]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/nnue/layers/affine_transform.h
remove large input specialization
[stockfish] / src / nnue / layers / affine_transform.h
index 9e2f2f97323c71d1d959b01c001154665ea70773..b0169306cb7c275f75a5f72e43c57f7f8299b08f 100644 (file)
 
 /*
   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 (a specialization for large inputs):
-    - 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 (a specialization for small inputs):
-    - used when the PaddedInputDimensions < 128
+
     - 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
 */
@@ -55,7 +40,7 @@
 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.
+// 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)
@@ -159,18 +144,8 @@ namespace Stockfish::Eval::NNUE::Layers {
   }
 #endif
 
-  template <IndexType InDims, IndexType OutDims, typename Enabled = void>
-  class AffineTransform;
-
-#if defined (USE_AVX512)
-  constexpr IndexType LargeInputSize = 2 * 64;
-#else
-  constexpr IndexType LargeInputSize = std::numeric_limits<IndexType>::max();
-#endif
-
-  // A specialization for large inputs
   template <IndexType InDims, IndexType OutDims>
-  class AffineTransform<InDims, OutDims, std::enable_if_t<(ceil_to_multiple<IndexType>(InDims, MaxSimdWidth) >= LargeInputSize)>> {
+  class AffineTransform {
    public:
     // Input/output type
     using InputType = std::uint8_t;
@@ -187,236 +162,6 @@ namespace Stockfish::Eval::NNUE::Layers {
 
     using OutputBuffer = OutputType[PaddedOutputDimensions];
 
-    static_assert(PaddedInputDimensions >= LargeInputSize, "Something went wrong. This specialization (for large inputs) should not have been chosen.");
-
-#if defined (USE_AVX512)
-    static constexpr IndexType InputSimdWidth = 64;
-    static constexpr IndexType MaxNumOutputRegs = 16;
-#elif defined (USE_AVX2)
-    static constexpr IndexType InputSimdWidth = 32;
-    static constexpr IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
-#elif defined (USE_SSSE3)
-    static constexpr IndexType InputSimdWidth = 16;
-    static constexpr IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
-#elif defined (USE_NEON_DOTPROD)
-    static constexpr IndexType InputSimdWidth = 16;
-    static constexpr IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
-#elif defined (USE_NEON)
-    static constexpr IndexType InputSimdWidth = 8;
-    static constexpr IndexType MaxNumOutputRegs = 8;
-#else
-    // The fallback implementation will not have permuted weights.
-    // We define these to avoid a lot of ifdefs later.
-    static constexpr IndexType InputSimdWidth = 1;
-    static constexpr IndexType MaxNumOutputRegs = 1;
-#endif
-
-    // 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]
-
-    static constexpr IndexType NumOutputRegs = std::min(MaxNumOutputRegs, OutputDimensions);
-    static constexpr IndexType SmallBlockSize = InputSimdWidth;
-    static constexpr IndexType BigBlockSize = NumOutputRegs * PaddedInputDimensions;
-    static constexpr IndexType NumSmallBlocksInBigBlock = BigBlockSize / SmallBlockSize;
-    static constexpr IndexType NumSmallBlocksPerOutput = PaddedInputDimensions / SmallBlockSize;
-    static constexpr IndexType NumBigBlocks = OutputDimensions / NumOutputRegs;
-
-    static_assert(OutputDimensions % NumOutputRegs == 0);
-
-    // 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;
-    }
-
-    /*
-      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;
-    }
-
-    // Read network parameters
-    bool read_parameters(std::istream& stream) {
-      read_little_endian<BiasType>(stream, biases, OutputDimensions);
-
-      for (IndexType i = 0; i < OutputDimensions * PaddedInputDimensions; ++i)
-        weights[get_weight_index(i)] = read_little_endian<WeightType>(stream);
-
-      return !stream.fail();
-    }
-
-    // Write network parameters
-    bool write_parameters(std::ostream& stream) const {
-      write_little_endian<BiasType>(stream, biases, OutputDimensions);
-
-      for (IndexType i = 0; i < OutputDimensions * PaddedInputDimensions; ++i)
-        write_little_endian<WeightType>(stream, weights[get_weight_index(i)]);
-
-      return !stream.fail();
-    }
-
-    // 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_DOTPROD)
-      using acc_vec_t = int32x4_t;
-      using bias_vec_t = int32x4_t;
-      using weight_vec_t = int8x16_t;
-      using in_vec_t = int8x16_t;
-      #define vec_zero {0}
-      #define vec_add_dpbusd_32x2 Simd::dotprod_m128_add_dpbusd_epi32x2
-      #define vec_hadd Simd::neon_m128_hadd
-      #define vec_haddx4 Simd::neon_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_SSSE3) || defined (USE_NEON)
-      const in_vec_t* invec = reinterpret_cast<const in_vec_t*>(input);
-
-      // Perform accumulation to registers for each big block
-      for (IndexType bigBlock = 0; bigBlock < NumBigBlocks; ++bigBlock)
-      {
-        acc_vec_t acc[NumOutputRegs] = { vec_zero };
-
-        // 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 weight_vec_t* weightvec =
-            reinterpret_cast<const weight_vec_t*>(
-                weights
-              + bigBlock * BigBlockSize
-              + smallBlock * SmallBlockSize * NumOutputRegs);
-
-          const in_vec_t in0 = invec[smallBlock + 0];
-          const in_vec_t in1 = invec[smallBlock + 1];
-
-          for (IndexType k = 0; k < NumOutputRegs; ++k)
-            vec_add_dpbusd_32x2(acc[k], in0, weightvec[k], in1, weightvec[k + NumOutputRegs]);
-        }
-
-        // 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);
-
-          for (IndexType k = 0; k < NumOutputRegs; k += 4)
-          {
-            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
-        {
-          for (IndexType k = 0; k < NumOutputRegs; ++k)
-          {
-            const IndexType idx = (bigBlock * NumOutputRegs + k);
-            output[idx] = vec_hadd(acc[k], biases[idx]);
-          }
-        }
-      }
-
-# undef vec_zero
-# undef vec_add_dpbusd_32x2
-# 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;
-    }
-
-   private:
-    using BiasType = OutputType;
-    using WeightType = std::int8_t;
-
-    alignas(CacheLineSize) BiasType biases[OutputDimensions];
-    alignas(CacheLineSize) WeightType weights[OutputDimensions * PaddedInputDimensions];
-  };
-
-  // A specialization for small inputs
-  template <IndexType InDims, IndexType OutDims>
-  class AffineTransform<InDims, OutDims, std::enable_if_t<(ceil_to_multiple<IndexType>(InDims, MaxSimdWidth) < LargeInputSize)>> {
-   public:
-    // Input/output type
-    // Input/output type
-    using InputType = std::uint8_t;
-    using OutputType = std::int32_t;
-
-    // Number of input/output dimensions
-    static constexpr IndexType InputDimensions = InDims;
-    static constexpr IndexType OutputDimensions = OutDims;
-
-    static constexpr IndexType PaddedInputDimensions =
-      ceil_to_multiple<IndexType>(InputDimensions, MaxSimdWidth);
-    static constexpr IndexType PaddedOutputDimensions =
-      ceil_to_multiple<IndexType>(OutputDimensions, MaxSimdWidth);
-
-    using OutputBuffer = OutputType[PaddedOutputDimensions];
-
-    static_assert(PaddedInputDimensions < LargeInputSize, "Something went wrong. This specialization (for small inputs) should not have been chosen.");
-
     // Hash value embedded in the evaluation file
     static constexpr std::uint32_t get_hash_value(std::uint32_t prevHash) {
       std::uint32_t hashValue = 0xCC03DAE4u;