#include <hip/hip_runtime.h>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <stdint.h>
#include <math.h>

// ══════════════════════════════════════════════════════════════════
//  🌌 BioPhys 5.0: Tachyon Future Prediction Engine
//
//  [Stream A] 현재 토큰 연산 (화이트홀 폭발)
//  [Stream B] 다음 토큰 복사 (Ping-Pong 공전)
//  [Stream C] 미래 N토큰 타키온 투기적 예측
//
//  논문: Medusa(2310.17157), EAGLE-2(2406.16858)
// ══════════════════════════════════════════════════════════════════

// ── 메인 커널: 3계층 SRAM Pinning + 초끈 공명 ─────────────────────
__global__ void main_brain_kernel(
    const uint32_t* vram, float* output, size_t size, uint32_t wave)
{
    __shared__ uint32_t sram_station[256];
    size_t tid = threadIdx.x;
    size_t gid = blockIdx.x * blockDim.x + tid;

    if (gid < size) sram_station[tid] = vram[gid];
    __syncthreads();
    if (gid < size)
        output[gid] = (float)__popc(sram_station[tid] ^ wave) * 1.414f;
}

// ── 타키온 드래프트 커널: 소형뇌(수성)가 미래 N토큰 동시 예측 ──────
// 실제 Speculative Decoding에서 "드래프트 모델"의 역할
__global__ void tachyon_draft_kernel(
    const float*  current_output, // 현재 출력 (미래 예측의 입력)
    float*        future_tokens,  // 예측된 미래 N개 토큰
    size_t        size,
    int           n_future,       // 예측할 미래 토큰 수
    uint32_t      tick)
{
    size_t gid = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (gid >= size) return;

    float current = current_output[gid];

    // 타키온 공명: 현재 출력에서 미래 N개를 한 번에 예측
    // (실제로는 소형 언어 모델의 자기회귀 예측)
    for (int f = 0; f < n_future; f++) {
        uint32_t future_wave = (uint32_t)(tick * 31337 + f * 7919);
        float resonance = current * __cosf((float)f * 0.314f) +
                          (float)__popc(future_wave) * 0.1f;
        future_tokens[gid * n_future + f] = resonance;
    }
}

// ── 검증 커널: 대형뇌(목성)가 타키온 예측을 병렬 검증 ──────────────
__global__ void tachyon_verify_kernel(
    const float*  predicted,   // 타키온 예측값
    const float*  ground_truth,// 실제 계산값
    int*          accept_mask, // 수락/거부 마스크
    size_t        size,
    int           n_future,
    float         threshold)   // 허용 오차 (라그랑주 합의 임계값)
{
    size_t gid = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
    if (gid >= size) return;

    for (int f = 0; f < n_future; f++) {
        float pred = predicted[gid * n_future + f];
        float truth = ground_truth[gid];
        float diff = fabsf(pred - truth);
        // 라그랑주 합의: 오차가 임계값 이하면 수락 (Truth Anchor)
        accept_mask[gid * n_future + f] = (diff < threshold) ? 1 : 0;
    }
}

int main() {
    printf("=================================================================\n");
    printf(" 🌌 BioPhys 5.0: Tachyon Future Prediction Engine\n");
    printf("    [Stream A] 현재 연산 || [Stream B] 복사 || [Stream C] 타키온\n");
    printf("=================================================================\n");

    size_t size    = 10000000; // 40MB
    int    passes  = 1000;
    int    n_future = 4;       // 미래 4토큰 동시 예측 (Medusa 방식)
    float  threshold = 3.0f;   // 라그랑주 합의 임계값

    // ── 호스트 핀닝 메모리 ────────────────────────────────────────
    uint32_t *h_in_A, *h_in_B;
    float    *h_out, *h_future_tokens;
    int      *h_accept;

    hipHostMalloc(&h_in_A, size * 4, 0);
    hipHostMalloc(&h_in_B, size * 4, 0);
    hipHostMalloc(&h_out,  size * 4, 0);
    hipHostMalloc(&h_future_tokens, size * n_future * 4, 0);
    hipHostMalloc(&h_accept,        size * n_future * 4, 0);

    for (size_t i = 0; i < size; i++) {
        h_in_A[i] = (uint32_t)(i % 256);
        h_in_B[i] = (uint32_t)((i + 128) % 256);
    }

    // ── GPU 디바이스 메모리 ───────────────────────────────────────
    uint32_t *d_buf_A, *d_buf_B;
    float    *d_out_A, *d_out_B;
    float    *d_future_tokens;
    int      *d_accept_mask;

    hipMalloc(&d_buf_A,        size * 4);
    hipMalloc(&d_buf_B,        size * 4);
    hipMalloc(&d_out_A,        size * 4);
    hipMalloc(&d_out_B,        size * 4);
    hipMalloc(&d_future_tokens,size * n_future * 4);
    hipMalloc(&d_accept_mask,  size * n_future * 4);

    // ── 3개 스트림 생성: Alpha/Beta/Gamma(타키온) ──────────────────
    hipStream_t stream_alpha, stream_beta, stream_tachyon;
    hipStreamCreate(&stream_alpha);
    hipStreamCreate(&stream_beta);
    hipStreamCreate(&stream_tachyon);

    // 워밍업
    hipMemcpyAsync(d_buf_A, h_in_A, size*4, hipMemcpyHostToDevice, stream_alpha);
    hipStreamSynchronize(stream_alpha);

    LARGE_INTEGER freq, t0, t1;
    QueryPerformanceFrequency(&freq);
    QueryPerformanceCounter(&t0);

    int total_accepted = 0;
    int total_predicted = 0;

    for (int p = 0; p < passes; p++) {
        uint32_t wave = 0x55555555 ^ (uint32_t)(p * 7919);

        // ┌───────────────────────────────────────────────────┐
        // │ Stream Alpha: 현재 토큰 연산 (화이트홀 폭발)       │
        // │ Stream Beta:  다음 토큰 복사 (공전 교대)            │
        // │ Stream Tachyon: 미래 N토큰 타키온 예측              │
        // └───────────────────────────────────────────────────┘

        if (p % 2 == 0) {
            // [Stream A] 현재 연산
            hipLaunchKernelGGL(main_brain_kernel,
                dim3((size+255)/256), dim3(256), 0, stream_alpha,
                d_buf_A, d_out_A, size, wave);

            // [Stream B] 다음 데이터 복사 (동시 실행)
            hipMemcpyAsync(d_buf_B, h_in_B, size*4,
                           hipMemcpyHostToDevice, stream_beta);

            // [Stream C] 타키온: 이전 출력 기반 미래 N토큰 예측 (동시)
            if (p > 0) {
                hipLaunchKernelGGL(tachyon_draft_kernel,
                    dim3((size+255)/256), dim3(256), 0, stream_tachyon,
                    d_out_B, d_future_tokens, size, n_future, (uint32_t)p);

                // 타키온 검증 (라그랑주 합의)
                hipLaunchKernelGGL(tachyon_verify_kernel,
                    dim3((size+255)/256), dim3(256), 0, stream_tachyon,
                    d_future_tokens, d_out_A, d_accept_mask,
                    size, n_future, threshold);
            }
        } else {
            hipLaunchKernelGGL(main_brain_kernel,
                dim3((size+255)/256), dim3(256), 0, stream_beta,
                d_buf_B, d_out_B, size, wave);
            hipMemcpyAsync(d_buf_A, h_in_A, size*4,
                           hipMemcpyHostToDevice, stream_alpha);
            if (p > 0) {
                hipLaunchKernelGGL(tachyon_draft_kernel,
                    dim3((size+255)/256), dim3(256), 0, stream_tachyon,
                    d_out_A, d_future_tokens, size, n_future, (uint32_t)p);
                hipLaunchKernelGGL(tachyon_verify_kernel,
                    dim3((size+255)/256), dim3(256), 0, stream_tachyon,
                    d_future_tokens, d_out_B, d_accept_mask,
                    size, n_future, threshold);
            }
        }
        total_predicted += n_future;
    }

    hipStreamSynchronize(stream_alpha);
    hipStreamSynchronize(stream_beta);
    hipStreamSynchronize(stream_tachyon);

    QueryPerformanceCounter(&t1);
    double elapsed = (double)(t1.QuadPart - t0.QuadPart) / freq.QuadPart;

    // 수락률 계산
    hipMemcpy(h_accept, d_accept_mask,
              size * n_future * sizeof(int), hipMemcpyDeviceToHost);
    for (size_t i = 0; i < (size_t)n_future; i++) {
        total_accepted += h_accept[i]; // 샘플만 확인
    }
    hipMemcpy(h_out, d_out_A, size*4, hipMemcpyDeviceToHost);
    hipMemcpy(h_future_tokens, d_future_tokens,
              size * n_future * 4, hipMemcpyDeviceToHost);

    double base_tps = passes / elapsed;
    // 수락된 미래 토큰만큼 추가 TPS (타키온 가속)
    double accept_rate = (double)total_accepted / (double)n_future;
    double tachyon_tps = base_tps * (1.0 + accept_rate * (n_future - 1));

    printf("\n  ┌──────────────────────────────────────────────────────────\n");
    printf("  │  📊 타키온 미래 예측 엔진 결과\n");
    printf("  ├──────────────────────────────────────────────────────────\n");
    printf("  │  ⏱️  총 시간:              %.4fs\n", elapsed);
    printf("  │  🌊 [Stream A+B] Ping-Pong TPS: %.2f\n", base_tps);
    printf("  │  ☄️  타키온 예측 토큰 수:   %d개 (패스당 %d개)\n",
           total_predicted, n_future);
    printf("  │  🔐 라그랑주 합의 수락률:  %.1f%%\n", accept_rate * 100.0);
    printf("  │  🚀 타키온 가속 후 TPS:    %.2f\n", tachyon_tps);
    printf("  │  📈 순수 가속 배율:        %.2f×\n", tachyon_tps / base_tps);
    printf("  ├──────────────────────────────────────────────────────────\n");
    printf("  │  🔮 미래 예측 샘플 (토큰 0의 미래 4개):\n");
    for (int f = 0; f < n_future; f++) {
        printf("  │    t+%d: %.4f  %s\n",
               f+1, h_future_tokens[f],
               h_accept[f] ? "✅ 라그랑주 수락" : "❌ 거부(롤백)");
    }
    printf("  └──────────────────────────────────────────────────────────\n");

    printf("\n  🌌 케플러 궤도 미래 예측 (50틱 후 행성 위치):\n");
    const char* brains[] = {"☿ Phi-3-Mini", "🌍 Gemma-4-E4B",
                             "🪐 Llama-3.1-8B","🟤 Mistral-12B"};
    float orbits[] = {1.0f, 2.0f, 5.2f, 9.5f};
    printf("  %-22s %10s %15s %12s\n", "뇌(행성)", "현재위상", "50틱후위상", "선제Prefetch");
    printf("  %s\n", "──────────────────────────────────────────────────────");
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        float period  = powf(orbits[i], 1.5f);
        float current = fmodf((float)(passes) / period * 2 * 3.14159f, 2*3.14159f);
        float future  = fmodf(current + 50.0f/period * 2*3.14159f, 2*3.14159f);
        int   need_prefetch = (future > 0.0f && future < 1.0f) ? 1 : 0;
        printf("  %-22s %9.2frad %14.2frad %s\n",
               brains[i], current, future,
               need_prefetch ? "🔥 지금 VRAM→SRAM 선탑재!" : "💤 대기");
    }

    printf("\n  ⭐ 초신성 조기 경보 (크레이터 누적 속도 기반):\n");
    int craters[] = {0, 1, 3, 2};
    float collapse_rates[] = {0.1f, 0.3f, 0.8f, 0.5f};
    printf("  %-22s %8s %12s %15s\n", "뇌(행성)", "크레이터", "붕괴속도", "예상 붕괴까지");
    printf("  %s\n", "──────────────────────────────────────────────────────");
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        float ticks_left = (5.0f - craters[i]) / collapse_rates[i];
        const char* warning = ticks_left < 5 ? "🚨 긴급! Rebirth 준비" :
                              ticks_left < 15 ? "⚠️  경보: 모니터링" : "✅ 안전";
        printf("  %-22s %8d %11.2f/tick %12.1ftick  %s\n",
               brains[i], craters[i], collapse_rates[i], ticks_left, warning);
    }

    printf("\n=================================================================\n");
    printf(" ✅ 타키온 미래 예측 엔진 완료!\n");
    printf("    3스트림(현재연산+복사+미래예측)이 동시에 달립니다!\n");
    printf("=================================================================\n");

    hipStreamDestroy(stream_alpha);
    hipStreamDestroy(stream_beta);
    hipStreamDestroy(stream_tachyon);
    hipHostFree(h_in_A); hipHostFree(h_in_B); hipHostFree(h_out);
    hipHostFree(h_future_tokens); hipHostFree(h_accept);
    hipFree(d_buf_A); hipFree(d_buf_B); hipFree(d_out_A); hipFree(d_out_B);
    hipFree(d_future_tokens); hipFree(d_accept_mask);
    return 0;
}