]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/nnue/layers/affine_transform.h
Update architecture to "SFNNv4". Update network to nn-6877cd24400e.nnue.
[stockfish] / src / nnue / layers / affine_transform.h
index 0e0515f932a0773cc82f72c1620bc0a1afe5e5eb..22451915ba1eb2f547c823c52c95c703d5ebdba1 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
-  Copyright (C) 2004-2020 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
+  Copyright (C) 2004-2022 The Stockfish developers (see AUTHORS file)
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
 #define NNUE_LAYERS_AFFINE_TRANSFORM_H_INCLUDED
 
 #include <iostream>
+#include <algorithm>
+#include <type_traits>
 #include "../nnue_common.h"
+#include "../../simd.h"
 
-namespace Eval::NNUE::Layers {
-
-  // Affine transformation layer
-  template <typename PreviousLayer, IndexType OutputDimensions>
-  class AffineTransform {
-   public:
-    // Input/output type
-    using InputType = typename PreviousLayer::OutputType;
-    using OutputType = std::int32_t;
-    static_assert(std::is_same<InputType, std::uint8_t>::value, "");
-
-    // Number of input/output dimensions
-    static constexpr IndexType kInputDimensions =
-        PreviousLayer::kOutputDimensions;
-    static constexpr IndexType kOutputDimensions = OutputDimensions;
-    static constexpr IndexType kPaddedInputDimensions =
-        CeilToMultiple<IndexType>(kInputDimensions, kMaxSimdWidth);
-
-    // Size of forward propagation buffer used in this layer
-    static constexpr std::size_t kSelfBufferSize =
-        CeilToMultiple(kOutputDimensions * sizeof(OutputType), kCacheLineSize);
-
-    // Size of the forward propagation buffer used from the input layer to this layer
-    static constexpr std::size_t kBufferSize =
-        PreviousLayer::kBufferSize + kSelfBufferSize;
+/*
+  This file contains the definition for a fully connected layer (aka affine transform).
+  Two approaches are employed, depending on the sizes of the transform.
+
+  Approach 1:
+    - used when the PaddedInputDimensions >= 128
+    - uses AVX512 if possible
+    - processes inputs in batches of 2*InputSimdWidth
+      - so in batches of 128 for AVX512
+    - the weight blocks of size InputSimdWidth are transposed such that
+      access is sequential
+    - N columns of the weight matrix are processed a time, where N
+      depends on the architecture (the amount of registers)
+    - accumulate + hadd is used
+
+  Approach 2:
+    - used when the PaddedInputDimensions < 128
+    - does not use AVX512
+    - expected use-case is for when PaddedInputDimensions == 32 and InputDimensions <= 32.
+      - that's why AVX512 is hard to implement
+    - expected use-case is small layers
+      - not optimized as well as the approach 1
+    - inputs are processed in chunks of 4, weights are respectively transposed
+    - accumulation happens directly to int32s
+*/
 
-    // Hash value embedded in the evaluation file
-    static constexpr std::uint32_t GetHashValue() {
-      std::uint32_t hash_value = 0xCC03DAE4u;
-      hash_value += kOutputDimensions;
-      hash_value ^= PreviousLayer::GetHashValue() >> 1;
-      hash_value ^= PreviousLayer::GetHashValue() << 31;
-      return hash_value;
-    }
+namespace Stockfish::Eval::NNUE::Layers {
+
+// Fallback implementation for older/other architectures.
+// Identical for both approaches. Requires the input to be padded to at least 16 values.
+#if !defined(USE_SSSE3)
+  template <IndexType InputDimensions, IndexType PaddedInputDimensions, IndexType OutputDimensions>
+  static void affine_transform_non_ssse3(std::int32_t* output, const std::int8_t* weights, const std::int32_t* biases, const std::uint8_t* input)
+  {
+# if defined(USE_SSE2)
+    // At least a multiple of 16, with SSE2.
+    constexpr IndexType NumChunks = ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, 16) / 16;
+    const __m128i Zeros = _mm_setzero_si128();
+    const auto inputVector = reinterpret_cast<const __m128i*>(input);
+
+# elif defined(USE_MMX)
+    constexpr IndexType NumChunks = ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, 8) / 8;
+    const __m64 Zeros = _mm_setzero_si64();
+    const auto inputVector = reinterpret_cast<const __m64*>(input);
+
+# elif defined(USE_NEON)
+    constexpr IndexType NumChunks = ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, 16) / 16;
+    const auto inputVector = reinterpret_cast<const int8x8_t*>(input);
+# endif
+
+    for (IndexType i = 0; i < OutputDimensions; ++i) {
+      const IndexType offset = i * PaddedInputDimensions;
+
+# if defined(USE_SSE2)
+      __m128i sumLo = _mm_cvtsi32_si128(biases[i]);
+      __m128i sumHi = Zeros;
+      const auto row = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights[offset]);
+      for (IndexType j = 0; j < NumChunks; ++j) {
+        __m128i row_j = _mm_load_si128(&row[j]);
+        __m128i input_j = _mm_load_si128(&inputVector[j]);
+        __m128i extendedRowLo = _mm_srai_epi16(_mm_unpacklo_epi8(row_j, row_j), 8);
+        __m128i extendedRowHi = _mm_srai_epi16(_mm_unpackhi_epi8(row_j, row_j), 8);
+        __m128i extendedInputLo = _mm_unpacklo_epi8(input_j, Zeros);
+        __m128i extendedInputHi = _mm_unpackhi_epi8(input_j, Zeros);
+        __m128i productLo = _mm_madd_epi16(extendedRowLo, extendedInputLo);
+        __m128i productHi = _mm_madd_epi16(extendedRowHi, extendedInputHi);
+        sumLo = _mm_add_epi32(sumLo, productLo);
+        sumHi = _mm_add_epi32(sumHi, productHi);
+      }
+      __m128i sum = _mm_add_epi32(sumLo, sumHi);
+      __m128i sumHigh_64 = _mm_shuffle_epi32(sum, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2));
+      sum = _mm_add_epi32(sum, sumHigh_64);
+      __m128i sum_second_32 = _mm_shufflelo_epi16(sum, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2));
+      sum = _mm_add_epi32(sum, sum_second_32);
+      output[i] = _mm_cvtsi128_si32(sum);
+
+# elif defined(USE_MMX)
+      __m64 sumLo = _mm_cvtsi32_si64(biases[i]);
+      __m64 sumHi = Zeros;
+      const auto row = reinterpret_cast<const __m64*>(&weights[offset]);
+      for (IndexType j = 0; j < NumChunks; ++j) {
+        __m64 row_j = row[j];
+        __m64 input_j = inputVector[j];
+        __m64 extendedRowLo = _mm_srai_pi16(_mm_unpacklo_pi8(row_j, row_j), 8);
+        __m64 extendedRowHi = _mm_srai_pi16(_mm_unpackhi_pi8(row_j, row_j), 8);
+        __m64 extendedInputLo = _mm_unpacklo_pi8(input_j, Zeros);
+        __m64 extendedInputHi = _mm_unpackhi_pi8(input_j, Zeros);
+        __m64 productLo = _mm_madd_pi16(extendedRowLo, extendedInputLo);
+        __m64 productHi = _mm_madd_pi16(extendedRowHi, extendedInputHi);
+        sumLo = _mm_add_pi32(sumLo, productLo);
+        sumHi = _mm_add_pi32(sumHi, productHi);
+      }
+      __m64 sum = _mm_add_pi32(sumLo, sumHi);
+      sum = _mm_add_pi32(sum, _mm_unpackhi_pi32(sum, sum));
+      output[i] = _mm_cvtsi64_si32(sum);
+
+# elif defined(USE_NEON)
+      int32x4_t sum = {biases[i]};
+      const auto row = reinterpret_cast<const int8x8_t*>(&weights[offset]);
+      for (IndexType j = 0; j < NumChunks; ++j) {
+        int16x8_t product = vmull_s8(inputVector[j * 2], row[j * 2]);
+        product = vmlal_s8(product, inputVector[j * 2 + 1], row[j * 2 + 1]);
+        sum = vpadalq_s16(sum, product);
+      }
+      output[i] = sum[0] + sum[1] + sum[2] + sum[3];
 
-   // Read network parameters
-    bool ReadParameters(std::istream& stream) {
-      if (!previous_layer_.ReadParameters(stream)) return false;
-      for (std::size_t i = 0; i < kOutputDimensions; ++i)
-        biases_[i] = read_little_endian<BiasType>(stream);
-      for (std::size_t i = 0; i < kOutputDimensions * kPaddedInputDimensions; ++i)
-        weights_[i] = read_little_endian<WeightType>(stream);
-      return !stream.fail();
+# else
+      std::int32_t sum = biases[i];
+      for (IndexType j = 0; j < InputDimensions; ++j) {
+        sum += weights[offset + j] * input[j];
+      }
+      output[i] = sum;
+# endif
     }
 
-    // Forward propagation
-    const OutputType* Propagate(
-        const TransformedFeatureType* transformed_features, char* buffer) const {
-      const auto input = previous_layer_.Propagate(
-          transformed_features, buffer + kSelfBufferSize);
-
-#if defined (USE_AVX512)
-
-      [[maybe_unused]] const __m512i kOnes512 = _mm512_set1_epi16(1);
-
-      [[maybe_unused]] auto m512_hadd = [](__m512i sum, int bias) -> int {
-        return _mm512_reduce_add_epi32(sum) + bias;
-      };
-
-      // This function takes
-      //   sum0 = [xmm0a, xmm0b, xmm0c, xmm0d]
-      //   sum1 = [xmm1a, xmm1b, xmm1c, xmm1d]
-      //   sum2 = [xmm2a, xmm2b, xmm2c, xmm2d]
-      //   sum3 = [xmm3a, xmm3b, xmm3c, xmm3d]
-      // and returns
-      //   ret = [
-      //     reduce_add_epi32(xmm0a), reduce_add_epi32(xmm1a), reduce_add_epi32(xmm2a), reduce_add_epi32(xmm3a),
-      //     reduce_add_epi32(xmm0b), reduce_add_epi32(xmm1b), reduce_add_epi32(xmm2b), reduce_add_epi32(xmm3b),
-      //     reduce_add_epi32(xmm0c), reduce_add_epi32(xmm1c), reduce_add_epi32(xmm2c), reduce_add_epi32(xmm3c),
-      //     reduce_add_epi32(xmm0d), reduce_add_epi32(xmm1d), reduce_add_epi32(xmm2d), reduce_add_epi32(xmm3d)
-      //   ]
-      [[maybe_unused]] auto m512_hadd128x16_interleave = [](
-        __m512i sum0, __m512i sum1, __m512i sum2, __m512i sum3) -> __m512i {
-
-        __m512i sum01a = _mm512_unpacklo_epi32(sum0, sum1);
-        __m512i sum01b = _mm512_unpackhi_epi32(sum0, sum1);
-
-        __m512i sum23a = _mm512_unpacklo_epi32(sum2, sum3);
-        __m512i sum23b = _mm512_unpackhi_epi32(sum2, sum3);
-
-        __m512i sum01 = _mm512_add_epi32(sum01a, sum01b);
-        __m512i sum23 = _mm512_add_epi32(sum23a, sum23b);
-
-        __m512i sum0123a = _mm512_unpacklo_epi64(sum01, sum23);
-        __m512i sum0123b = _mm512_unpackhi_epi64(sum01, sum23);
-
-        return _mm512_add_epi32(sum0123a, sum0123b);
-      };
-
-      [[maybe_unused]] auto m512_haddx4 = [m512_hadd128x16_interleave](
-        __m512i sum0, __m512i sum1, __m512i sum2, __m512i sum3, __m128i bias) -> __m128i {
-
-        __m512i sum = m512_hadd128x16_interleave(sum0, sum1, sum2, sum3);
-
-        __m256i sum256lo = _mm512_castsi512_si256(sum);
-        __m256i sum256hi = _mm512_extracti64x4_epi64(sum, 1);
-
-        sum256lo = _mm256_add_epi32(sum256lo, sum256hi);
-
-        __m128i sum128lo = _mm256_castsi256_si128(sum256lo);
-        __m128i sum128hi = _mm256_extracti128_si256(sum256lo, 1);
-
-        return _mm_add_epi32(_mm_add_epi32(sum128lo, sum128hi), bias);
-      };
-
-      [[maybe_unused]] auto m512_haddx8 = [m512_hadd128x16_interleave](
-        __m512i sum0, __m512i sum1, __m512i sum2, __m512i sum3,
-        __m512i sum4, __m512i sum5, __m512i sum6, __m512i sum7, __m256i bias) -> __m256i {
-
-        __m512i suma = m512_hadd128x16_interleave(sum0, sum1, sum2, sum3);
-        __m512i sumb = m512_hadd128x16_interleave(sum4, sum5, sum6, sum7);
-
-        __m512i indices0 = _mm512_setr_epi64(0, 1, 8, 9, 4, 5, 12, 13);
-        __m512i indices1 = _mm512_setr_epi64(2, 3, 10, 11, 6, 7, 14, 15);
-        __m512i x = _mm512_add_epi32(
-          _mm512_permutex2var_epi64(suma, indices0, sumb),
-          _mm512_permutex2var_epi64(suma, indices1, sumb));
-
-        __m256i sum256lo = _mm512_castsi512_si256(x);
-        __m256i sum256hi = _mm512_extracti64x4_epi64(x, 1);
-
-        return _mm256_add_epi32(_mm256_add_epi32(sum256lo, sum256hi), bias);
-      };
-
-      [[maybe_unused]] auto m512_hadd256x8 =[m512_hadd128x16_interleave](
-        __m512i sum0, __m512i sum1, __m512i sum2, __m512i sum3, __m256i bias) -> __m256i {
-
-        __m512i sum = m512_hadd128x16_interleave(sum0, sum1, sum2, sum3);
-
-        __m512i indices = _mm512_setr_epi32(
-          0, 4, 8, 12, 2, 6, 10, 14,
-          1, 5, 9, 13, 3, 7, 11, 15);
-        sum = _mm512_permutexvar_epi32(indices, sum);
+# if defined(USE_MMX)
+    _mm_empty();
+# endif
+  }
+#endif
 
-        __m256i sum256lo = _mm512_castsi512_si256(sum);
-        __m256i sum256hi = _mm512_extracti64x4_epi64(sum, 1);
+  template <IndexType InDims, IndexType OutDims, typename Enabled = void>
+  class AffineTransform;
 
-        return _mm256_add_epi32(_mm256_hadd_epi32(sum256lo, sum256hi), bias);
-      };
+  // A specialization for large inputs.
+  template <IndexType InDims, IndexType OutDims>
+  class AffineTransform<InDims, OutDims, std::enable_if_t<(ceil_to_multiple<IndexType>(InDims, MaxSimdWidth) >= 2*64)>> {
+   public:
+    // Input/output type
+    using InputType = std::uint8_t;
+    using OutputType = std::int32_t;
 
-      [[maybe_unused]] auto m512_hadd256x16 = [m512_hadd128x16_interleave](
-        __m512i sum0, __m512i sum1, __m512i sum2, __m512i sum3,
-        __m512i sum4, __m512i sum5, __m512i sum6, __m512i sum7, __m512i bias) -> __m512i {
+    // Number of input/output dimensions
+    static constexpr IndexType InputDimensions = InDims;
+    static constexpr IndexType OutputDimensions = OutDims;
 
-        __m512i suma = m512_hadd128x16_interleave(sum0, sum1, sum2, sum3);
-        __m512i sumb = m512_hadd128x16_interleave(sum4, sum5, sum6, sum7);
+    static constexpr IndexType PaddedInputDimensions =
+      ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, MaxSimdWidth);
+    static constexpr IndexType PaddedOutputDimensions =
+      ceil_to_multiple<IndexType>(OutputDimensions, MaxSimdWidth);
 
-        __m512i indices0 = _mm512_setr_epi64(0, 1, 8, 9, 4, 5, 12, 13);
-        __m512i indices1 = _mm512_setr_epi64(2, 3, 10, 11, 6, 7, 14, 15);
-        __m512i x = _mm512_add_epi32(
-          _mm512_permutex2var_epi64(suma, indices0, sumb),
-          _mm512_permutex2var_epi64(suma, indices1, sumb));
+    using OutputBuffer = OutputType[PaddedOutputDimensions];
 
-        __m512i indices = _mm512_setr_epi32(0, 8, 1, 9, 2, 10, 3, 11, 4, 12, 5, 13, 6, 14, 7, 15);
-        return _mm512_add_epi32(_mm512_permutexvar_epi32(indices, x), bias);
-      };
+    static_assert(PaddedInputDimensions >= 128, "Something went wrong. This specialization should not have been chosen.");
 
-#if defined (USE_VNNI)
-      [[maybe_unused]] auto m512_add_dpbusd_epi32 = [=](__m512i& acc, __m512i a, __m512i b) {
-        acc = _mm512_dpbusd_epi32(acc, a, b);
+#if defined (USE_AVX512)
+    static constexpr const IndexType InputSimdWidth = 64;
+    static constexpr const IndexType MaxNumOutputRegs = 16;
+#elif defined (USE_AVX2)
+    static constexpr const IndexType InputSimdWidth = 32;
+    static constexpr const IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
+#elif defined (USE_SSSE3)
+    static constexpr const IndexType InputSimdWidth = 16;
+    static constexpr const IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
+#elif defined (USE_NEON)
+    static constexpr const IndexType InputSimdWidth = 8;
+    static constexpr const IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
 #else
-      [[maybe_unused]] auto m512_dpbusd_epi32 = [=](__m512i a, __m512i b) -> __m512i {
-        __m512i product0 = _mm512_maddubs_epi16(a, b);
-        return _mm512_madd_epi16(product0, kOnes512);
-#endif
-      };
-
+    // The fallback implementation will not have permuted weights.
+    // We define these to avoid a lot of ifdefs later.
+    static constexpr const IndexType InputSimdWidth = 1;
+    static constexpr const IndexType MaxNumOutputRegs = 1;
 #endif
-#if defined (USE_AVX2)
-
-      [[maybe_unused]] const __m256i kOnes256 = _mm256_set1_epi16(1);
-
-      [[maybe_unused]] auto m256_hadd = [](__m256i sum, int bias) -> int {
-        __m128i sum128 = _mm_add_epi32(_mm256_castsi256_si128(sum), _mm256_extracti128_si256(sum, 1));
-        sum128 = _mm_add_epi32(sum128, _mm_shuffle_epi32(sum128, _MM_PERM_BADC));
-        sum128 = _mm_add_epi32(sum128, _mm_shuffle_epi32(sum128, _MM_PERM_CDAB));
-        return _mm_cvtsi128_si32(sum128) + bias;
-      };
 
-      [[maybe_unused]] auto m256_haddx4 = [](__m256i sum0, __m256i sum1, __m256i sum2, __m256i sum3, __m128i bias) -> __m128i {
-        sum0 = _mm256_hadd_epi32(sum0, sum1);
-        sum2 = _mm256_hadd_epi32(sum2, sum3);
+    // A big block is a region in the weight matrix of the size [PaddedInputDimensions, NumOutputRegs].
+    // A small block is a region of size [InputSimdWidth, 1]
 
-        sum0 = _mm256_hadd_epi32(sum0, sum2);
+    static constexpr const IndexType NumOutputRegs = std::min(MaxNumOutputRegs, OutputDimensions);
+    static constexpr const IndexType SmallBlockSize = InputSimdWidth;
+    static constexpr const IndexType BigBlockSize = NumOutputRegs * PaddedInputDimensions;
+    static constexpr const IndexType NumSmallBlocksInBigBlock = BigBlockSize / SmallBlockSize;
+    static constexpr const IndexType NumSmallBlocksPerOutput = PaddedInputDimensions / SmallBlockSize;
+    static constexpr const IndexType NumBigBlocks = OutputDimensions / NumOutputRegs;
 
-        __m128i sum128lo = _mm256_castsi256_si128(sum0);
-        __m128i sum128hi = _mm256_extracti128_si256(sum0, 1);
+    static_assert(OutputDimensions % NumOutputRegs == 0);
 
-        return _mm_add_epi32(_mm_add_epi32(sum128lo, sum128hi), bias);
-      };
-#if defined (USE_VNNI)
-      [[maybe_unused]] auto m256_add_dpbusd_epi32 = [=](__m256i& acc, __m256i a, __m256i b) {
-        acc = _mm256_dpbusd_epi32(acc, a, b);
-#else
-      [[maybe_unused]] auto m256_dpbusd_epi32 = [=](__m256i a, __m256i b) -> __m256i {
-        __m256i product0 = _mm256_maddubs_epi16(a, b);
-        return _mm256_madd_epi16(product0, kOnes256);
-#endif
-      };
+    // Hash value embedded in the evaluation file
+    static constexpr std::uint32_t get_hash_value(std::uint32_t prevHash) {
+      std::uint32_t hashValue = 0xCC03DAE4u;
+      hashValue += OutputDimensions;
+      hashValue ^= prevHash >> 1;
+      hashValue ^= prevHash << 31;
+      return hashValue;
+    }
 
-#endif
+    /*
+      Transposes the small blocks within a block.
+      Effectively means that weights can be traversed sequentially during inference.
+    */
+    static IndexType get_weight_index(IndexType i)
+    {
+      const IndexType smallBlock = (i / SmallBlockSize) % NumSmallBlocksInBigBlock;
+      const IndexType smallBlockCol = smallBlock / NumSmallBlocksPerOutput;
+      const IndexType smallBlockRow = smallBlock % NumSmallBlocksPerOutput;
+      const IndexType bigBlock   = i / BigBlockSize;
+      const IndexType rest       = i % SmallBlockSize;
+
+      const IndexType idx =
+          bigBlock * BigBlockSize
+        + smallBlockRow * SmallBlockSize * NumOutputRegs
+        + smallBlockCol * SmallBlockSize
+        + rest;
+
+      return idx;
+    }
 
-#if defined (USE_SSSE3)
+    // Read network parameters
+    bool read_parameters(std::istream& stream) {
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions; ++i)
+        biases[i] = read_little_endian<BiasType>(stream);
 
-      [[maybe_unused]] const __m128i kOnes128 = _mm_set1_epi16(1);
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions * PaddedInputDimensions; ++i)
+        weights[get_weight_index(i)] = read_little_endian<WeightType>(stream);
 
-      [[maybe_unused]] auto m128_hadd = [](__m128i sum, int bias) -> int {
-        sum = _mm_add_epi32(sum, _mm_shuffle_epi32(sum, 0x4E)); //_MM_PERM_BADC
-        sum = _mm_add_epi32(sum, _mm_shuffle_epi32(sum, 0xB1)); //_MM_PERM_CDAB
-        return _mm_cvtsi128_si32(sum) + bias;
-      };
+      return !stream.fail();
+    }
 
-      [[maybe_unused]] auto m128_haddx4 = [](__m128i sum0, __m128i sum1, __m128i sum2, __m128i sum3, __m128i bias) -> __m128i {
-        sum0 = _mm_hadd_epi32(sum0, sum1);
-        sum2 = _mm_hadd_epi32(sum2, sum3);
+    // Write network parameters
+    bool write_parameters(std::ostream& stream) const {
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions; ++i)
+          write_little_endian<BiasType>(stream, biases[i]);
 
-        sum0 = _mm_hadd_epi32(sum0, sum2);
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions * PaddedInputDimensions; ++i)
+        write_little_endian<WeightType>(stream, weights[get_weight_index(i)]);
 
-        return _mm_add_epi32(sum0, bias);
-      };
+      return !stream.fail();
+    }
 
-      [[maybe_unused]] auto m128_dpbusd_epi32 = [=](__m128i a, __m128i b) -> __m128i {
-        __m128i product0 = _mm_maddubs_epi16(a, b);
-        return _mm_madd_epi16(product0, kOnes128);
-      };
+    // Forward propagation
+    const OutputType* propagate(
+        const InputType* input, OutputType* output) const {
 
+#if defined (USE_AVX512)
+      using acc_vec_t = __m512i;
+      using bias_vec_t = __m128i;
+      using weight_vec_t = __m512i;
+      using in_vec_t = __m512i;
+      #define vec_zero _mm512_setzero_si512()
+      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::m512_add_dpbusd_epi32x2
+      #define vec_hadd Simd::m512_hadd
+      #define vec_haddx4 Simd::m512_haddx4
+#elif defined (USE_AVX2)
+      using acc_vec_t = __m256i;
+      using bias_vec_t = __m128i;
+      using weight_vec_t = __m256i;
+      using in_vec_t = __m256i;
+      #define vec_zero _mm256_setzero_si256()
+      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::m256_add_dpbusd_epi32x2
+      #define vec_hadd Simd::m256_hadd
+      #define vec_haddx4 Simd::m256_haddx4
+#elif defined (USE_SSSE3)
+      using acc_vec_t = __m128i;
+      using bias_vec_t = __m128i;
+      using weight_vec_t = __m128i;
+      using in_vec_t = __m128i;
+      #define vec_zero _mm_setzero_si128()
+      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::m128_add_dpbusd_epi32x2
+      #define vec_hadd Simd::m128_hadd
+      #define vec_haddx4 Simd::m128_haddx4
+#elif defined (USE_NEON)
+      using acc_vec_t = int32x4_t;
+      using bias_vec_t = int32x4_t;
+      using weight_vec_t = int8x8_t;
+      using in_vec_t = int8x8_t;
+      #define vec_zero {0}
+      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::neon_m128_add_dpbusd_epi32x2
+      #define vec_hadd Simd::neon_m128_hadd
+      #define vec_haddx4 Simd::neon_m128_haddx4
 #endif
 
-#if defined (USE_AVX512)
+#if defined (USE_SSSE3) || defined (USE_NEON)
+      const in_vec_t* invec = reinterpret_cast<const in_vec_t*>(input);
 
-      constexpr IndexType kNumChunks512 = kPaddedInputDimensions / (kSimdWidth * 2);
-      constexpr IndexType kNumChunks256 = kPaddedInputDimensions / kSimdWidth;
-
-      const auto output = reinterpret_cast<OutputType*>(buffer);
-
-      // Since to saturate a zmm register it takes 64 bytes we
-      // cannot use AVX512 for the smaller affine transforms.
-      // Instead we fallback to a AVX2 implementation if the
-      // kInputDimensions isn't a multiple of 64.
-      // Note that this means that for example for
-      // kInputDimensions of 96 we fallback to AVX2 even though
-      // the first 64 elements could be processed with AVX512.
-      // This is caused by mixing the __m256 and __m512 variables
-      // required to better handle that case and it would
-      // require handling more cases statically not to lose performance.
-      // This should be revisited if such input dimensions are to be considered.
-      [[maybe_unused]] const auto input_vector512 = reinterpret_cast<const __m512i*>(input);
-      [[maybe_unused]] const auto input_vector256 = reinterpret_cast<const __m256i*>(input);
-
-      // kOutputDimensions is either 1 or a multiple of kSimdWidth
-      // because then it is also an input dimension.
-      if constexpr (kOutputDimensions % 16 == 0 && kNumChunks256 == 1)
+      // Perform accumulation to registers for each big block
+      for (IndexType bigBlock = 0; bigBlock < NumBigBlocks; ++bigBlock)
       {
-        for (IndexType i = 0; i < kOutputDimensions; i += 16)
-        {
-          const IndexType offset01a = (i + 0) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset23a = (i + 2) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset45a = (i + 4) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset67a = (i + 6) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset01b = (i + 8) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset23b = (i + 10) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset45b = (i + 12) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset67b = (i + 14) * kPaddedInputDimensions;
-
-          const __m512i bias = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&biases_[i]);
-          __m512i* outptr = reinterpret_cast<__m512i*>(&output[i]);
-
-          const auto row01a = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset01a]);
-          const auto row23a = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset23a]);
-          const auto row45a = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset45a]);
-          const auto row67a = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset67a]);
-          const auto row01b = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset01b]);
-          const auto row23b = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset23b]);
-          const auto row45b = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset45b]);
-          const auto row67b = *reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset67b]);
-
-          const __m256i in256 = input_vector256[0];
-          const __m512i in = _mm512_inserti64x4(_mm512_castsi256_si512(in256), in256, 1);
-
-#if defined (USE_VNNI)
-          __m512i sum01a = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum23a = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum45a = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum67a = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum01b = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum23b = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum45b = _mm512_setzero_si512();
-          __m512i sum67b = _mm512_setzero_si512();
-
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum01a, in, row01a);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum23a, in, row23a);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum45a, in, row45a);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum67a, in, row67a);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum01b, in, row01b);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum23b, in, row23b);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum45b, in, row45b);
-          m512_add_dpbusd_epi32(sum67b, in, row67b);
-#else
-          __m512i sum01a = m512_dpbusd_epi32(in, row01a);
-          __m512i sum23a = m512_dpbusd_epi32(in, row23a);
-          __m512i sum45a = m512_dpbusd_epi32(in, row45a);
-          __m512i sum67a = m512_dpbusd_epi32(in, row67a);
-          __m512i sum01b = m512_dpbusd_epi32(in, row01b);
-          __m512i sum23b = m512_dpbusd_epi32(in, row23b);
-          __m512i sum45b = m512_dpbusd_epi32(in, row45b);
-          __m512i sum67b = m512_dpbusd_epi32(in, row67b);
-#endif
+        acc_vec_t acc[NumOutputRegs] = { vec_zero };
 
-          *outptr = m512_hadd256x16(
-            sum01a, sum23a, sum45a, sum67a,
-            sum01b, sum23b, sum45b, sum67b, bias);
-        }
-      }
-      else if constexpr (kOutputDimensions % 4 == 0)
-      {
-        for (IndexType i = 0; i < kOutputDimensions; i += 4)
+        // Each big block has NumOutputRegs small blocks in each "row", one per register.
+        // We process two small blocks at a time to save on one addition without VNNI.
+        for (IndexType smallBlock = 0; smallBlock < NumSmallBlocksPerOutput; smallBlock += 2)
         {
-          const IndexType offset0 = (i + 0) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset1 = (i + 1) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset2 = (i + 2) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset3 = (i + 3) * kPaddedInputDimensions;
-
-          const __m128i bias = *reinterpret_cast<const __m128i*>(&biases_[i]);
-          __m128i* outptr = reinterpret_cast<__m128i*>(&output[i]);
+          const weight_vec_t* weightvec =
+            reinterpret_cast<const weight_vec_t*>(
+                weights
+              + bigBlock * BigBlockSize
+              + smallBlock * SmallBlockSize * NumOutputRegs);
 
-          if constexpr (kPaddedInputDimensions % (kSimdWidth * 2) == 0)
-          {
-            const auto row0 = reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset0]);
-            const auto row1 = reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset1]);
-            const auto row2 = reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset2]);
-            const auto row3 = reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[offset3]);
-
-#if defined (USE_VNNI)
-            __m512i sum0 = _mm512_setzero_si512();
-            __m512i sum1 = _mm512_setzero_si512();
-            __m512i sum2 = _mm512_setzero_si512();
-            __m512i sum3 = _mm512_setzero_si512();
-            const IndexType kStart = 0;
-#else
-            __m512i sum0 = m512_dpbusd_epi32(input_vector512[0], row0[0]);
-            __m512i sum1 = m512_dpbusd_epi32(input_vector512[0], row1[0]);
-            __m512i sum2 = m512_dpbusd_epi32(input_vector512[0], row2[0]);
-            __m512i sum3 = m512_dpbusd_epi32(input_vector512[0], row3[0]);
-            const IndexType kStart = 1;
-#endif
+          const in_vec_t in0 = invec[smallBlock + 0];
+          const in_vec_t in1 = invec[smallBlock + 1];
 
-            for (IndexType j = kStart; j < kNumChunks512; ++j)
-            {
-              const __m512i in = input_vector512[j];
+          for (IndexType k = 0; k < NumOutputRegs; ++k)
+            vec_add_dpbusd_32x2(acc[k], in0, weightvec[k], in1, weightvec[k + NumOutputRegs]);
+        }
 
-#if defined (USE_VNNI)
-              m512_add_dpbusd_epi32(sum0, in, row0[j]);
-              m512_add_dpbusd_epi32(sum1, in, row1[j]);
-              m512_add_dpbusd_epi32(sum2, in, row2[j]);
-              m512_add_dpbusd_epi32(sum3, in, row3[j]);
-#else
-              sum0 = _mm512_add_epi32(sum0, m512_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
-              sum1 = _mm512_add_epi32(sum1, m512_dpbusd_epi32(in, row1[j]));
-              sum2 = _mm512_add_epi32(sum2, m512_dpbusd_epi32(in, row2[j]));
-              sum3 = _mm512_add_epi32(sum3, m512_dpbusd_epi32(in, row3[j]));
-#endif
-            }
+        // Horizontally add all accumulators.
+        if constexpr (NumOutputRegs % 4 == 0)
+        {
+          bias_vec_t* outputvec = reinterpret_cast<bias_vec_t*>(output);
+          const bias_vec_t* biasvec = reinterpret_cast<const bias_vec_t*>(biases);
 
-            *outptr = m512_haddx4(sum0, sum1, sum2, sum3, bias);
-          }
-          else
+          for (IndexType k = 0; k < NumOutputRegs; k += 4)
           {
-            const auto row0 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset0]);
-            const auto row1 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset1]);
-            const auto row2 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset2]);
-            const auto row3 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset3]);
-
-#if defined (USE_VNNI)
-            __m256i sum0 = _mm256_setzero_si256();
-            __m256i sum1 = _mm256_setzero_si256();
-            __m256i sum2 = _mm256_setzero_si256();
-            __m256i sum3 = _mm256_setzero_si256();
-            const IndexType kStart = 0;
-#else
-            __m256i sum0 = m256_dpbusd_epi32(input_vector256[0], row0[0]);
-            __m256i sum1 = m256_dpbusd_epi32(input_vector256[0], row1[0]);
-            __m256i sum2 = m256_dpbusd_epi32(input_vector256[0], row2[0]);
-            __m256i sum3 = m256_dpbusd_epi32(input_vector256[0], row3[0]);
-            const IndexType kStart = 1;
-#endif
-
-            for (IndexType j = kStart; j < kNumChunks256; ++j)
-            {
-              const __m256i in = input_vector256[j];
-
-#if defined (USE_VNNI)
-              m256_add_dpbusd_epi32(sum0, in, row0[j]);
-              m256_add_dpbusd_epi32(sum1, in, row1[j]);
-              m256_add_dpbusd_epi32(sum2, in, row2[j]);
-              m256_add_dpbusd_epi32(sum3, in, row3[j]);
-#else
-              sum0 = _mm256_add_epi32(sum0, m256_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
-              sum1 = _mm256_add_epi32(sum1, m256_dpbusd_epi32(in, row1[j]));
-              sum2 = _mm256_add_epi32(sum2, m256_dpbusd_epi32(in, row2[j]));
-              sum3 = _mm256_add_epi32(sum3, m256_dpbusd_epi32(in, row3[j]));
-#endif
-            }
-
-            *outptr = m256_haddx4(sum0, sum1, sum2, sum3, bias);
+            const IndexType idx = (bigBlock * NumOutputRegs + k) / 4;
+            outputvec[idx] = vec_haddx4(acc[k+0], acc[k+1], acc[k+2], acc[k+3], biasvec[idx]);
           }
         }
-      }
-      else if constexpr (kOutputDimensions == 1)
-      {
-        if constexpr (kPaddedInputDimensions % (kSimdWidth * 2) == 0)
+        else
         {
-          const auto row0 = reinterpret_cast<const __m512i*>(&weights_[0]);
-
-#if defined (USE_VNNI)
-          __m512i sum0 = _mm512_setzero_si512();
-          const IndexType kStart = 0;
-#else
-          __m512i sum0 = m512_dpbusd_epi32(input_vector512[0], row0[0]);
-          const IndexType kStart = 1;
-#endif
-
-          for (IndexType j = kStart; j < kNumChunks512; ++j)
+          for (IndexType k = 0; k < NumOutputRegs; ++k)
           {
-            const __m512i in = input_vector512[j];
-
-#if defined (USE_VNNI)
-            m512_add_dpbusd_epi32(sum0, in, row0[j]);
-#else
-            sum0 = _mm512_add_epi32(sum0, m512_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
-#endif
+            const IndexType idx = (bigBlock * NumOutputRegs + k);
+            output[idx] = vec_hadd(acc[k], biases[idx]);
           }
-
-          output[0] = m512_hadd(sum0, biases_[0]);
         }
-        else
-        {
-          const auto row0 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[0]);
+      }
 
-#if defined (USE_VNNI)
-          __m256i sum0 = _mm256_setzero_si256();
-          const IndexType kStart = 0;
+# undef vec_zero
+# undef vec_add_dpbusd_32x2
+# undef vec_hadd
+# undef vec_haddx4
 #else
-          __m256i sum0 = m256_dpbusd_epi32(input_vector256[0], row0[0]);
-          const IndexType kStart = 1;
-#endif
-
-          for (IndexType j = kStart; j < kNumChunks256; ++j)
-          {
-            const __m256i in = input_vector256[j];
+      // Use old implementation for the other architectures.
+      affine_transform_non_ssse3<
+        InputDimensions,
+        PaddedInputDimensions,
+        OutputDimensions>(output, weights, biases, input);
 
-#if defined (USE_VNNI)
-            m256_add_dpbusd_epi32(sum0, in, row0[j]);
-#else
-            sum0 = _mm256_add_epi32(sum0, m256_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
 #endif
-          }
 
-          output[0] = m256_hadd(sum0, biases_[0]);
-        }
-      }
-      else
-      {
-        // This case can never happen because kOutputDimensions
-        // is always 1 or a multiple of kSimdWidth.
-        assert(false);
-      }
+      return output;
+    }
 
-#elif defined (USE_AVX2)
+   private:
+    using BiasType = OutputType;
+    using WeightType = std::int8_t;
 
-      constexpr IndexType kNumChunks = kPaddedInputDimensions / kSimdWidth;
+    alignas(CacheLineSize) BiasType biases[OutputDimensions];
+    alignas(CacheLineSize) WeightType weights[OutputDimensions * PaddedInputDimensions];
+  };
 
-      const auto output = reinterpret_cast<OutputType*>(buffer);
-      const auto input_vector = reinterpret_cast<const __m256i*>(input);
+  template <IndexType InDims, IndexType OutDims>
+  class AffineTransform<InDims, OutDims, std::enable_if_t<(ceil_to_multiple<IndexType>(InDims, MaxSimdWidth) < 2*64)>> {
+   public:
+    // Input/output type
+    // Input/output type
+    using InputType = std::uint8_t;
+    using OutputType = std::int32_t;
 
-      // kOutputDimensions is either 1 or a multiple of kSimdWidth
-      // because then it is also an input dimension.
-      if constexpr (kOutputDimensions % 4 == 0)
-      {
-        for (IndexType i = 0; i < kOutputDimensions; i += 4)
-        {
-          const IndexType offset0 = (i + 0) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset1 = (i + 1) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset2 = (i + 2) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset3 = (i + 3) * kPaddedInputDimensions;
-
-          const __m128i bias = *reinterpret_cast<const __m128i*>(&biases_[i]);
-          __m128i* outptr = reinterpret_cast<__m128i*>(&output[i]);
-
-          const auto row0 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset0]);
-          const auto row1 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset1]);
-          const auto row2 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset2]);
-          const auto row3 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[offset3]);
-
-#if defined (USE_VNNI)
-          __m256i sum0 = _mm256_setzero_si256();
-          __m256i sum1 = _mm256_setzero_si256();
-          __m256i sum2 = _mm256_setzero_si256();
-          __m256i sum3 = _mm256_setzero_si256();
-          const IndexType kStart = 0;
-#else
-          __m256i sum0 = m256_dpbusd_epi32(input_vector[0], row0[0]);
-          __m256i sum1 = m256_dpbusd_epi32(input_vector[0], row1[0]);
-          __m256i sum2 = m256_dpbusd_epi32(input_vector[0], row2[0]);
-          __m256i sum3 = m256_dpbusd_epi32(input_vector[0], row3[0]);
-          const IndexType kStart = 1;
-#endif
+    // Number of input/output dimensions
+    static constexpr IndexType InputDimensions = InDims;
+    static constexpr IndexType OutputDimensions = OutDims;
 
-          for (IndexType j = kStart; j < kNumChunks; ++j)
-          {
-            const __m256i in = input_vector[j];
+    static constexpr IndexType PaddedInputDimensions =
+      ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, MaxSimdWidth);
+    static constexpr IndexType PaddedOutputDimensions =
+      ceil_to_multiple<IndexType>(OutputDimensions, MaxSimdWidth);
 
-#if defined (USE_VNNI)
-            m256_add_dpbusd_epi32(sum0, in, row0[j]);
-            m256_add_dpbusd_epi32(sum1, in, row1[j]);
-            m256_add_dpbusd_epi32(sum2, in, row2[j]);
-            m256_add_dpbusd_epi32(sum3, in, row3[j]);
-#else
-            sum0 = _mm256_add_epi32(sum0, m256_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
-            sum1 = _mm256_add_epi32(sum1, m256_dpbusd_epi32(in, row1[j]));
-            sum2 = _mm256_add_epi32(sum2, m256_dpbusd_epi32(in, row2[j]));
-            sum3 = _mm256_add_epi32(sum3, m256_dpbusd_epi32(in, row3[j]));
-#endif
-          }
+    using OutputBuffer = OutputType[PaddedOutputDimensions];
 
-          *outptr = m256_haddx4(sum0, sum1, sum2, sum3, bias);
-        }
-      }
-      else if constexpr (kOutputDimensions == 1)
-      {
-        const auto row0 = reinterpret_cast<const __m256i*>(&weights_[0]);
+    static_assert(PaddedInputDimensions < 128, "Something went wrong. This specialization should not have been chosen.");
 
-#if defined (USE_VNNI)
-        __m256i sum0 = _mm256_setzero_si256();
-        const IndexType kStart = 0;
-#else
-        __m256i sum0 = m256_dpbusd_epi32(input_vector[0], row0[0]);
-        const IndexType kStart = 1;
+#if defined (USE_SSSE3)
+    static constexpr const IndexType OutputSimdWidth = SimdWidth / 4;
+    static constexpr const IndexType InputSimdWidth = SimdWidth;
 #endif
 
-        for (IndexType j = kStart; j < kNumChunks; ++j)
-        {
-          const __m256i in = input_vector[j];
+    // Hash value embedded in the evaluation file
+    static constexpr std::uint32_t get_hash_value(std::uint32_t prevHash) {
+      std::uint32_t hashValue = 0xCC03DAE4u;
+      hashValue += OutputDimensions;
+      hashValue ^= prevHash >> 1;
+      hashValue ^= prevHash << 31;
+      return hashValue;
+    }
+
+    static IndexType get_weight_index_scrambled(IndexType i)
+    {
+      return
+        (i / 4) % (PaddedInputDimensions / 4) * OutputDimensions * 4 +
+        i / PaddedInputDimensions * 4 +
+        i % 4;
+    }
 
-#if defined (USE_VNNI)
-          m256_add_dpbusd_epi32(sum0, in, row0[j]);
+    static IndexType get_weight_index(IndexType i)
+    {
+#if defined (USE_SSSE3)
+      return get_weight_index_scrambled(i);
 #else
-          sum0 = _mm256_add_epi32(sum0, m256_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
+      return i;
 #endif
-        }
-
-        output[0] = m256_hadd(sum0, biases_[0]);
-      }
-      else
-      {
-        // This case can never happen because kOutputDimensions
-        // is always 1 or a multiple of kSimdWidth.
-        assert(false);
-      }
-
-#elif defined (USE_SSSE3)
+    }
 
-      constexpr IndexType kNumChunks = kPaddedInputDimensions / kSimdWidth;
+    // Read network parameters
+    bool read_parameters(std::istream& stream) {
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions; ++i)
+        biases[i] = read_little_endian<BiasType>(stream);
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions * PaddedInputDimensions; ++i)
+        weights[get_weight_index(i)] = read_little_endian<WeightType>(stream);
 
-      auto output = reinterpret_cast<OutputType*>(buffer);
-      const auto input_vector = reinterpret_cast<const __m128i*>(input);
+      return !stream.fail();
+    }
 
-      // kOutputDimensions is either 1 or a multiple of kSimdWidth
-      // because then it is also an input dimension.
-      if constexpr (kOutputDimensions % 4 == 0)
-      {
-        for (IndexType i = 0; i < kOutputDimensions; i += 4)
-        {
-          const IndexType offset0 = (i + 0) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset1 = (i + 1) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset2 = (i + 2) * kPaddedInputDimensions;
-          const IndexType offset3 = (i + 3) * kPaddedInputDimensions;
+    // Write network parameters
+    bool write_parameters(std::ostream& stream) const {
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions; ++i)
+        write_little_endian<BiasType>(stream, biases[i]);
 
-          const __m128i bias = *reinterpret_cast<const __m128i*>(&biases_[i]);
-          __m128i* outptr = reinterpret_cast<__m128i*>(&output[i]);
+      for (std::size_t i = 0; i < OutputDimensions * PaddedInputDimensions; ++i)
+        write_little_endian<WeightType>(stream, weights[get_weight_index(i)]);
 
-          const auto row0 = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights_[offset0]);
-          const auto row1 = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights_[offset1]);
-          const auto row2 = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights_[offset2]);
-          const auto row3 = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights_[offset3]);
+      return !stream.fail();
+    }
+    // Forward propagation
+    const OutputType* propagate(
+        const InputType* input, OutputType* output) const {
 
-          __m128i sum0 = m128_dpbusd_epi32(input_vector[0], row0[0]);
-          __m128i sum1 = m128_dpbusd_epi32(input_vector[0], row1[0]);
-          __m128i sum2 = m128_dpbusd_epi32(input_vector[0], row2[0]);
-          __m128i sum3 = m128_dpbusd_epi32(input_vector[0], row3[0]);
+#if defined (USE_AVX2)
+      using vec_t = __m256i;
+      #define vec_setzero _mm256_setzero_si256
+      #define vec_set_32 _mm256_set1_epi32
+      #define vec_add_dpbusd_32 Simd::m256_add_dpbusd_epi32
+      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::m256_add_dpbusd_epi32x2
+      #define vec_add_dpbusd_32x4 Simd::m256_add_dpbusd_epi32x4
+      #define vec_hadd Simd::m256_hadd
+      #define vec_haddx4 Simd::m256_haddx4
+#elif defined (USE_SSSE3)
+      using vec_t = __m128i;
+      #define vec_setzero _mm_setzero_si128
+      #define vec_set_32 _mm_set1_epi32
+      #define vec_add_dpbusd_32 Simd::m128_add_dpbusd_epi32
+      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::m128_add_dpbusd_epi32x2
+      #define vec_add_dpbusd_32x4 Simd::m128_add_dpbusd_epi32x4
+      #define vec_hadd Simd::m128_hadd
+      #define vec_haddx4 Simd::m128_haddx4
+#endif
 
-          for (int j = 1; j < (int)kNumChunks; ++j)
-          {
-            const __m128i in = input_vector[j];
+#if defined (USE_SSSE3)
+      const auto inputVector = reinterpret_cast<const vec_t*>(input);
 
-            sum0 = _mm_add_epi32(sum0, m128_dpbusd_epi32(in, row0[j]));
-            sum1 = _mm_add_epi32(sum1, m128_dpbusd_epi32(in, row1[j]));
-            sum2 = _mm_add_epi32(sum2, m128_dpbusd_epi32(in, row2[j]));
-            sum3 = _mm_add_epi32(sum3, m128_dpbusd_epi32(in, row3[j]));
-          }
+      static_assert(OutputDimensions % OutputSimdWidth == 0 || OutputDimensions == 1);
 
-          *outptr = m128_haddx4(sum0, sum1, sum2, sum3, bias);
-        }
-      }
-      else if constexpr (kOutputDimensions == 1)
+      if constexpr (OutputDimensions % OutputSimdWidth == 0)
       {
-        const auto row0 = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights_[0]);
+        constexpr IndexType NumChunks = ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, 8) / 4;
+        constexpr IndexType NumRegs = OutputDimensions / OutputSimdWidth;
 
-        __m128i sum0 = m128_dpbusd_epi32(input_vector[0], row0[0]);
+        const auto input32 = reinterpret_cast<const std::int32_t*>(input);
+        const vec_t* biasvec = reinterpret_cast<const vec_t*>(biases);
+        vec_t acc[NumRegs];
+        for (IndexType k = 0; k < NumRegs; ++k)
+          acc[k] = biasvec[k];
 
-        for (int j = 1; j < (int)kNumChunks; ++j)
-          sum0 = _mm_add_epi32(sum0, m128_dpbusd_epi32(input_vector[j], row0[j]));
+        for (IndexType i = 0; i < NumChunks; i += 2)
+        {
+          const vec_t in0 = vec_set_32(input32[i + 0]);
+          const vec_t in1 = vec_set_32(input32[i + 1]);
+          const auto col0 = reinterpret_cast<const vec_t*>(&weights[(i + 0) * OutputDimensions * 4]);
+          const auto col1 = reinterpret_cast<const vec_t*>(&weights[(i + 1) * OutputDimensions * 4]);
+          for (IndexType k = 0; k < NumRegs; ++k)
+            vec_add_dpbusd_32x2(acc[k], in0, col0[k], in1, col1[k]);
+        }
 
-        output[0] = m128_hadd(sum0, biases_[0]);
+        vec_t* outptr = reinterpret_cast<vec_t*>(output);
+        for (IndexType k = 0; k < NumRegs; ++k)
+          outptr[k] = acc[k];
       }
-      else
+      else if constexpr (OutputDimensions == 1)
       {
-        // This case can never happen because kOutputDimensions
-        // is always 1 or a multiple of kSimdWidth.
-        assert(false);
-      }
-
-#else
-
-// Use old implementation for the other architectures.
-
-      auto output = reinterpret_cast<OutputType*>(buffer);
-
-#if defined(USE_SSE2)
-      constexpr IndexType kNumChunks = kPaddedInputDimensions / kSimdWidth;
-#ifndef USE_SSSE3
-      const __m128i kZeros = _mm_setzero_si128();
-#else
-      const __m128i kOnes = _mm_set1_epi16(1);
-#endif
-      const auto input_vector = reinterpret_cast<const __m128i*>(input);
-
-#elif defined(USE_MMX)
-      constexpr IndexType kNumChunks = kPaddedInputDimensions / kSimdWidth;
-      const __m64 kZeros = _mm_setzero_si64();
-      const auto input_vector = reinterpret_cast<const __m64*>(input);
-
-#elif defined(USE_NEON)
-      constexpr IndexType kNumChunks = kPaddedInputDimensions / kSimdWidth;
-      const auto input_vector = reinterpret_cast<const int8x8_t*>(input);
-#endif
-
-      for (IndexType i = 0; i < kOutputDimensions; ++i) {
-        const IndexType offset = i * kPaddedInputDimensions;
-
-#if defined(USE_SSE2)
-        __m128i sum_lo = _mm_cvtsi32_si128(biases_[i]);
-        __m128i sum_hi = kZeros;
-        const auto row = reinterpret_cast<const __m128i*>(&weights_[offset]);
-        for (IndexType j = 0; j < kNumChunks; ++j) {
-          __m128i row_j = _mm_load_si128(&row[j]);
-          __m128i input_j = _mm_load_si128(&input_vector[j]);
-          __m128i extended_row_lo = _mm_srai_epi16(_mm_unpacklo_epi8(row_j, row_j), 8);
-          __m128i extended_row_hi = _mm_srai_epi16(_mm_unpackhi_epi8(row_j, row_j), 8);
-          __m128i extended_input_lo = _mm_unpacklo_epi8(input_j, kZeros);
-          __m128i extended_input_hi = _mm_unpackhi_epi8(input_j, kZeros);
-          __m128i product_lo = _mm_madd_epi16(extended_row_lo, extended_input_lo);
-          __m128i product_hi = _mm_madd_epi16(extended_row_hi, extended_input_hi);
-          sum_lo = _mm_add_epi32(sum_lo, product_lo);
-          sum_hi = _mm_add_epi32(sum_hi, product_hi);
-        }
-        __m128i sum = _mm_add_epi32(sum_lo, sum_hi);
-        __m128i sum_high_64 = _mm_shuffle_epi32(sum, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2));
-        sum = _mm_add_epi32(sum, sum_high_64);
-        __m128i sum_second_32 = _mm_shufflelo_epi16(sum, _MM_SHUFFLE(1, 0, 3, 2));
-        sum = _mm_add_epi32(sum, sum_second_32);
-        output[i] = _mm_cvtsi128_si32(sum);
-
-#elif defined(USE_MMX)
-        __m64 sum_lo = _mm_cvtsi32_si64(biases_[i]);
-        __m64 sum_hi = kZeros;
-        const auto row = reinterpret_cast<const __m64*>(&weights_[offset]);
-        for (IndexType j = 0; j < kNumChunks; ++j) {
-          __m64 row_j = row[j];
-          __m64 input_j = input_vector[j];
-          __m64 extended_row_lo = _mm_srai_pi16(_mm_unpacklo_pi8(row_j, row_j), 8);
-          __m64 extended_row_hi = _mm_srai_pi16(_mm_unpackhi_pi8(row_j, row_j), 8);
-          __m64 extended_input_lo = _mm_unpacklo_pi8(input_j, kZeros);
-          __m64 extended_input_hi = _mm_unpackhi_pi8(input_j, kZeros);
-          __m64 product_lo = _mm_madd_pi16(extended_row_lo, extended_input_lo);
-          __m64 product_hi = _mm_madd_pi16(extended_row_hi, extended_input_hi);
-          sum_lo = _mm_add_pi32(sum_lo, product_lo);
-          sum_hi = _mm_add_pi32(sum_hi, product_hi);
-        }
-        __m64 sum = _mm_add_pi32(sum_lo, sum_hi);
-        sum = _mm_add_pi32(sum, _mm_unpackhi_pi32(sum, sum));
-        output[i] = _mm_cvtsi64_si32(sum);
-
-#elif defined(USE_NEON)
-        int32x4_t sum = {biases_[i]};
-        const auto row = reinterpret_cast<const int8x8_t*>(&weights_[offset]);
-        for (IndexType j = 0; j < kNumChunks; ++j) {
-          int16x8_t product = vmull_s8(input_vector[j * 2], row[j * 2]);
-          product = vmlal_s8(product, input_vector[j * 2 + 1], row[j * 2 + 1]);
-          sum = vpadalq_s16(sum, product);
-        }
-        output[i] = sum[0] + sum[1] + sum[2] + sum[3];
+        constexpr IndexType NumChunks = PaddedInputDimensions / SimdWidth;
+        vec_t sum0 = vec_setzero();
+        const auto row0 = reinterpret_cast<const vec_t*>(&weights[0]);
 
-#else
-        OutputType sum = biases_[i];
-        for (IndexType j = 0; j < kInputDimensions; ++j) {
-          sum += weights_[offset + j] * input[j];
+        for (int j = 0; j < (int)NumChunks; ++j)
+        {
+          const vec_t in = inputVector[j];
+          vec_add_dpbusd_32(sum0, in, row0[j]);
         }
-        output[i] = sum;
-#endif
-
+        output[0] = vec_hadd(sum0, biases[0]);
       }
-#if defined(USE_MMX)
-      _mm_empty();
-#endif
 
+# undef vec_setzero
+# undef vec_set_32
+# undef vec_add_dpbusd_32
+# undef vec_add_dpbusd_32x2
+# undef vec_add_dpbusd_32x4
+# undef vec_hadd
+# undef vec_haddx4
+#else
+      // Use old implementation for the other architectures.
+      affine_transform_non_ssse3<
+        InputDimensions,
+        PaddedInputDimensions,
+        OutputDimensions>(output, weights, biases, input);
 #endif
 
       return output;
@@ -748,13 +530,10 @@ namespace Eval::NNUE::Layers {
     using BiasType = OutputType;
     using WeightType = std::int8_t;
 
-    PreviousLayer previous_layer_;
-
-    alignas(kCacheLineSize) BiasType biases_[kOutputDimensions];
-    alignas(kCacheLineSize)
-        WeightType weights_[kOutputDimensions * kPaddedInputDimensions];
+    alignas(CacheLineSize) BiasType biases[OutputDimensions];
+    alignas(CacheLineSize) WeightType weights[OutputDimensions * PaddedInputDimensions];
   };
 
-}  // namespace Eval::NNUE::Layers
+}  // namespace Stockfish::Eval::NNUE::Layers
 
 #endif // #ifndef NNUE_LAYERS_AFFINE_TRANSFORM_H_INCLUDED