maxpool_layer on CPU uses AVX2 and OpenMP

AlexeyAB

2018-08-21 8436251a05ec0cfa906089ee022db17498e6f65f

maxpool_layer on CPU uses AVX2 and OpenMP

 src/gemm.c

@@ -5,6 +5,7 @@
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <float.h>

#if defined(_OPENMP)
#include <omp.h>
@@ -594,7 +595,7 @@
    static int max_num_threads = 0;
    if (max_num_threads == 0) {
        max_num_threads = omp_get_max_threads();
        omp_set_num_threads(4);// max_num_threads / 2);
        omp_set_num_threads( max_num_threads / 2);
    }
#endif

@@ -1167,6 +1168,100 @@
}


void forward_maxpool_layer_avx(float *src, float *dst, int *indexes, int size, int w, int h, int out_w, int out_h, int c,
    int pad, int stride, int batch)
{

    int w_offset = -pad / 2;
    int h_offset = -pad / 2;
    int b, k;

    for (b = 0; b < batch; ++b) {
        #pragma omp parallel for
        for (k = 0; k < c; ++k) {
            int i, j, m, n;
            for (i = 0; i < out_h; ++i) {
                //for (j = 0; j < out_w; ++j) {
                j = 0;

                if(stride == 1 && is_avx() == 1) {
                    for (j = 0; j < out_w - 8 - (size - 1); j += 8) {
                        int out_index = j + out_w*(i + out_h*(k + c*b));
                        __m256 max256 = _mm256_set1_ps(-FLT_MAX);
                        for (n = 0; n < size; ++n) {
                            for (m = 0; m < size; ++m) {
                                int cur_h = h_offset + i*stride + n;
                                int cur_w = w_offset + j*stride + m;
                                int index = cur_w + w*(cur_h + h*(k + b*c));
                                int valid = (cur_h >= 0 && cur_h < h &&
                                    cur_w >= 0 && cur_w < w);
                                if (!valid) continue;

                                __m256 src256 = _mm256_loadu_ps(&src[index]);
                                max256 = _mm256_max_ps(src256, max256);
                            }
                        }
                        _mm256_storeu_ps(&dst[out_index], max256);

                    }
                }
                else if (size == 2 && stride == 2 && is_avx() == 1) {
                    for (j = 0; j < out_w - 4; j += 4) {
                        int out_index = j + out_w*(i + out_h*(k + c*b));
                        float max = -FLT_MAX;
                        int max_i = -1;
                        __m128 max128 = _mm_set1_ps(-FLT_MAX);

                        for (n = 0; n < size; ++n) {
                            //for (m = 0; m < size; ++m)
                            m = 0;
                            {
                                int cur_h = h_offset + i*stride + n;
                                int cur_w = w_offset + j*stride + m;
                                int index = cur_w + w*(cur_h + h*(k + b*c));
                                int valid = (cur_h >= 0 && cur_h < h &&
                                    cur_w >= 0 && cur_w < w);
                                if (!valid) continue;

                                __m256 src256 = _mm256_loadu_ps(&src[index]);
                                __m256 src256_2 = _mm256_permute_ps(src256, (1 << 0) | (3 << 4));
                                __m256 max256 = _mm256_max_ps(src256, src256_2);

                                __m128 src128_0 = _mm256_extractf128_ps(max256, 0);
                                __m128 src128_1 = _mm256_extractf128_ps(max256, 1);
                                __m128 src128 = _mm_shuffle_ps(src128_0, src128_1, (2 << 2) | (2 << 6));

                                max128 = _mm_max_ps(src128, max128);
                            }
                        }
                        _mm_storeu_ps(&dst[out_index], max128);
                    }
                }

                for (; j < out_w; ++j) {
                    int out_index = j + out_w*(i + out_h*(k + c*b));
                    float max = -FLT_MAX;
                    int max_i = -1;
                    for (n = 0; n < size; ++n) {
                        for (m = 0; m < size; ++m) {
                            int cur_h = h_offset + i*stride + n;
                            int cur_w = w_offset + j*stride + m;
                            int index = cur_w + w*(cur_h + h*(k + b*c));
                            int valid = (cur_h >= 0 && cur_h < h &&
                                cur_w >= 0 && cur_w < w);
                            float val = (valid != 0) ? src[index] : -FLT_MAX;
                            max_i = (val > max) ? index : max_i;
                            max = (val > max) ? val : max;
                        }
                    }
                    dst[out_index] = max;
                    indexes[out_index] = max_i;
                }
            }
        }
    }
}

#else

void gemm_nn(int M, int N, int K, float ALPHA,
@@ -1283,6 +1378,8 @@
    int channels, int height, int width,
    int ksize, int stride, int pad, float* data_col)
{
    im2col_cpu(data_im, channels, height, width, ksize, stride, pad, data_col);
    return;

    int c, h, w;
    int height_col = (height + 2 * pad - ksize) / stride + 1;
@@ -1304,7 +1401,7 @@
                    int col_index = (c * height_col + h) * width_col + w;

                    data_col[col_index] = data_im[im_col + width*(im_row + height*c_im)];
    }
                }

                for (; w < width_col - pad; ++w) {
                    int im_row = h_offset + h - pad;
@@ -1313,7 +1410,7 @@

                    data_col[col_index] = data_im[im_col + width*(im_row + height*c_im)];
                }
}
    }

            {
                w = 0;
@@ -1445,7 +1542,44 @@
            }
        }
}
#endif    // __x86_64

void forward_maxpool_layer_avx(float *src, float *dst, int *indexes, int size, int w, int h, int out_w, int out_h, int c,
    int pad, int stride, int batch)
{
    int b, k;
    int w_offset = -pad / 2;
    int h_offset = -pad / 2;

    for (b = 0; b < batch; ++b) {
        #pragma omp parallel for
        for (k = 0; k < c; ++k) {
            int i, j, m, n;
            for (i = 0; i < out_h; ++i) {
                for (j = 0; j < out_w; ++j) {
                    int out_index = j + out_w*(i + out_h*(k + c*b));
                    float max = -FLT_MAX;
                    int max_i = -1;
                    for (n = 0; n < size; ++n) {
                        for (m = 0; m < size; ++m) {
                            int cur_h = h_offset + i*stride + n;
                            int cur_w = w_offset + j*stride + m;
                            int index = cur_w + w*(cur_h + h*(k + b*c));
                            int valid = (cur_h >= 0 && cur_h < h &&
                                cur_w >= 0 && cur_w < w);
                            float val = (valid != 0) ? src[index] : -FLT_MAX;
                            max_i = (val > max) ? index : max_i;
                            max = (val > max) ? val : max;
                        }
                    }
                    dst[out_index] = max;
                    indexes[out_index] = max_i;
                }
            }
        }
    }
}

#endif    // AVX

void gemm_nt(int M, int N, int K, float ALPHA,
        float *A, int lda,

 src/gemm.h

@@ -46,6 +46,11 @@
        float *B, int ldb,
        float *C, int ldc);


void forward_maxpool_layer_avx(float *src, float *dst, int *indexes, int size, int w, int h, int out_w, int out_h, int c,
    int pad, int stride, int batch);


void gemm(int TA, int TB, int M, int N, int K, float ALPHA,
                    float *A, int lda,
                    float *B, int ldb,

 src/maxpool_layer.c

@@ -1,5 +1,6 @@
#include "maxpool_layer.h"
#include "cuda.h"
#include "gemm.h"
#include <stdio.h>

image get_maxpool_image(maxpool_layer l)
@@ -79,6 +80,11 @@

void forward_maxpool_layer(const maxpool_layer l, network_state state)
{
    if (!state.train) {
        forward_maxpool_layer_avx(state.input, l.output, l.indexes, l.size, l.w, l.h, l.out_w, l.out_h, l.c, l.pad, l.stride, l.batch);
        return;
    }

    int b,i,j,k,m,n;
    int w_offset = -l.pad / 2;
    int h_offset = -l.pad / 2;