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/*
* Copyright 2023 The DAPHNE Consortium
*
* Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
* you may not use this file except in compliance with the License.
* You may obtain a copy of the License at
*
* http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
*
* Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
* distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
* WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
* See the License for the specific language governing permissions and
* limitations under the License.
*/
#include "MatMul.h"
#include <cblas.h>
#include <Eigen/Dense>
#include <Eigen/src/Core/util/Constants.h>
#include <cstdint>
#include <spdlog/spdlog.h>
// ****************************************************************************
// DOT
// ****************************************************************************
template<typename T>
T launch_dot(const int32_t n, const T* x, const int32_t incx, const T* y, const int32_t incy);
template<>
float launch_dot(const int32_t n, const float* x, const int32_t incx, const float* y, const int32_t incy) {
return cblas_sdot(n, x, incx, y, incy);
}
template<>
double launch_dot(const int32_t n, const double* x, const int32_t incx, const double* y, const int32_t incy) {
return cblas_ddot(n, x, incx, y, incy);
}
template<>
int32_t launch_dot(const int32_t n, const int32_t* x, const int32_t incx, const int32_t* y, const int32_t incy) {
auto e_x = Eigen::Vector<int32_t, Eigen::Dynamic>::Map(x, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incx));
auto e_y = Eigen::Vector<int32_t, Eigen::Dynamic>::Map(y, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incy));
return e_x.dot(e_y);
}
template<>
int64_t launch_dot(const int32_t n, const int64_t* x, const int32_t incx, const int64_t* y, const int32_t incy) {
auto e_x = Eigen::Vector<int64_t, Eigen::Dynamic>::Map(x, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incx));
auto e_y = Eigen::Vector<int64_t, Eigen::Dynamic>::Map(y, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incy));
return e_x.dot(e_y);
}
// ****************************************************************************
// GEMV
// ****************************************************************************
template<typename T>
void launch_gemv(bool transa, bool transb, size_t m, size_t n, const T alpha, const T* A, const int32_t lda,
const T* x, const int32_t incx, const T beta, T* y, const int32_t incy);
template<>
void launch_gemv(bool transa, bool transb, size_t m, size_t n, const float alpha, const float* A, const int32_t lda,
const float* x, const int32_t incx, const float beta, float* y, const int32_t incy) {
cblas_sgemv(CblasRowMajor, transa ? CblasTrans : CblasNoTrans, m, n, alpha, A, lda, x, incx, beta, y, incy);
}
template<>
void launch_gemv(bool transa, bool transb, size_t m, size_t n, const double alpha, const double* A, const int32_t lda,
const double* x, const int32_t incx, const double beta, double* y, const int32_t incy) {
cblas_dgemv(CblasRowMajor, transa ? CblasTrans : CblasNoTrans, m, n, alpha, A, lda, x, incx, beta, y, incy);
}
template<>
void launch_gemv(bool transa, bool transb, size_t m, size_t n, const int32_t alpha, const int32_t* A, const int32_t lda,
const int32_t* x, const int32_t incx, const int32_t beta, int32_t* y, const int32_t incy) {
if(transa) {
auto e_A = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, lda)).transpose();
auto e_x = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(x, m, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incx));
auto e_y = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(y, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incy));
e_y.noalias() = e_A * e_x;
}
else {
auto e_A = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, lda));
auto e_x = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(x, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incx));
auto e_y = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(y, m, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incy));
e_y.noalias() = e_A * e_x;
}
}
template<>
void launch_gemv(bool transa, bool transb, size_t m, size_t n, const int64_t alpha, const int64_t* A, const int32_t lda,
const int64_t* x, const int32_t incx, const int64_t beta, int64_t* y, const int32_t incy) {
if(transa) {
auto e_A = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, lda)).transpose();
auto e_x = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(x, m, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incx));
auto e_y = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(y, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incy));
e_y.noalias() = e_A * e_x;
}
else {
auto e_A = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, lda));
auto e_x = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(x, n, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incx));
auto e_y = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(y, m, 1,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, incy));
e_y.noalias() = e_A * e_x;
}
}
// ****************************************************************************
// GEMM
// ****************************************************************************
template<typename T>
void launch_gemm(bool transa, bool transb, const int32_t m, const int32_t n, const int32_t k, const T alpha, const T* A,
int32_t lda, const T* B, int32_t ldb, const T beta, T *C, int32_t ldc);
template<>
[[maybe_unused]] void launch_gemm<float>(bool transa, bool transb, const int32_t m, const int32_t n, const int32_t k,
const float alpha, const float* A, const int32_t lda, const float* B, const int32_t ldb, const float beta,
float *C, const int32_t ldc) {
cblas_sgemm(CblasRowMajor, transa ? CblasTrans : CblasNoTrans, transb ? CblasTrans : CblasNoTrans,
m, n, k, alpha, A, lda, B, ldb, beta, C, ldc);
}
template<>
[[maybe_unused]] void launch_gemm<double>(bool transa, bool transb, const int32_t m, const int32_t n, const int32_t k,
const double alpha, const double* A, const int32_t lda, const double* B, const int32_t ldb, const double beta,
double *C, const int32_t ldc) {
cblas_dgemm(CblasRowMajor, transa ? CblasTrans : CblasNoTrans, transb ? CblasTrans : CblasNoTrans,
m, n, k, alpha, A, lda, B, ldb, beta, C, ldc);
}
template<>
[[maybe_unused]] void launch_gemm<int32_t>(bool transa, bool transb, const int32_t m, const int32_t n, const int32_t k,
const int32_t alpha, const int32_t* A, int32_t lda, const int32_t* B, int32_t ldb, const int32_t beta, int32_t *C,
int32_t ldc) {
if(transa && transb) {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, k, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, lda)).transpose();
auto eigenB = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, n, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldb)).transpose();
auto eigenC = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, n, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
else if (transa) {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, k, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, lda)).transpose();
auto eigenB = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, n, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldb));
auto eigenC = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, n, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
else if (transb) {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, lda));
auto eigenB = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, n, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldb)).transpose();
auto eigenC = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
else {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, lda));
auto eigenB = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, k, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, ldb));
auto eigenC = Eigen::Matrix<int32_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
}
template<>
[[maybe_unused]] void launch_gemm<int64_t>(bool transa, bool transb, const int32_t m, const int32_t n, const int32_t k,
const int64_t alpha, const int64_t* A, int32_t lda, const int64_t* B, int32_t ldb, const int64_t beta, int64_t *C,
int32_t ldc) {
if(transa && transb) {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, k, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, lda)).transpose();
auto eigenB = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, n, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldb)).transpose();
auto eigenC = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, n, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
else if (transa) {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, k, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, lda)).transpose();
auto eigenB = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, n, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldb));
auto eigenC = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, n, m,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
else if (transb) {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, lda));
auto eigenB = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, n, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldb)).transpose();
auto eigenC = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(
1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
else {
auto eigenA = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(A, m, k,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, lda));
auto eigenB = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(B, k, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, ldb));
auto eigenC = Eigen::Matrix<int64_t, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>::Map(C, m, n,
Eigen::Stride<Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic>(1, ldc));
eigenC.noalias() = eigenA * eigenB;
}
}
template<typename VT>
void MatMul<DenseMatrix<VT>, DenseMatrix<VT>, DenseMatrix<VT>>::apply(DenseMatrix<VT> *&res, const DenseMatrix<VT> *lhs,
const DenseMatrix<VT> *rhs, bool transa, bool transb, DCTX(dctx)) {
const auto nr1 = static_cast<int>(transa ? lhs->getNumCols() : lhs->getNumRows());
const auto nc1 = static_cast<int>(transa ? lhs->getNumRows() : lhs->getNumCols());
const auto nr2 = static_cast<int>(transb ? rhs->getNumCols() : rhs->getNumRows());
const auto nc2 = static_cast<int>(transb ? rhs->getNumRows() : rhs->getNumCols());
if (nc1 != nr2) {
throw std::runtime_error(
"MatMul - #cols of lhs and #rows of rhs must be the same");
}
const VT alpha = 1.0f;
const VT beta = 0.0f;
if(res == nullptr)
res = DataObjectFactory::create<DenseMatrix<VT>>(nr1, nc2, false);
// adding BLAS nomenclature - should be optimized away by the compiler ;-)
auto m = nr1;
auto n = nc2;
auto k = nr2;
auto lda = lhs->getRowSkip();
auto ldb = rhs->getRowSkip();
auto ldc = res->getRowSkip();
const auto A = lhs->getValues();
const auto B = rhs->getValues();
auto C = res->getValues();
if(nr1 == 1 && nc2 == 1) {// Vector-Vector
dctx->logger->debug("launch_dot<{}>(a[{}x{}], b[{}x{}])", typeid(alpha).name(), m, k, k, n);
res->set(0, 0, launch_dot(nc1, A, transa ? lda : 1,
B, transb ? 1 : ldb));
}
else if(nc2 == 1) { // Matrix-Vector
dctx->logger->debug("launch_gemv<{}>(A[{},{}], x[{}])", typeid(alpha).name(), m, k, k);
launch_gemv<VT>(transa, transb, lhs->getNumRows(), lhs->getNumCols(), alpha, A, lda, B, transb ? 1 : ldb, beta, C, ldc);
}
else { // Matrix-Matrix
dctx->logger->debug("launch_gemm<{}>(C[{}x{}], A[{},{}], B[{}x{}], transA:{}, transB:{})",
typeid(alpha).name(), m, n, m, k, k, n, transa, transb);
launch_gemm<VT>(transa, transb, nr1, nc2, nc1, alpha, A, lda, B, ldb, beta, C, ldc);
}
}
// explicit instantiations to satisfy linker
template struct MatMul<DenseMatrix<float>, DenseMatrix<float>, DenseMatrix<float>>;
template struct MatMul<DenseMatrix<double>, DenseMatrix<double>, DenseMatrix<double>>;
template struct MatMul<DenseMatrix<int32_t>, DenseMatrix<int32_t>, DenseMatrix<int32_t>>;
template struct MatMul<DenseMatrix<int64_t>, DenseMatrix<int64_t>, DenseMatrix<int64_t>>;