Merge branch 'release-2019' into master
[alexxy/gromacs.git] / docs / install-guide / index.rst
1 .. Note that this must be a single rst file in order for Sphinx
2    to build into into a single plain-text file to place in the
3    installation tarball.
4
5 .. _install guide:
6
7 ******************
8 Installation guide
9 ******************
10
11 .. highlight:: bash
12
13 Introduction to building |Gromacs|
14 ----------------------------------
15
16 These instructions pertain to building |Gromacs|
17 |version|. You might also want to check the `up-to-date installation instructions`_.
18
19 Quick and dirty installation
20 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
21 1. Get the latest version of your C and C++ compilers.
22 2. Check that you have CMake version |CMAKE_MINIMUM_REQUIRED_VERSION| or later.
23 3. Get and unpack the latest version of the |Gromacs| tarball.
24 4. Make a separate build directory and change to it.
25 5. Run ``cmake`` with the path to the source as an argument
26 6. Run ``make``, ``make check``, and ``make install``
27 7. Source ``GMXRC`` to get access to |Gromacs|
28
29 Or, as a sequence of commands to execute:
30
31 .. parsed-literal::
32
33     tar xfz gromacs-|version|.tar.gz
34     cd gromacs-|version|
35     mkdir build
36     cd build
37     cmake .. -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON -DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD=ON
38     make
39     make check
40     sudo make install
41     source /usr/local/gromacs/bin/GMXRC
42
43 This will download and build first the prerequisite FFT library
44 followed by |Gromacs|. If you already have FFTW installed, you can
45 remove that argument to ``cmake``. Overall, this build of |Gromacs|
46 will be correct and reasonably fast on the machine upon which
47 ``cmake`` ran. On another machine, it may not run, or may not run
48 fast. If you want to get the maximum value for your hardware with
49 |Gromacs|, you will have to read further. Sadly, the interactions of
50 hardware, libraries, and compilers are only going to continue to get
51 more complex.
52
53 Quick and dirty cluster installation
54 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
55
56 On a cluster where users are expected to be running across multiple
57 nodes using MPI, make one installation similar to the above, and
58 another using ``-DGMX_MPI=on`` and which is `building only
59 mdrun`_, because that is the only component of |Gromacs| that uses
60 MPI. The latter will install a single simulation engine binary,
61 i.e. ``mdrun_mpi`` when the default suffix is used. Hence it is safe
62 and common practice to install this into the same location where
63 the non-MPI build is installed.
64
65 Typical installation
66 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
67
68 As above, and with further details below, but you should consider
69 using the following `CMake options`_ with the
70 appropriate value instead of ``xxx`` :
71
72 * ``-DCMAKE_C_COMPILER=xxx`` equal to the name of the C99 `Compiler`_ you wish to use (or the environment variable ``CC``)
73 * ``-DCMAKE_CXX_COMPILER=xxx`` equal to the name of the C++98 `compiler`_ you wish to use (or the environment variable ``CXX``)
74 * ``-DGMX_MPI=on`` to build using `MPI support`_ (generally good to combine with `building only mdrun`_)
75 * ``-DGMX_GPU=on`` to build using nvcc to run using NVIDIA `CUDA GPU acceleration`_ or an OpenCL_ GPU
76 * ``-DGMX_USE_OPENCL=on`` to build with OpenCL_ support enabled. ``GMX_GPU`` must also be set.
77 * ``-DGMX_SIMD=xxx`` to specify the level of `SIMD support`_ of the node on which |Gromacs| will run
78 * ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=on`` for `building only mdrun`_, e.g. for compute cluster back-end nodes
79 * ``-DGMX_DOUBLE=on`` to build |Gromacs| in double precision (slower, and not normally useful)
80 * ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=xxx`` to add a non-standard location for CMake to `search for libraries, headers or programs`_
81 * ``-DCMAKE_INSTALL_PREFIX=xxx`` to install |Gromacs| to a `non-standard location`_ (default ``/usr/local/gromacs``)
82 * ``-DBUILD_SHARED_LIBS=off`` to turn off the building of shared libraries to help with `static linking`_
83 * ``-DGMX_FFT_LIBRARY=xxx`` to select whether to use ``fftw3``, ``mkl`` or ``fftpack`` libraries for `FFT support`_
84 * ``-DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug`` to build |Gromacs| in debug mode
85
86 Building older versions
87 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
88
89 Installation instructions for old |Gromacs| versions can be found at
90 the |Gromacs| `documentation page
91 <http://manual.gromacs.org/documentation>`_.
92
93 Prerequisites
94 -------------
95
96 Platform
97 ^^^^^^^^
98
99 |Gromacs| can be compiled for many operating systems and
100 architectures.  These include any distribution of Linux, Mac OS X or
101 Windows, and architectures including x86, AMD64/x86-64, several
102 PowerPC including POWER8, ARM v7, ARM v8, and SPARC VIII.
103
104 Compiler
105 ^^^^^^^^
106
107 |Gromacs| can be compiled on any platform with ANSI C99 and C++14
108 compilers, and their respective standard C/C++ libraries. Good
109 performance on an OS and architecture requires choosing a good
110 compiler. We recommend gcc, because it is free, widely available and
111 frequently provides the best performance.
112
113 You should strive to use the most recent version of your
114 compiler. Since we require full C++14 support the minimum supported
115 compiler versions are
116
117 * GNU (gcc) 5.1
118 * Intel (icc) 17.0.1
119 * LLVM (clang) 3.6
120 * Microsoft (MSVC) 2017
121
122 Other compilers may work (Cray, Pathscale, older clang) but do
123 not offer competitive performance. We recommend against PGI because
124 the performance with C++ is very bad.
125
126 The xlc compiler is not supported and version 16.1 does not compile on
127 POWER architectures for |Gromacs|\ -\ |version|. We recommend to use
128 the gcc compiler instead, as it is being extensively tested.
129
130 You may also need the most recent version of other compiler toolchain
131 components beside the compiler itself (e.g. assembler or linker);
132 these are often shipped by your OS distribution's binutils package.
133
134 C++14 support requires adequate support in both the compiler and the
135 C++ library. The gcc and MSVC compilers include their own standard
136 libraries and require no further configuration. If your vendor's
137 compiler also manages the standard library library via compiler flags,
138 these will be honored. For configuration of other compilers, read on.
139
140 On Linux, both the Intel and clang compiler use the libstdc++ which
141 comes with gcc as the default C++ library. For |Gromacs|, we require
142 the compiler to support libstc++ version 5.1 or higher. To select a
143 particular libstdc++ library, provide the path to g++ with
144 ``-DGMX_GPLUSPLUS_PATH=/path/to/g++``.
145
146 On Windows with the Intel compiler, the MSVC standard library is used,
147 and at least MSVC 2017 is required. Load the enviroment variables with
148 vcvarsall.bat.
149
150 To build with clang and llvm's libcxx standard library, use
151 ``-DCMAKE_CXX_FLAGS=-stdlib=libc++``.
152
153 If you are running on Mac OS X, the best option is the Intel
154 compiler. Both clang and gcc will work, but they produce lower
155 performance and each have some shortcomings. clang 3.8 now offers
156 support for OpenMP, and so may provide decent performance.
157
158 For all non-x86 platforms, your best option is typically to use gcc or
159 the vendor's default or recommended compiler, and check for
160 specialized information below.
161
162 For updated versions of gcc to add to your Linux OS, see
163
164 * Ubuntu: `Ubuntu toolchain ppa page`_
165 * RHEL/CentOS: `EPEL page`_ or the RedHat Developer Toolset
166
167 Compiling with parallelization options
168 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
169
170 For maximum performance you will need to examine how you will use
171 |Gromacs| and what hardware you plan to run on. Often OpenMP_
172 parallelism is an advantage for |Gromacs|, but support for this is
173 generally built into your compiler and detected automatically.
174
175 .. _gmx-gpu-support:
176
177 GPU support
178 ~~~~~~~~~~~
179
180 |Gromacs| has excellent support for NVIDIA GPUs supported via CUDA.
181 On Linux, NVIDIA CUDA_ toolkit with minimum version |REQUIRED_CUDA_VERSION|
182 is required, and the latest version is strongly encouraged. NVIDIA GPUs with at
183 least NVIDIA compute capability |REQUIRED_CUDA_COMPUTE_CAPABILITY| are
184 required. You are strongly recommended to
185 get the latest CUDA version and driver that supports your hardware, but
186 beware of possible performance regressions in newer CUDA versions on
187 older hardware.
188 While some CUDA compilers (nvcc) might not
189 officially support recent versions of gcc as the back-end compiler, we
190 still recommend that you at least use a gcc version recent enough to
191 get the best SIMD support for your CPU, since |Gromacs| always runs some
192 code on the CPU. It is most reliable to use the same C++ compiler
193 version for |Gromacs| code as used as the host compiler for nvcc.
194
195 To make it possible to use other accelerators, |Gromacs| also includes
196 OpenCL_ support. The minimum OpenCL version required is
197 |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION| and only 64-bit implementations are supported.
198 The current OpenCL implementation is recommended for
199 use with GCN-based AMD GPUs, and on Linux we recommend the ROCm runtime.
200 Intel integrated GPUs are supported with the Neo drivers.
201 OpenCL is also supported with NVIDIA GPUs, but using
202 the latest NVIDIA driver (which includes the NVIDIA OpenCL runtime) is
203 recommended. Also note that there are performance limitations (inherent
204 to the NVIDIA OpenCL runtime).
205 It is not possible to configure both CUDA and OpenCL
206 support in the same build of |Gromacs|, nor to support both
207 Intel and other vendors' GPUs with OpenCL. A 64-bit implementation
208 of OpenCL is required and therefore OpenCL is only supported on 64-bit platforms.
209
210 .. _mpi-support:
211
212 MPI support
213 ~~~~~~~~~~~
214
215 |Gromacs| can run in parallel on multiple cores of a single
216 workstation using its built-in thread-MPI. No user action is required
217 in order to enable this.
218
219 If you wish to run in parallel on multiple machines across a network,
220 you will need to have
221
222 * an MPI library installed that supports the MPI 1.3
223   standard, and
224 * wrapper compilers that will compile code using that library.
225
226 To compile with MPI set your compiler to the normal (non-MPI) compiler
227 and add ``-DGMX_MPI=on`` to the cmake options. It is possible to set
228 the compiler to the MPI compiler wrapper but it is neither necessary
229 nor recommended.
230
231 The |Gromacs| team recommends OpenMPI_ version
232 1.6 (or higher), MPICH_ version 1.4.1 (or
233 higher), or your hardware vendor's MPI installation. The most recent
234 version of either of these is likely to be the best. More specialized
235 networks might depend on accelerations only available in the vendor's
236 library. LAM-MPI_ might work, but since it has
237 been deprecated for years, it is not supported.
238
239 CMake
240 ^^^^^
241
242 |Gromacs| builds with the CMake build system, requiring at least
243 version |CMAKE_MINIMUM_REQUIRED_VERSION|. You can check whether
244 CMake is installed, and what version it is, with ``cmake
245 --version``. If you need to install CMake, then first check whether
246 your platform's package management system provides a suitable version,
247 or visit the `CMake installation page`_ for pre-compiled binaries,
248 source code and installation instructions. The |Gromacs| team
249 recommends you install the most recent version of CMake you can.
250
251 .. _FFT support:
252
253 Fast Fourier Transform library
254 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
255
256 Many simulations in |Gromacs| make extensive use of fast Fourier
257 transforms, and a software library to perform these is always
258 required. We recommend FFTW_ (version 3 or higher only) or Intel
259 MKL_. The choice of library can be set with ``cmake
260 -DGMX_FFT_LIBRARY=<name>``, where ``<name>`` is one of ``fftw3``,
261 ``mkl``, or ``fftpack``. FFTPACK is bundled with |Gromacs| as a
262 fallback, and is acceptable if simulation performance is not a
263 priority. When choosing MKL, |Gromacs| will also use MKL for BLAS and
264 LAPACK (see `linear algebra libraries`_). Generally, there is no
265 advantage in using MKL with |Gromacs|, and FFTW is often faster.
266 With PME GPU offload support using CUDA, a GPU-based FFT library
267 is required. The CUDA-based GPU FFT library cuFFT is part of the
268 CUDA toolkit (required for all CUDA builds) and therefore no additional
269 software component is needed when building with CUDA GPU acceleration.
270
271 Using FFTW
272 ~~~~~~~~~~
273
274 FFTW_ is likely to be available for your platform via its package
275 management system, but there can be compatibility and significant
276 performance issues associated with these packages. In particular,
277 |Gromacs| simulations are normally run in "mixed" floating-point
278 precision, which is suited for the use of single precision in
279 FFTW. The default FFTW package is normally in double
280 precision, and good compiler options to use for FFTW when linked to
281 |Gromacs| may not have been used. Accordingly, the |Gromacs| team
282 recommends either
283
284 * that you permit the |Gromacs| installation to download and
285   build FFTW from source automatically for you (use
286   ``cmake -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON``), or
287 * that you build FFTW from the source code.
288
289 If you build FFTW from source yourself, get the most recent version
290 and follow the `FFTW installation guide`_. Choose the precision for
291 FFTW (i.e. single/float vs. double) to match whether you will later
292 use mixed or double precision for |Gromacs|. There is no need to
293 compile FFTW with threading or MPI support, but it does no harm. On
294 x86 hardware, compile with *both* ``--enable-sse2`` and
295 ``--enable-avx`` for FFTW-3.3.4 and earlier. From FFTW-3.3.5, you
296 should also add ``--enable-avx2`` also. On Intel processors supporting
297 512-wide AVX, including KNL, add ``--enable-avx512`` also.
298 FFTW will create a fat library with codelets for all different instruction sets,
299 and pick the fastest supported one at runtime.
300 On ARM architectures with NEON SIMD support and IBM Power8 and later, you
301 definitely want version 3.3.5 or later,
302 and to compile it with ``--enable-neon`` and ``--enable-vsx``, respectively, for
303 SIMD support. If you are using a Cray, there is a special modified
304 (commercial) version of FFTs using the FFTW interface which can be
305 slightly faster.
306
307 Using MKL
308 ~~~~~~~~~
309
310 Use MKL bundled with Intel compilers by setting up the compiler
311 environment, e.g., through ``source /path/to/compilervars.sh intel64``
312 or similar before running CMake including setting
313 ``-DGMX_FFT_LIBRARY=mkl``.
314
315 If you need to customize this further, use
316
317 ::
318
319     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=mkl \
320           -DMKL_LIBRARIES="/full/path/to/libone.so;/full/path/to/libtwo.so" \
321           -DMKL_INCLUDE_DIR="/full/path/to/mkl/include"
322
323 The full list and order(!) of libraries you require are found in Intel's MKL documentation for your system.
324
325 Using ARM Performance Libraries
326 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
327
328 The ARM Performance Libraries provides FFT transforms implementation for ARM
329 architectures.
330 Preliminary support is provided for ARMPL in |Gromacs| through its FFTW-compatible API.
331 Assuming that the ARM HPC toolchain environment including the ARMPL paths
332 are set up (e.g. through loading the appropriate modules like
333 ``module load Module-Prefix/arm-hpc-compiler-X.Y/armpl/X.Y``) use the following cmake
334 options:
335
336 ::
337
338     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=fftw3 \
339           -DFFTWF_LIBRARY="${ARMPL_DIR}/lib/libarmpl_lp64.so" \
340           -DFFTWF_INCLUDE_DIR=${ARMPL_DIR}/include
341
342
343 Other optional build components
344 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
345
346 * Run-time detection of hardware capabilities can be improved by
347   linking with hwloc, which is automatically enabled if detected.
348 * Hardware-optimized BLAS and LAPACK libraries are useful
349   for a few of the |Gromacs| utilities focused on normal modes and
350   matrix manipulation, but they do not provide any benefits for normal
351   simulations. Configuring these is discussed at
352   `linear algebra libraries`_.
353 * The built-in |Gromacs| trajectory viewer ``gmx view`` requires X11 and
354   Motif/Lesstif libraries and header files. You may prefer to use
355   third-party software for visualization, such as VMD_ or PyMol_.
356 * An external TNG library for trajectory-file handling can be used
357   by setting ``-DGMX_EXTERNAL_TNG=yes``, but TNG
358   |GMX_TNG_MINIMUM_REQUIRED_VERSION| is bundled in the |Gromacs|
359   source already.
360 * The lmfit library for Levenberg-Marquardt curve fitting is used in
361   |Gromacs|. Only lmfit |GMX_LMFIT_REQUIRED_VERSION| is supported.  A
362   reduced version of that library is bundled in the |Gromacs|
363   distribution, and the default build uses it. That default may be
364   explicitly enabled with ``-DGMX_USE_LMFIT=internal``. To use an
365   external lmfit library, set ``-DGMX_USE_LMFIT=external``, and adjust
366   ``CMAKE_PREFIX_PATH`` as needed.  lmfit support can be disabled with
367   ``-DGMX_USE_LMFIT=none``.
368 * zlib is used by TNG for compressing some kinds of trajectory data
369 * Building the |Gromacs| documentation is optional, and requires
370   ImageMagick, pdflatex, bibtex, doxygen, python 2.7, sphinx
371   |EXPECTED_SPHINX_VERSION|, and pygments.
372 * The |Gromacs| utility programs often write data files in formats
373   suitable for the Grace plotting tool, but it is straightforward to
374   use these files in other plotting programs, too.
375
376 Doing a build of |Gromacs|
377 --------------------------
378
379 This section will cover a general build of |Gromacs| with CMake_, but it
380 is not an exhaustive discussion of how to use CMake. There are many
381 resources available on the web, which we suggest you search for when
382 you encounter problems not covered here. The material below applies
383 specifically to builds on Unix-like systems, including Linux, and Mac
384 OS X. For other platforms, see the specialist instructions below.
385
386 .. _configure-cmake:
387
388 Configuring with CMake
389 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
390
391 CMake will run many tests on your system and do its best to work out
392 how to build |Gromacs| for you. If your build machine is the same as
393 your target machine, then you can be sure that the defaults and
394 detection will be pretty good. However, if you want to control aspects
395 of the build, or you are compiling on a cluster head node for back-end
396 nodes with a different architecture, there are a few things you
397 should consider specifying.
398
399 The best way to use CMake to configure |Gromacs| is to do an
400 "out-of-source" build, by making another directory from which you will
401 run CMake. This can be outside the source directory, or a subdirectory
402 of it. It also means you can never corrupt your source code by trying
403 to build it! So, the only required argument on the CMake command line
404 is the name of the directory containing the ``CMakeLists.txt`` file of
405 the code you want to build. For example, download the source tarball
406 and use
407
408 .. parsed-literal::
409
410     tar xfz gromacs-|version|.tgz
411     cd gromacs-|version|
412     mkdir build-gromacs
413     cd build-gromacs
414     cmake ..
415
416 You will see ``cmake`` report a sequence of results of tests and
417 detections done by the |Gromacs| build system. These are written to the
418 ``cmake`` cache, kept in ``CMakeCache.txt``. You can edit this file by
419 hand, but this is not recommended because you could make a mistake.
420 You should not attempt to move or copy this file to do another build,
421 because file paths are hard-coded within it. If you mess things up,
422 just delete this file and start again with ``cmake``.
423
424 If there is a serious problem detected at this stage, then you will see
425 a fatal error and some suggestions for how to overcome it. If you are
426 not sure how to deal with that, please start by searching on the web
427 (most computer problems already have known solutions!) and then
428 consult the gmx-users mailing list. There are also informational
429 warnings that you might like to take on board or not. Piping the
430 output of ``cmake`` through ``less`` or ``tee`` can be
431 useful, too.
432
433 Once ``cmake`` returns, you can see all the settings that were chosen
434 and information about them by using e.g. the curses interface
435
436 ::
437
438     ccmake ..
439
440 You can actually use ``ccmake`` (available on most Unix platforms)
441 directly in the first step, but then
442 most of the status messages will merely blink in the lower part
443 of the terminal rather than be written to standard output. Most platforms
444 including Linux, Windows, and Mac OS X even have native graphical user interfaces for
445 ``cmake``, and it can create project files for almost any build environment
446 you want (including Visual Studio or Xcode).
447 Check out `running CMake`_ for
448 general advice on what you are seeing and how to navigate and change
449 things. The settings you might normally want to change are already
450 presented. You may make changes, then re-configure (using ``c``), so that it
451 gets a chance to make changes that depend on yours and perform more
452 checking. It may take several configuration passes to reach the desired
453 configuration, in particular if you need to resolve errors.
454
455 When you have reached the desired configuration with ``ccmake``, the
456 build system can be generated by pressing ``g``.  This requires that the previous
457 configuration pass did not reveal any additional settings (if it did, you need
458 to configure once more with ``c``).  With ``cmake``, the build system is generated
459 after each pass that does not produce errors.
460
461 You cannot attempt to change compilers after the initial run of
462 ``cmake``. If you need to change, clean up, and start again.
463
464 .. _non-standard location:
465
466 Where to install |Gromacs|
467 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
468
469 |Gromacs| is installed in the directory to which
470 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` points. It may not be the source directory or
471 the build directory.  You require write permissions to this
472 directory. Thus, without super-user privileges,
473 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` will have to be within your home directory.
474 Even if you do have super-user privileges, you should use them only
475 for the installation phase, and never for configuring, building, or
476 running |Gromacs|!
477
478 .. _cmake options:
479
480 Using CMake command-line options
481 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
482
483 Once you become comfortable with setting and changing options, you may
484 know in advance how you will configure |Gromacs|. If so, you can speed
485 things up by invoking ``cmake`` and passing the various options at once
486 on the command line. This can be done by setting cache variable at the
487 cmake invocation using ``-DOPTION=VALUE``. Note that some
488 environment variables are also taken into account, in particular
489 variables like ``CC`` and ``CXX``.
490
491 For example, the following command line
492
493 ::
494
495     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_MPI=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/marydoe/programs
496
497 can be used to build with CUDA GPUs, MPI and install in a custom
498 location. You can even save that in a shell script to make it even
499 easier next time. You can also do this kind of thing with ``ccmake``,
500 but you should avoid this, because the options set with ``-D`` will not
501 be able to be changed interactively in that run of ``ccmake``.
502
503 .. _gmx-simd-support:
504
505 SIMD support
506 ~~~~~~~~~~~~
507
508 |Gromacs| has extensive support for detecting and using the SIMD
509 capabilities of many modern HPC CPU architectures. If you are building
510 |Gromacs| on the same hardware you will run it on, then you don't need
511 to read more about this, unless you are getting configuration warnings
512 you do not understand. By default, the |Gromacs| build system will
513 detect the SIMD instruction set supported by the CPU architecture (on
514 which the configuring is done), and thus pick the best
515 available SIMD parallelization supported by |Gromacs|. The build system
516 will also check that the compiler and linker used also support the
517 selected SIMD instruction set and issue a fatal error if they
518 do not.
519
520 Valid values are listed below, and the applicable value with the
521 largest number in the list is generally the one you should choose.
522 In most cases, choosing an inappropriate higher number will lead
523 to compiling a binary that will not run. However, on a number of
524 processor architectures choosing the highest supported value can
525 lead to performance loss, e.g. on Intel Skylake-X/SP and AMD Zen.
526
527 1. ``None`` For use only on an architecture either lacking SIMD,
528    or to which |Gromacs| has not yet been ported and none of the
529    options below are applicable.
530 2. ``SSE2`` This SIMD instruction set was introduced in Intel
531    processors in 2001, and AMD in 2003. Essentially all x86
532    machines in existence have this, so it might be a good choice if
533    you need to support dinosaur x86 computers too.
534 3. ``SSE4.1`` Present in all Intel core processors since 2007,
535    but notably not in AMD Magny-Cours. Still, almost all recent
536    processors support this, so this can also be considered a good
537    baseline if you are content with slow simulations and prefer
538    portability between reasonably modern processors.
539 4. ``AVX_128_FMA`` AMD Bulldozer, Piledriver (and later Family 15h) processors have this.
540 5. ``AVX_256`` Intel processors since Sandy Bridge (2011). While this
541    code will work on the  AMD Bulldozer and Piledriver processors, it is significantly less
542    efficient than the ``AVX_128_FMA`` choice above - do not be fooled
543    to assume that 256 is better than 128 in this case.
544 6. ``AVX2_128`` AMD Zen microarchitecture processors (2017);
545    it will enable AVX2 with 3-way fused multiply-add instructions.
546    While the Zen microarchitecture does support 256-bit AVX2 instructions,
547    hence ``AVX2_256`` is also supported, 128-bit will generally be faster,
548    in particular when the non-bonded tasks run on the CPU -- hence
549    the default ``AVX2_128``. With GPU offload however ``AVX2_256``
550    can be faster on Zen processors.
551 7. ``AVX2_256`` Present on Intel Haswell (and later) processors (2013),
552    and it will also enable Intel 3-way fused multiply-add instructions.
553 8. ``AVX_512`` Skylake-X desktop and Skylake-SP Xeon processors (2017);
554    it will generally be fastest on the higher-end desktop and server
555    processors with two 512-bit fused multiply-add units (e.g. Core i9
556    and Xeon Gold). However, certain desktop and server models
557    (e.g. Xeon Bronze and Silver) come with only one AVX512 FMA unit
558    and therefore on these processors ``AVX2_256`` is faster
559    (compile- and runtime checks try to inform about such cases).
560    Additionally, with GPU accelerated runs ``AVX2_256`` can also be
561    faster on high-end Skylake CPUs with both 512-bit FMA units enabled.
562 9. ``AVX_512_KNL`` Knights Landing Xeon Phi processors
563 10. ``Sparc64_HPC_ACE`` Fujitsu machines like the K computer have this.
564 11. ``IBM_VMX`` Power6 and similar Altivec processors have this.
565 12. ``IBM_VSX`` Power7, Power8, Power9 and later have this.
566 13. ``ARM_NEON`` 32-bit ARMv7 with NEON support.
567 14. ``ARM_NEON_ASIMD`` 64-bit ARMv8 and later.
568
569 The CMake configure system will check that the compiler you have
570 chosen can target the architecture you have chosen. mdrun will check
571 further at runtime, so if in doubt, choose the lowest number you
572 think might work, and see what mdrun says. The configure system also
573 works around many known issues in many versions of common HPC
574 compilers.
575
576 A further ``GMX_SIMD=Reference`` option exists, which is a special
577 SIMD-like implementation written in plain C that developers can use
578 when developing support in |Gromacs| for new SIMD architectures. It is
579 not designed for use in production simulations, but if you are using
580 an architecture with SIMD support to which |Gromacs| has not yet been
581 ported, you may wish to try this option instead of the default
582 ``GMX_SIMD=None``, as it can often out-perform this when the
583 auto-vectorization in your compiler does a good job. And post on the
584 |Gromacs| mailing lists, because |Gromacs| can probably be ported for new
585 SIMD architectures in a few days.
586
587 CMake advanced options
588 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
589
590 The options that are displayed in the default view of ``ccmake`` are
591 ones that we think a reasonable number of users might want to consider
592 changing. There are a lot more options available, which you can see by
593 toggling the advanced mode in ``ccmake`` on and off with ``t``. Even
594 there, most of the variables that you might want to change have a
595 ``CMAKE_`` or ``GMX_`` prefix. There are also some options that will be
596 visible or not according to whether their preconditions are satisfied.
597
598 .. _search for libraries, headers or programs:
599
600 Helping CMake find the right libraries, headers, or programs
601 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
602
603 If libraries are installed in non-default locations their location can
604 be specified using the following variables:
605
606 * ``CMAKE_INCLUDE_PATH`` for header files
607 * ``CMAKE_LIBRARY_PATH`` for libraries
608 * ``CMAKE_PREFIX_PATH`` for header, libraries and binaries
609   (e.g. ``/usr/local``).
610
611 The respective ``include``, ``lib``, or ``bin`` is
612 appended to the path. For each of these variables, a list of paths can
613 be specified (on Unix, separated with ":"). These can be set as
614 enviroment variables like:
615
616 ::
617
618     CMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda cmake ..
619
620 (assuming ``bash`` shell). Alternatively, these variables are also
621 ``cmake`` options, so they can be set like
622 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda``.
623
624 The ``CC`` and ``CXX`` environment variables are also useful
625 for indicating to ``cmake`` which compilers to use. Similarly,
626 ``CFLAGS``/``CXXFLAGS`` can be used to pass compiler
627 options, but note that these will be appended to those set by
628 |Gromacs| for your build platform and build type. You can customize
629 some of this with advanced CMake options such as ``CMAKE_C_FLAGS``
630 and its relatives.
631
632 See also the page on `CMake environment variables`_.
633
634 .. _CUDA GPU acceleration:
635
636 CUDA GPU acceleration
637 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
638
639 If you have the CUDA_ Toolkit installed, you can use ``cmake`` with:
640
641 ::
642
643     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DCUDA_TOOLKIT_ROOT_DIR=/usr/local/cuda
644
645 (or whichever path has your installation). In some cases, you might
646 need to specify manually which of your C++ compilers should be used,
647 e.g. with the advanced option ``CUDA_HOST_COMPILER``.
648
649 By default, code will be generated for the most common CUDA architectures.
650 However, to reduce build time and binary size we do not generate code for
651 every single possible architecture, which in rare cases (say, Tegra systems)
652 can result in the default build not being able to use some GPUs.
653 If this happens, or if you want to remove some architectures to reduce
654 binary size and build time, you can alter the target CUDA architectures.
655 This can be done either with the ``GMX_CUDA_TARGET_SM`` or
656 ``GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE`` CMake variables, which take a semicolon delimited
657 string with the two digit suffixes of CUDA (virtual) architectures names, for
658 instance "35;50;51;52;53;60". For details, see the "Options for steering GPU
659 code generation" section of the nvcc man / help or Chapter 6. of the nvcc
660 manual.
661
662 The GPU acceleration has been tested on AMD64/x86-64 platforms with
663 Linux, Mac OS X and Windows operating systems, but Linux is the
664 best-tested and supported of these. Linux running on POWER 8, ARM v7 and v8
665 CPUs also works well.
666
667 Experimental support is available for compiling CUDA code, both for host and
668 device, using clang (version 6.0 or later).
669 A CUDA toolkit is still required but it is used only for GPU device code
670 generation and to link against the CUDA runtime library.
671 The clang CUDA support simplifies compilation and provides benefits for development
672 (e.g. allows the use code sanitizers in CUDA host-code).
673 Additionally, using clang for both CPU and GPU compilation can be beneficial
674 to avoid compatibility issues between the GNU toolchain and the CUDA toolkit.
675 clang for CUDA can be triggered using the ``GMX_CLANG_CUDA=ON`` CMake option.
676 Target architectures can be selected with  ``GMX_CUDA_TARGET_SM``,
677 virtual architecture code is always embedded for all requested architectures
678 (hence GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE is ignored).
679 Note that this is mainly a developer-oriented feature and it is not recommended
680 for production use as the performance can be significantly lower than that
681 of code compiled with nvcc (and it has also received less testing).
682 However, note that since clang 5.0 the performance gap is only moderate
683 (at the time of writing, about 20% slower GPU kernels), so this version
684 could be considered in non performance-critical use-cases.
685
686
687 OpenCL GPU acceleration
688 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
689
690 The primary targets of the |Gromacs| OpenCL support is accelerating
691 simulations on AMD and Intel hardware. For AMD, we target both
692 discrete GPUs and APUs (integrated CPU+GPU chips), and for Intel we
693 target the integrated GPUs found on modern workstation and mobile
694 hardware. The |Gromacs| OpenCL on NVIDIA GPUs works, but performance
695 and other limitations make it less practical (for details see the user guide).
696
697 To build |Gromacs| with OpenCL_ support enabled, two components are
698 required: the OpenCL_ headers and the wrapper library that acts
699 as a client driver loader (so-called ICD loader).
700 The additional, runtime-only dependency is the vendor-specific GPU driver
701 for the device targeted. This also contains the OpenCL_ compiler.
702 As the GPU compute kernels are compiled  on-demand at run time,
703 this vendor-specific compiler and driver is not needed for building |Gromacs|.
704 The former, compile-time dependencies are standard components,
705 hence stock versions can be obtained from most Linux distribution
706 repositories (e.g. ``opencl-headers`` and ``ocl-icd-libopencl1`` on Debian/Ubuntu).
707 Only the compatibility with the required OpenCL_ version |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION|
708 needs to be ensured.
709 Alternatively, the headers and library can also be obtained from vendor SDKs
710 (e.g. `from AMD <http://developer.amd.com/appsdk>`_),
711 which must be installed in a path found in ``CMAKE_PREFIX_PATH`` (or via the environment
712 variables ``AMDAPPSDKROOT`` or ``CUDA_PATH``).
713
714 To trigger an OpenCL_ build the following CMake flags must be set
715
716 ::
717
718     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_USE_OPENCL=ON
719
720 To build with support for Intel integrated GPUs, it is required
721 to add ``-DGMX_OPENCL_NB_CLUSTER_SIZE=4`` to the cmake command line,
722 so that the GPU kernels match the characteristics of the hardware.
723 The `Neo driver <https://github.com/intel/compute-runtime/releases>`_
724 is recommended.
725
726 On Mac OS, an AMD GPU can be used only with OS version 10.10.4 and
727 higher; earlier OS versions are known to run incorrectly.
728
729 By default, any clFFT library on the system will be used with
730 |Gromacs|, but if none is found then the code will fall back on a
731 version bundled with |Gromacs|. To require |Gromacs| to link with an
732 external library, use
733
734 ::
735
736     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_USE_OPENCL=ON -DclFFT_ROOT_DIR=/path/to/your/clFFT -DGMX_EXTERNAL_CLFFT=TRUE
737
738 Static linking
739 ~~~~~~~~~~~~~~
740
741 Dynamic linking of the |Gromacs| executables will lead to a
742 smaller disk footprint when installed, and so is the default on
743 platforms where we believe it has been tested repeatedly and found to work.
744 In general, this includes Linux, Windows, Mac OS X and BSD systems.
745 Static binaries take more space, but on some hardware and/or under
746 some conditions they are necessary, most commonly when you are running a parallel
747 simulation using MPI libraries (e.g. Cray).
748
749 * To link |Gromacs| binaries statically against the internal |Gromacs|
750   libraries, set ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF``.
751 * To link statically against external (non-system) libraries as well,
752   set ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON``. Note, that in
753   general ``cmake`` picks up whatever is available, so this option only
754   instructs ``cmake`` to prefer static libraries when both static and
755   shared are available. If no static version of an external library is
756   available, even when the aforementioned option is ``ON``, the shared
757   library will be used. Also note that the resulting binaries will
758   still be dynamically linked against system libraries on platforms
759   where that is the default. To use static system libraries,
760   additional compiler/linker flags are necessary, e.g. ``-static-libgcc
761   -static-libstdc++``.
762 * To attempt to link a fully static binary set
763   ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=OFF``. This will prevent CMake from explicitly
764   setting any dynamic linking flags. This option also sets
765   ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF`` and ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON`` by
766   default, but the above caveats apply. For compilers which don't
767   default to static linking, the required flags have to be specified. On
768   Linux, this is usually ``CFLAGS=-static CXXFLAGS=-static``.
769
770 gmxapi external API
771 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
772
773 For dynamic linking builds and on non-Windows platforms, an extra library and
774 headers are installed by setting ``-DGMXAPI=ON`` (default).
775 Build targets ``gmxapi-cppdocs`` and ``gmxapi-cppdocs-dev`` produce documentation in
776 ``docs/api-user`` and ``docs/api-dev``, respectively.
777 For more project information and use cases,
778 refer to the tracked :issue:`2585`,
779 associated GitHub `gmxapi <https://github.com/kassonlab/gmxapi>`_ projects,
780 or DOI `10.1093/bioinformatics/bty484 <https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty484>`_.
781
782 gmxapi is not yet tested on Windows or with static linking, but these use cases
783 are targeted for future versions.
784
785 Portability aspects
786 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
787
788 A |Gromacs| build will normally not be portable, not even across
789 hardware with the same base instruction set, like x86. Non-portable
790 hardware-specific optimizations are selected at configure-time, such
791 as the SIMD instruction set used in the compute kernels. This
792 selection will be done by the build system based on the capabilities
793 of the build host machine or otherwise specified to ``cmake`` during
794 configuration.
795
796 Often it is possible to ensure portability by choosing the least
797 common denominator of SIMD support, e.g. SSE2 for x86, and ensuring
798 the you use ``cmake -DGMX_USE_RDTSCP=off`` if any of the target CPU
799 architectures does not support the ``RDTSCP`` instruction.  However, we
800 discourage attempts to use a single |Gromacs| installation when the
801 execution environment is heterogeneous, such as a mix of AVX and
802 earlier hardware, because this will lead to programs (especially
803 mdrun) that run slowly on the new hardware. Building two full
804 installations and locally managing how to call the correct one
805 (e.g. using a module system) is the recommended
806 approach. Alternatively, as at the moment the |Gromacs| tools do not
807 make strong use of SIMD acceleration, it can be convenient to create
808 an installation with tools portable across different x86 machines, but
809 with separate mdrun binaries for each architecture. To achieve this,
810 one can first build a full installation with the
811 least-common-denominator SIMD instruction set, e.g. ``-DGMX_SIMD=SSE2``,
812 then build separate mdrun binaries for each architecture present in
813 the heterogeneous environment. By using custom binary and library
814 suffixes for the mdrun-only builds, these can be installed to the
815 same location as the "generic" tools installation.
816 `Building just the mdrun binary`_ is possible by setting the
817 ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON`` option.
818
819 Linear algebra libraries
820 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
821
822 As mentioned above, sometimes vendor BLAS and LAPACK libraries
823 can provide performance enhancements for |Gromacs| when doing
824 normal-mode analysis or covariance analysis. For simplicity, the text
825 below will refer only to BLAS, but the same options are available
826 for LAPACK. By default, CMake will search for BLAS, use it if it
827 is found, and otherwise fall back on a version of BLAS internal to
828 |Gromacs|. The ``cmake`` option ``-DGMX_EXTERNAL_BLAS=on`` will be set
829 accordingly. The internal versions are fine for normal use. If you
830 need to specify a non-standard path to search, use
831 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/search``. If you need to specify a
832 library with a non-standard name (e.g. ESSL on Power machines
833 or ARMPL on ARM machines), then
834 set ``-DGMX_BLAS_USER=/path/to/reach/lib/libwhatever.a``.
835
836 If you are using Intel MKL_ for FFT, then the BLAS and
837 LAPACK it provides are used automatically. This could be
838 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
839
840 On Apple platforms where the Accelerate Framework is available, these
841 will be automatically used for BLAS and LAPACK. This could be
842 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
843
844 .. _installing with MiMiC:
845
846 Building with MiMiC QM/MM support
847 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
848
849 MiMiC QM/MM interface integration will require linking against MiMiC
850 communication library, that establishes the communication channel
851 between |Gromacs| and CPMD. The MiMiC Communication library can be
852 downloaded `here <https://gitlab.com/MiMiC-projects/CommLib>`__.
853 Compile and install it. Check that the installation folder of the
854 MiMiC library is added to CMAKE_PREFIX_PATH if it is installed in
855 non-standard location. Building QM/MM-capable version requires
856 double-precision version of |Gromacs| compiled with MPI support:
857
858 * ``-DGMX_DOUBLE=ON -DGMX_MPI -DGMX_MIMIC=ON``
859
860 Changing the names of |Gromacs| binaries and libraries
861 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
862
863 It is sometimes convenient to have different versions of the same
864 |Gromacs| programs installed. The most common use cases have been single
865 and double precision, and with and without MPI. This mechanism can
866 also be used to install side-by-side multiple versions of mdrun
867 optimized for different CPU architectures, as mentioned previously.
868
869 By default, |Gromacs| will suffix programs and libraries for such builds
870 with ``_d`` for double precision and/or ``_mpi`` for MPI (and nothing
871 otherwise). This can be controlled manually with ``GMX_DEFAULT_SUFFIX
872 (ON/OFF)``, ``GMX_BINARY_SUFFIX`` (takes a string) and ``GMX_LIBS_SUFFIX``
873 (also takes a string). For instance, to set a custom suffix for
874 programs and libraries, one might specify:
875
876 ::
877
878     cmake .. -DGMX_DEFAULT_SUFFIX=OFF -DGMX_BINARY_SUFFIX=_mod -DGMX_LIBS_SUFFIX=_mod
879
880 Thus the names of all programs and libraries will be appended with
881 ``_mod``.
882
883 Changing installation tree structure
884 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
885
886 By default, a few different directories under ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` are used
887 when when |Gromacs| is installed. Some of these can be changed, which is mainly
888 useful for packaging |Gromacs| for various distributions. The directories are
889 listed below, with additional notes about some of them. Unless otherwise noted,
890 the directories can be renamed by editing the installation paths in the main
891 CMakeLists.txt.
892
893 ``bin/``
894     The standard location for executables and some scripts.
895     Some of the scripts hardcode the absolute installation prefix, which needs
896     to be changed if the scripts are relocated.
897     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_BINDIR`` CMake
898     variable.
899 ``include/gromacs/``
900     The standard location for installed headers.
901 ``lib/``
902     The standard location for libraries. The default depends on the system, and
903     is determined by CMake.
904     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_LIBDIR`` CMake
905     variable.
906 ``lib/pkgconfig/``
907     Information about the installed ``libgromacs`` library for ``pkg-config`` is
908     installed here.  The ``lib/`` part adapts to the installation location of the
909     libraries.  The installed files contain the installation prefix as absolute
910     paths.
911 ``share/cmake/``
912     CMake package configuration files are installed here.
913 ``share/gromacs/``
914     Various data files and some documentation go here. The first part can
915     be changed using ``CMAKE_INSTALL_DATADIR``, and the second by using
916     ``GMX_INSTALL_DATASUBDIR`` Using these CMake variables is the preferred
917     way of changing the installation path for
918     ``share/gromacs/top/``, since the path to this directory is built into
919     ``libgromacs`` as well as some scripts, both as a relative and as an absolute
920     path (the latter as a fallback if everything else fails).
921 ``share/man/``
922     Installed man pages go here.
923
924 Compiling and linking
925 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
926
927 Once you have configured with ``cmake``, you can build |Gromacs| with ``make``.
928 It is expected that this will always complete successfully, and
929 give few or no warnings. The CMake-time tests |Gromacs| makes on the settings
930 you choose are pretty extensive, but there are probably a few cases we
931 have not thought of yet. Search the web first for solutions to
932 problems, but if you need help, ask on gmx-users, being sure to
933 provide as much information as possible about what you did, the system
934 you are building on, and what went wrong. This may mean scrolling back
935 a long way through the output of ``make`` to find the first error
936 message!
937
938 If you have a multi-core or multi-CPU machine with ``N``
939 processors, then using
940
941 ::
942
943     make -j N
944
945 will generally speed things up by quite a bit. Other build generator systems
946 supported by ``cmake`` (e.g. ``ninja``) also work well.
947
948 .. _building just the mdrun binary:
949
950 Building only mdrun
951 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
952
953 This is now supported with the ``cmake`` option
954 ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON``, which will build a different version of
955 ``libgromacs`` and the ``mdrun`` program.
956 Naturally, now ``make install`` installs only those
957 products. By default, mdrun-only builds will default to static linking
958 against |Gromacs| libraries, because this is generally a good idea for
959 the targets for which an mdrun-only build is desirable.
960
961 Installing |Gromacs|
962 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
963
964 Finally, ``make install`` will install |Gromacs| in the
965 directory given in ``CMAKE_INSTALL_PREFIX``. If this is a system
966 directory, then you will need permission to write there, and you
967 should use super-user privileges only for ``make install`` and
968 not the whole procedure.
969
970 .. _getting access to |Gromacs|:
971
972 Getting access to |Gromacs| after installation
973 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
974
975 |Gromacs| installs the script ``GMXRC`` in the ``bin``
976 subdirectory of the installation directory
977 (e.g. ``/usr/local/gromacs/bin/GMXRC``), which you should source
978 from your shell:
979
980 ::
981
982     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
983
984 It will detect what kind of shell you are running and set up your
985 environment for using |Gromacs|. You may wish to arrange for your
986 login scripts to do this automatically; please search the web for
987 instructions on how to do this for your shell.
988
989 Many of the |Gromacs| programs rely on data installed in the
990 ``share/gromacs`` subdirectory of the installation directory. By
991 default, the programs will use the environment variables set in the
992 ``GMXRC`` script, and if this is not available they will try to guess the
993 path based on their own location.  This usually works well unless you
994 change the names of directories inside the install tree. If you still
995 need to do that, you might want to recompile with the new install
996 location properly set, or edit the ``GMXRC`` script.
997
998 Testing |Gromacs| for correctness
999 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1000
1001 Since 2011, the |Gromacs| development uses an automated system where
1002 every new code change is subject to regression testing on a number of
1003 platforms and software combinations. While this improves
1004 reliability quite a lot, not everything is tested, and since we
1005 increasingly rely on cutting edge compiler features there is
1006 non-negligible risk that the default compiler on your system could
1007 have bugs. We have tried our best to test and refuse to use known bad
1008 versions in ``cmake``, but we strongly recommend that you run through
1009 the tests yourself. It only takes a few minutes, after which you can
1010 trust your build.
1011
1012 The simplest way to run the checks is to build |Gromacs| with
1013 ``-DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD``, and run ``make check``.
1014 |Gromacs| will automatically download and run the tests for you.
1015 Alternatively, you can download and unpack the |Gromacs|
1016 regression test suite |gmx-regressiontests-package| tarball yourself
1017 and use the advanced ``cmake`` option ``REGRESSIONTEST_PATH`` to
1018 specify the path to the unpacked tarball, which will then be used for
1019 testing. If the above does not work, then please read on.
1020
1021 The regression tests are also available from the download_ section.
1022 Once you have downloaded them, unpack the tarball, source
1023 ``GMXRC`` as described above, and run ``./gmxtest.pl all``
1024 inside the regression tests folder. You can find more options
1025 (e.g. adding ``double`` when using double precision, or
1026 ``-only expanded`` to run just the tests whose names match
1027 "expanded") if you just execute the script without options.
1028
1029 Hopefully, you will get a report that all tests have passed. If there
1030 are individual failed tests it could be a sign of a compiler bug, or
1031 that a tolerance is just a tiny bit too tight. Check the output files
1032 the script directs you too, and try a different or newer compiler if
1033 the errors appear to be real. If you cannot get it to pass the
1034 regression tests, you might try dropping a line to the gmx-users
1035 mailing list, but then you should include a detailed description of
1036 your hardware, and the output of ``gmx mdrun -version`` (which contains
1037 valuable diagnostic information in the header).
1038
1039 A build with ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY`` cannot be tested with
1040 ``make check`` from the build tree, because most of the tests
1041 require a full build to run things like ``grompp``. To test such an
1042 mdrun fully requires installing it to the same location as a normal
1043 build of |Gromacs|, downloading the regression tests tarball manually
1044 as described above, sourcing the correct ``GMXRC`` and running the
1045 perl script manually. For example, from your |Gromacs| source
1046 directory:
1047
1048 ::
1049
1050     mkdir build-normal
1051     cd build-normal
1052     cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/your/installation/prefix/here
1053     make -j 4
1054     make install
1055     cd ..
1056     mkdir build-mdrun-only
1057     cd build-mdrun-only
1058     cmake .. -DGMX_MPI=ON -DGMX_GPU=ON -DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/your/installation/prefix/here
1059     make -j 4
1060     make install
1061     cd /to/your/unpacked/regressiontests
1062     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
1063     ./gmxtest.pl all -np 2
1064
1065 If your mdrun program has been suffixed in a non-standard way, then
1066 the ``./gmxtest.pl -mdrun`` option will let you specify that name to the
1067 test machinery. You can use ``./gmxtest.pl -double`` to test the
1068 double-precision version. You can use ``./gmxtest.pl -crosscompiling``
1069 to stop the test harness attempting to check that the programs can
1070 be run. You can use ``./gmxtest.pl -mpirun srun`` if your command to
1071 run an MPI program is called ``srun``.
1072
1073 The ``make check`` target also runs integration-style tests that may run
1074 with MPI if ``GMX_MPI=ON`` was set. To make these work with various possible
1075 MPI libraries, you may need to
1076 set the CMake variables ``MPIEXEC``, ``MPIEXEC_NUMPROC_FLAG``,
1077 ``MPIEXEC_PREFLAGS`` and ``MPIEXEC_POSTFLAGS`` so that
1078 ``mdrun-mpi-test_mpi`` would run on multiple ranks via the shell command
1079
1080 ::
1081
1082     ${MPIEXEC} ${MPIEXEC_NUMPROC_FLAG} ${NUMPROC} ${MPIEXEC_PREFLAGS} \
1083           mdrun-mpi-test_mpi ${MPIEXEC_POSTFLAGS} -otherflags
1084
1085 A typical example for SLURM is
1086
1087 ::
1088
1089      cmake .. -DGMX_MPI=on -DMPIEXEC=srun -DMPIEXEC_NUMPROC_FLAG=-n -DMPIEXEC_PREFLAGS= -DMPIEXEC_POSTFLAGS=
1090
1091
1092 Testing |Gromacs| for performance
1093 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1094
1095 We are still working on a set of benchmark systems for testing
1096 the performance of |Gromacs|. Until that is ready, we recommend that
1097 you try a few different parallelization options, and experiment with
1098 tools such as ``gmx tune_pme``.
1099
1100 Having difficulty?
1101 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1102
1103 You are not alone - this can be a complex task! If you encounter a
1104 problem with installing |Gromacs|, then there are a number of
1105 locations where you can find assistance. It is recommended that you
1106 follow these steps to find the solution:
1107
1108 1. Read the installation instructions again, taking note that you
1109    have followed each and every step correctly.
1110
1111 2. Search the |Gromacs| webpage_ and users emailing list for information
1112    on the error. Adding
1113    ``site:https://mailman-1.sys.kth.se/pipermail/gromacs.org_gmx-users``
1114    to a Google search may help filter better results.
1115
1116 3. Search the internet using a search engine such as Google.
1117
1118 4. Post to the |Gromacs| users emailing list gmx-users for
1119    assistance. Be sure to give a full description of what you have
1120    done and why you think it did not work. Give details about the
1121    system on which you are installing.  Copy and paste your command
1122    line and as much of the output as you think might be relevant -
1123    certainly from the first indication of a problem. In particular,
1124    please try to include at least the header from the mdrun logfile,
1125    and preferably the entire file.  People who might volunteer to help
1126    you do not have time to ask you interactive detailed follow-up
1127    questions, so you will get an answer faster if you provide as much
1128    information as you think could possibly help. High quality bug
1129    reports tend to receive rapid high quality answers.
1130
1131 .. _gmx-special-build:
1132
1133 Special instructions for some platforms
1134 ---------------------------------------
1135
1136 Building on Windows
1137 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1138
1139 Building on Windows using native compilers is rather similar to
1140 building on Unix, so please start by reading the above. Then, download
1141 and unpack the |Gromacs| source archive. Make a folder in which to do
1142 the out-of-source build of |Gromacs|. For example, make it within the
1143 folder unpacked from the source archive, and call it ``build-gromacs``.
1144
1145 For CMake, you can either use the graphical user interface provided on
1146 Windows, or you can use a command line shell with instructions similar
1147 to the UNIX ones above. If you open a shell from within your IDE
1148 (e.g. Microsoft Visual Studio), it will configure the environment for
1149 you, but you might need to tweak this in order to get either a 32-bit
1150 or 64-bit build environment. The latter provides the fastest
1151 executable. If you use a normal Windows command shell, then you will
1152 need to either set up the environment to find your compilers and
1153 libraries yourself, or run the ``vcvarsall.bat`` batch script provided
1154 by MSVC (just like sourcing a bash script under Unix).
1155
1156 With the graphical user interface, you will be asked about what
1157 compilers to use at the initial configuration stage, and if you use
1158 the command line they can be set in a similar way as under UNIX.
1159
1160 Unfortunately ``-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON`` (see `Using FFTW`_) does not
1161 work on Windows, because there is no supported way to build FFTW on
1162 Windows. You can either build FFTW some other way (e.g. MinGW), or
1163 use the built-in fftpack (which may be slow), or `using MKL`_.
1164
1165 For the build, you can either load the generated solutions file into
1166 e.g. Visual Studio, or use the command line with ``cmake --build`` so
1167 the right tools get used.
1168
1169 Building on Cray
1170 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1171
1172 |Gromacs| builds mostly out of the box on modern Cray machines, but
1173 you may need to specify the use of static binaries with
1174 ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=off``, and you may need to set the F77
1175 environmental variable to ``ftn`` when compiling FFTW.
1176 The ARM ThunderX2 Cray XC50 machines differ only in that the recommended
1177 compiler is the ARM HPC Compiler (``armclang``).
1178
1179
1180 Building on Solaris
1181 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1182
1183 The built-in |Gromacs| processor detection does not work on Solaris,
1184 so it is strongly recommended that you build |Gromacs| with
1185 ``-DGMX_HWLOC=on`` and ensure that the ``CMAKE_PREFIX_PATH`` includes
1186 the path where the hwloc headers and libraries can be found. At least
1187 version 1.11.8 of hwloc is recommended.
1188
1189 Oracle Developer Studio is not a currently supported compiler (and
1190 does not currently compile |Gromacs| correctly, perhaps because the
1191 thread-MPI atomics are incorrectly implemented in |Gromacs|).
1192
1193 Fujitsu PRIMEHPC
1194 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1195
1196 This is the architecture of the K computer, which uses Fujitsu
1197 Sparc64VIIIfx chips. On this platform, |Gromacs| has
1198 accelerated group kernels using the HPC-ACE instructions, no
1199 accelerated Verlet kernels, and a custom build toolchain. Since this
1200 particular chip only does double precision SIMD, the default setup
1201 is to build |Gromacs| in double. Since most users only need single, we have added
1202 an option GMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION to accept single precision square root
1203 accuracy in the group kernels; unless you know that you really need 15 digits
1204 of accuracy in each individual force, we strongly recommend you use this. Note
1205 that all summation and other operations are still done in double.
1206
1207 The recommended configuration is to use
1208
1209 ::
1210
1211     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Toolchain-Fujitsu-Sparc64-mpi.cmake \
1212              -DCMAKE_PREFIX_PATH=/your/fftw/installation/prefix \
1213              -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/where/gromacs/should/be/installed \
1214              -DGMX_MPI=ON \
1215              -DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON \
1216              -DGMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION=ON
1217     make
1218     make install
1219
1220 Intel Xeon Phi
1221 ^^^^^^^^^^^^^^
1222
1223 Xeon Phi processors, hosted or self-hosted, are supported.
1224 Only symmetric (aka native) mode is supported on Knights Corner. The
1225 performance depends among other factors on the system size, and for
1226 now the performance might not be faster than CPUs. When building for it,
1227 the recommended configuration is
1228
1229 ::
1230
1231     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Platform/XeonPhi
1232     make
1233     make install
1234
1235
1236 The Knights Landing-based Xeon Phi processors behave like standard x86 nodes,
1237 but support a special SIMD instruction set. When cross-compiling for such nodes,
1238 use the ``AVX_512_KNL`` SIMD flavor.
1239 Knights Landing processors support so-called "clustering modes" which
1240 allow reconfiguring the memory subsystem for lower latency. |Gromacs| can
1241 benefit from the quadrant or SNC clustering modes.
1242 Care needs to be taken to correctly pin threads. In particular, threads of
1243 an MPI rank should not cross cluster and NUMA boundaries.
1244 In addition to the main DRAM memory, Knights Landing has a high-bandwidth
1245 stacked memory called MCDRAM. Using it offers performance benefits if
1246 it is ensured that ``mdrun`` runs entirely from this memory; to do so
1247 it is recommended that MCDRAM is configured in "Flat mode" and ``mdrun`` is
1248 bound to the appropriate NUMA node (use e.g. ``numactl --membind 1`` with
1249 quadrant clustering mode).
1250
1251
1252 Tested platforms
1253 ----------------
1254
1255 While it is our best belief that |Gromacs| will build and run pretty
1256 much everywhere, it is important that we tell you where we really know
1257 it works because we have tested it. We do test on Linux, Windows, and
1258 Mac with a range of compilers and libraries for a range of our
1259 configuration options. Every commit in our git source code repository
1260 is currently tested on x86 with a number of gcc versions ranging from 5.1
1261 through 8.1, version 19 of the Intel compiler, and Clang
1262 versions 3.6 through 7. For this, we use a variety of GNU/Linux
1263 flavors and versions as well as recent versions of Windows. Under
1264 Windows, we test both MSVC 2017 and version 16 of the Intel compiler.
1265 Other compiler, library, and OS versions are tested less frequently.
1266 For details, you can
1267 have a look at the `continuous integration server used by GROMACS`_,
1268 which runs Jenkins_.
1269
1270 We test irregularly on ARM v7, ARM v8, Cray, Fujitsu
1271 PRIMEHPC, Power8, Google Native Client and other environments, and
1272 with other compilers and compiler versions, too.