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float类型接口性能优化 #6308
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float类型接口性能优化 #6308
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变更摘要
本次改动针对 impl/simt_api/math_functions_impl.h 中的 float 数学接口做性能优化，主要手段有三类：一是将 atanf、atan2f、cbrtf、cospif 四个接口由旧的 LEGACY 实现替换为高精度实现（倒易约简、minimax 多项式、对数/指数种子 + 单次 Newton 迭代、半周期约简等）；二是将 asinf、acoshf、asinhf、coshf 的 early-return 特殊值分支改为尾置覆盖赋值，使主体无条件直落计算，降低 SIMT 锁步下的分支发散；三是换用快速内建指令 __sqrtf、__logf、__expf 及以 1.0f / __sqrtf(...) 替代 rsqrtf。整体属于性能优化类改动，不改变接口签名。
主要改动
atanf与atan2f高精度实现替换 LEGACY 实现:atanf由「裁剪到 ±10000 + 多段 Taylor 展开 +fminf选路」改为|x| > 1时做倒易约简1/|x|，再用单条x^2奇多项式（fmaf链）求值并恢复 π/2 补角；atan2f由「NaN/±0/±inf 长分支链 +atanf(y/x) + d·π」改为ax + ay一次判 NaN、按大小排序使比值 ≤1、单条 minimax 多项式（对角线特判 π/4 与 3π/4）、最后用signbit恢复符号。cbrtf改为对数/指数种子 + 单次 Newton 步: 旧实现「位操作指数归约到 (0.125,8) + 从 1.0 起步 5 次 Newton 迭代 + 手工拼指数」被替换为exp(-2/3·log(x))生成高精度种子y后仅做一次 Newton 步，subnormal 输入先乘2^24预缩放并减去24·ln2，0/inf/NaN直接透传。cospif改为半周期约简多项式实现: 旧实现cosf(x * ASCRT_PI_F)改为k = rint(2x)、r = x - k/2 ∈ [-0.5, 0.5]的约简，按k奇偶在偶支多项式c与奇支多项式s之间选支，|x| > 2^24覆盖为1.0f，inf/NaN分别覆盖为x * 0.0f与x。asinf、acoshf、asinhf、coshf的分支结构改为尾置覆盖: 将开头的fabsf(x) > 1、x < 1、ax == ASCRT_INF_F、ax < 1.0e-8f、__isnan(ax) || __isinf(ax)等 early-return 特殊值分支移到函数末尾，改为对result变量覆盖赋值后统一return，使主体计算路径无条件执行。- 换用快速内建指令: 在
asinf、asinhf、acoshf、coshf及__internal_asin_acos_reduced_arg中，将sqrtf改为__sqrtf、logf改为__logf、expf改为__expf，并把rsqrtf(half_one_minus_abs)改为1.0f / __sqrtf(half_one_minus_abs)。
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描述
对 float 类型数学接口做了指令优化：
asinf/acoshf/asinhf/coshf 把开头 的 early-return 特殊值分支挪到函数末尾改为 result = ... 覆盖赋值，主体无条件直落计算——消除 SIMT 锁步下的分支发散等待
sqrtf→__sqrtf、logf→__logf、expf→__expf、rsqrtf→1.0f/__sqrtf（asin/acos 归约、asinh、cosh 等处）
关联的Issue
https://gitcode.com/cann/asc-devkit/issues/1782
测试
SIMT API 优化对比表
float acosf(float x)--cce-use-fast-math=true:优化前：247.96 优化后：200.41--cce-use-fast-math=false:优化前：641.18 优化后：193.55--cce-use-fast-math=true:优化前：159.40 优化后：159.41--cce-use-fast-math=false:优化前：970.40 优化后：392.62float asinf(float x)--cce-use-fast-math=true:优化前：223 优化后：156--cce-use-fast-math=false:优化前：230 优化后：204--cce-use-fast-math=true:优化前：138.84 优化后：139.04--cce-use-fast-math=false:优化前：653.08 优化后：331.70float acoshf(float x)--cce-use-fast-math=true:优化前：111.76 优化后：77.21--cce-use-fast-math=false:优化前：400.01 优化后：371.23--cce-use-fast-math=true:优化前：221.94 优化后：141.20--cce-use-fast-math=false:优化前：221.41 优化后：141.37float asinhf(float x)--cce-use-fast-math=true:优化前：309.12 优化后：182.53--cce-use-fast-math=false:优化前：596.56 优化后：183.53--cce-use-fast-math=true:优化前：273.28 优化后：235.49--cce-use-fast-math=false:优化前：611.38 优化后：551.30float atan2f(float y, float x)--cce-use-fast-math=true:428.37--cce-use-fast-math=false:2608.54--cce-use-fast-math=true:192.10--cce-use-fast-math=false:548.87float atanf(float x)--cce-use-fast-math=true:192.25--cce-use-fast-math=false:1476.52--cce-use-fast-math=true:102.88--cce-use-fast-math=false:311.50float cbrtf(float x)--cce-use-fast-math=true:593.01--cce-use-fast-math=false:3748.54--cce-use-fast-math=true:优化前：136.34 优化后：124.07--cce-use-fast-math=false:优化前：143.17 优化后：124.71float coshf(float x)--cce-use-fast-math=true:优化前：50.92 优化后：50.96--cce-use-fast-math=false:优化前：245.82 优化后：205.99--cce-use-fast-math=true:优化前：124.07 优化后：122.44--cce-use-fast-math=false:优化前：284.37 优化后：281.34float cospif(float x)--cce-use-fast-math=true:10441.82--cce-use-fast-math=false:14167.28--cce-use-fast-math=true:优化前：154.56 优化后：95.90--cce-use-fast-math=false:优化前：150.14 优化后：97.48文档更新
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