, verify_data);
+   barrier();
+
+   exit(0);
+}
+