[PTO v0.58][TSEL] API emits single-B.IOT but spec requires an explicit false-source binding

[ziyang-cheng]

问题描述

TSEL(dst, mask, trueSrc)（dst = mask ? trueSrc : dst_prior，false-source 就是 dst 自身）经工具链
lower 成一条 B.IOT：两个 tile 源（mask、trueSrc）+ ->dst 就地。官方发布版 emulator 却按
显式三源建模，于是 validate 侧要求首拍 dsts.empty()、execute 侧读 srcTile[2] → 一条 TSEL 即崩。

复现步骤 / 触发条件

复现基线

仓库	HEAD	说明
SuperNPUBench	3ecd9083	pr: PTO-ISA/SuperNPUBench#49
SuperScalarModel（gfrun）	63dbb5a2
linx-toolchain-build	e6a31ef
Linx-TileOP-API	cdeb624

最简复现探针

test/kernel/quant/dynamic_mx_quant/src/tsel_inplace_probe.cpp（Makefile TYPE=TSEL_INPLACE_PROBE）——
整个 kernel 只有一条 TSEL，不牵涉 dynamic_mx_quant 的任何 scale 计算：

tile_u16 x, mask, k;
TEXPANDS(x,    (uint16_t)0xABCD);   // 就地 false-source 种子
TEXPANDS(mask, (uint16_t)1);        // 全真谓词
TEXPANDS(k,    (uint16_t)0x1234);   // true-source 常量
TSEL(x, mask, k);                   // 就地: x = mask ? k : x_prior
TSTORE(gy, x);

实测报错（ bin/gfrun @ 63dbb5a2）

gfrun: illegal instruction: ASSERTION FAILED:
  inst->srcs.size() == 3 && inst->dsts.empty() &&
  IsCompatibleLogicalTile(inst->srcs[1], ...) &&
  IsCompatibleDataTile(inst->srcs[2], ...) &&
  "select first B.IOT requires mask then true/source Tile"
, func ValidateCompareSelectTepl, file emulator/engine/AccumulateBlockInfo.cpp:383

同一条 ELF 在带修复的 emulator 上 R2 = 0 跑通（12 block / 61 inst）——隔离出缺陷在
emulator 的 TSEL 建模层，非 kernel、非 ISA 编码。

附加信息

Ground truth：工具链实发的 TSEL lowering

.../tileop-api/jcore/template_asm.hpp TSEL(dst,src0,src1) 汇编体 = 一条 B.IOT：

BSTART.TEPL 0, 26, %D1
B.DIM %2, 0, ->lb0            ; validCol
B.DIM %3, 0, ->lb1            ; validRow
B.DIM zero, %c4, ->lb2        ; physicalCol = Cols
B.IOT %5, %6, mask=1111, last, ->%0<%Z7>   ; %5=mask, %6=trueSrc, ->%0=dst 兼就地 false-source

两个源 tile（mask、trueSrc）+ dst 就地兼隐式 false-source；无第二拍、无独立第三源。 与 TSELS
（scalar false-source）同族形态，属 ISA 固有 lowering。

emulator 现状（63dbb5a2，两侧都假设显式三源）

• validate AccumulateBlockInfo.cpp:383 ValidateCompareSelectTepl 首拍分支强制
  inst->srcs.size()==3 && inst->dsts.empty()（首拍不许带 dst、要独立第三源）→ 工具链单拍带 dst(->%0) 撞断言。
• execute TEPLEngine.cpp:1118 ExecuteTSEL 在 :1126 无条件读 block->srcTile[2]（假设三源）→
  工具链只 2 源 → 越界（validate 放宽后才会暴露）。

按最新 PTO ASL 复核后的结论

需要修正本 issue 当前的根因判断：按最新 PTO-ISA/pto-spec/main@8f8244d3ce71174a048f852625ca6138296b6dcc，这里复现的“单条 B.IOT + destination 就地作为 false-source”不是 TSEL 的合法 canonical lowering。当前现象的真实原因是 compiler/用例生成的 TSEL bundle 不符合最新 PTO spec contract，模型在 validate 阶段拒绝该 bundle 是符合规范的 fail-closed 行为。

规范原文见：

• TSEL.asl @ 8f8244d3
• TSEL canonical execution test
• TSEL schema fault test

ASL 中的 canonical binding 原文

TSEL.asl 的 contract.block_composition 原文要求：

BSTART.VEC TSEL, DataType
B.DATR PadValue (optional)
B.DIM LB0=ValidCol
B.DIM LB1=ValidRow (optional)
B.DIM LB2=Col (optional)
B.IOT Predicate, SrcTrue, mask=PE_MASK
B.IOT SrcFalse, mask=PE_MASK, <last>, ->DstTile<TSize>
BSTOP

同一个 ASL contract 的 legality 原文是：

Exactly two ordered Local B.IOT bindings are required.
The first supplies packed Predicate and SrcTrue without Last or a destination;
the second supplies SrcFalse and one new terminating destination.
B.IOR, B.IOS, and additional bindings are illegal.

ASL 对 operand role 的原文定义是：

destination0 | new Local numeric destination
source0      | packed one-bit Local predicate mask
source1      | persistent Local source selected by one
source2      | persistent Local source selected by zero

因此 TSEL 的标准语义是：

predicate bit = 1 -> SrcTrue
predicate bit = 0 -> SrcFalse

而不是：

predicate bit = 0 -> implicit destination prior

ASL 的 state/ordering contract 还要求 source snapshot 先于 destination write，但这表示 source/destination alias 时必须观察旧值，并不表示可以省略显式的 SrcFalse binding：

Predicate bits and both data payloads are snapshotted before the first destination write,
so equal sources and source/destination aliases observe read-old values.

当前 issue 复现违反了哪些字段

Issue 中给出的 lowering 是：

B.IOT %5, %6, mask=1111, last, ->%0<%Z7>

它相当于把 Predicate + SrcTrue + Last + Destination 放在一条 B.IOT 中，和最新 ASL 有以下冲突：

1. 第一条 B.IOT 不允许带 Last；
2. 第一条 B.IOT 不允许带 destination；
3. 缺少第二条 B.IOT 提供 SrcFalse；
4. destination 被错误地当成了隐式 false-source；
5. ASL 要求 destination 是新的 Local numeric destination，而不是用 destination prior 替代 source2。

所以 issue 中“工具链实发的单拍 B.IOT 是 ISA 固有 lowering”这一判断，与当前最新 ASL 不一致。旧版本工具链、旧 compiler lowering 或旧 benchmark ELF 的运行成功，不能作为 0.58.4 contract 的依据；permissive emulator 能运行 malformed bundle 也不能证明该 bundle 合法。

模型代码与规范的对应关系

当前模型的 TSEL validate 逻辑已经按上述两段 binding 处理：

• 第一拍要求 Predicate + SrcTrue，无 destination；
• 第二拍要求 SrcFalse，并分配 destination；
• execute 路径使用三个 source roles：mask、true source、false source。

对应代码：

• ValidateCompareSelectTepl
• ExecuteTSEL

当前首拍触发的 assertion：

select first B.IOT requires mask then true/source Tile

对于 issue 给出的非 canonical single-B.IOT ELF，属于预期的 legality rejection，不应通过放宽 dsts.empty() 或将 dstTile[0] 自动当作 srcTile[2] 来绕过。那样会让模型接受 ASL 明确禁止的 binding schema。

应该怎样修复

compiler/用例应按最新 ASL 重新生成 ELF，形式应为：

BSTART.VEC TSEL, DataType
B.DIM LB0=ValidCol
B.DIM LB1=ValidRow
B.DIM LB2=Col
B.IOT Predicate, SrcTrue, mask=PE_MASK
B.IOT SrcFalse, mask=PE_MASK, last, ->DstTile<TSize>
BSTOP

如果高级 API 仍然提供：

TSEL(x, mask, trueSrc)

并希望用户看到“就地更新”，compiler 应在内部将旧的 x 作为第二条 B.IOT 的 SrcFalse，生成新的 destination binding，再更新后续 x 的 tile binding；不能把旧 destination 隐式塞进第一条 B.IOT。

请 compiler/用例侧基于最新 pto-spec 重新生成 tsel_inplace_probe，并提供 canonical two-B.IOT ELF。若 canonical ELF 在模型上仍失败，再单独建立模型修复；当前 issue 中的 single-B.IOT 复现不应作为模型放宽依据。

归属结论

根因：compiler / benchmark ELF lowering 不符合最新 PTO TSEL ASL
模型：当前 fail-closed 行为符合最新 TSEL binding contract
修复侧：compiler/用例生成链

[zhoubot]

2026-08-31 verified fix

The failure is reproduced at the current linx@955030977c25ddef8f634c0ff7f30d9a22c4d50e: TSEL(dst, mask, true_src) still emits one terminating B.IOT and omits the explicit false source required by PTO-SPEC.

PR #41 implements the API-side correction:

• first binding: Predicate + SrcTrue, no last, no destination;
• second binding: prior dst as explicit SrcFalse, last, new dst;
• inline asm uses a tied input/output constraint so the second binding reads the old destination value;
• target regression compiles the current checkout rather than the TileOP headers already installed in Clang.

Verified with the arm64 macOS toolchain artifact from linx-toolchain-build run 33332380437 (clang 15.0.4, LLVM adcb879481d8feb73e17a4134f8ae955bd21ee32). The generated object disassembles as:

B.IOT t#2, t#1, mask=1111
B.IOT n#1, mask=1111, last, ->n<512B>

Local gates:

make check                                             PASS (35/35)
verify_pto0583_asm.sh                                  PASS
verify_target_cxx_frontend.sh with exact toolchain     PASS

Fix PR: #41

No SuperScalarModel relaxation is required. After merge, the downstream acceptance step is to rebuild the SuperNPUBench TSEL callers and rerun the canonical ELF on gfrun/gfsim.