Require MPI 2.0
[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``.
59 The latter will install binaries and libraries named using
60 a default suffix of ``_mpi`` ie ``gmx_mpi``. Hence it is safe
61 and common practice to install this into the same location where
62 the non-MPI build is installed.
63
64 Typical installation
65 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
66
67 As above, and with further details below, but you should consider
68 using the following `CMake options`_ with the
69 appropriate value instead of ``xxx`` :
70
71 * ``-DCMAKE_C_COMPILER=xxx`` equal to the name of the C99 `Compiler`_ you wish to use (or the environment variable ``CC``)
72 * ``-DCMAKE_CXX_COMPILER=xxx`` equal to the name of the C++17 `compiler`_ you wish to use (or the environment variable ``CXX``)
73 * ``-DGMX_MPI=on`` to build using `MPI support`_
74 * ``-DGMX_GPU=CUDA`` to build with NVIDIA CUDA support enabled.
75 * ``-DGMX_GPU=OpenCL`` to build with OpenCL_ support enabled.
76 * ``-DGMX_SIMD=xxx`` to specify the level of `SIMD support`_ of the node on which |Gromacs| will run
77 * ``-DGMX_DOUBLE=on`` to build |Gromacs| in double precision (slower, and not normally useful)
78 * ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=xxx`` to add a non-standard location for CMake to `search for libraries, headers or programs`_
79 * ``-DCMAKE_INSTALL_PREFIX=xxx`` to install |Gromacs| to a `non-standard location`_ (default ``/usr/local/gromacs``)
80 * ``-DBUILD_SHARED_LIBS=off`` to turn off the building of shared libraries to help with `static linking`_
81 * ``-DGMX_FFT_LIBRARY=xxx`` to select whether to use ``fftw3``, ``mkl`` or ``fftpack`` libraries for `FFT support`_
82 * ``-DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug`` to build |Gromacs| in debug mode
83
84 Building older versions
85 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
86
87 Installation instructions for old |Gromacs| versions can be found at
88 the |Gromacs| `documentation page
89 <http://manual.gromacs.org/documentation>`_.
90
91 Prerequisites
92 -------------
93
94 Platform
95 ^^^^^^^^
96
97 |Gromacs| can be compiled for many operating systems and
98 architectures.  These include any distribution of Linux, Mac OS X or
99 Windows, and architectures including x86, AMD64/x86-64, several
100 PowerPC including POWER8, ARM v8, and SPARC VIII.
101
102 Compiler
103 ^^^^^^^^
104
105 |Gromacs| can be compiled on any platform with ANSI C99 and C++17
106 compilers, and their respective standard C/C++ libraries. Good
107 performance on an OS and architecture requires choosing a good
108 compiler. We recommend gcc, because it is free, widely available and
109 frequently provides the best performance.
110
111 You should strive to use the most recent version of your
112 compiler. Since we require full C++17 support the minimum supported
113 compiler versions are
114
115 * GNU (gcc/libstdc++) 7
116 * Intel (icc) 19.1
117 * LLVM (clang/libc++) 5
118 * Microsoft (MSVC) 2017 15.7
119
120 Other compilers may work (Cray, Pathscale, older clang) but do
121 not offer competitive performance. We recommend against PGI because
122 the performance with C++ is very bad.
123
124 The xlc compiler is not supported and version 16.1 does not compile on
125 POWER architectures for |Gromacs|\ -\ |version|. We recommend to use
126 the gcc compiler instead, as it is being extensively tested.
127
128 You may also need the most recent version of other compiler toolchain
129 components beside the compiler itself (e.g. assembler or linker);
130 these are often shipped by your OS distribution's binutils package.
131
132 C++17 support requires adequate support in both the compiler and the
133 C++ library. The gcc and MSVC compilers include their own standard
134 libraries and require no further configuration. If your vendor's
135 compiler also manages the standard library library via compiler flags,
136 these will be honored. For configuration of other compilers, read on.
137
138 On Linux, both the Intel and clang compiler use the libstdc++ which
139 comes with gcc as the default C++ library. For |Gromacs|, we require
140 the compiler to support libstc++ version 7.1 or higher. To select a
141 particular libstdc++ library, provide the path to g++ with
142 ``-DGMX_GPLUSPLUS_PATH=/path/to/g++``.
143
144 On Windows with the Intel compiler, the MSVC standard library is used,
145 and at least MSVC 2017 15.7 is required. Load the environment variables with
146 vcvarsall.bat.
147
148 To build with clang and llvm's libcxx standard library, use
149 ``-DCMAKE_CXX_FLAGS=-stdlib=libc++``.
150
151 If you are running on Mac OS X, the best option is the Intel
152 compiler. Both clang and gcc will work, but they produce lower
153 performance and each have some shortcomings. clang 3.8 now offers
154 support for OpenMP, and so may provide decent performance.
155
156 For all non-x86 platforms, your best option is typically to use gcc or
157 the vendor's default or recommended compiler, and check for
158 specialized information below.
159
160 For updated versions of gcc to add to your Linux OS, see
161
162 * Ubuntu: `Ubuntu toolchain ppa page`_
163 * RHEL/CentOS: `EPEL page`_ or the RedHat Developer Toolset
164
165 Compiling with parallelization options
166 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
167
168 For maximum performance you will need to examine how you will use
169 |Gromacs| and what hardware you plan to run on. Often OpenMP_
170 parallelism is an advantage for |Gromacs|, but support for this is
171 generally built into your compiler and detected automatically.
172
173 .. _gmx-gpu-support:
174
175 GPU support
176 ~~~~~~~~~~~
177
178 |Gromacs| has excellent support for NVIDIA GPUs supported via CUDA.
179 On Linux, NVIDIA CUDA_ toolkit with minimum version |REQUIRED_CUDA_VERSION|
180 is required, and the latest version is strongly encouraged. NVIDIA GPUs with at
181 least NVIDIA compute capability |REQUIRED_CUDA_COMPUTE_CAPABILITY| are
182 required. You are strongly recommended to
183 get the latest CUDA version and driver that supports your hardware, but
184 beware of possible performance regressions in newer CUDA versions on
185 older hardware.
186 While some CUDA compilers (nvcc) might not
187 officially support recent versions of gcc as the back-end compiler, we
188 still recommend that you at least use a gcc version recent enough to
189 get the best SIMD support for your CPU, since |Gromacs| always runs some
190 code on the CPU. It is most reliable to use the same C++ compiler
191 version for |Gromacs| code as used as the host compiler for nvcc.
192
193 To make it possible to use other accelerators, |Gromacs| also includes
194 OpenCL_ support. The minimum OpenCL version required is
195 |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION| and only 64-bit implementations are supported.
196 The current OpenCL implementation is recommended for
197 use with GCN-based AMD GPUs, and on Linux we recommend the ROCm runtime.
198 Intel integrated GPUs are supported with the Neo drivers.
199 OpenCL is also supported with NVIDIA GPUs, but using
200 the latest NVIDIA driver (which includes the NVIDIA OpenCL runtime) is
201 recommended. Also note that there are performance limitations (inherent
202 to the NVIDIA OpenCL runtime).
203 It is not possible to configure both CUDA and OpenCL
204 support in the same build of |Gromacs|, nor to support both
205 Intel and other vendors' GPUs with OpenCL. A 64-bit implementation
206 of OpenCL is required and therefore OpenCL is only supported on 64-bit platforms.
207
208 .. _mpi-support:
209
210 MPI support
211 ~~~~~~~~~~~
212
213 |Gromacs| can run in parallel on multiple cores of a single
214 workstation using its built-in thread-MPI. No user action is required
215 in order to enable this.
216
217 If you wish to run in parallel on multiple machines across a network,
218 you will need to have an MPI library installed that supports the MPI
219 2.0 standard. That's true for any MPI library version released since
220 about 2009, but the |Gromacs| team recommends the latest version (for
221 best performance) of either your vendor's library, OpenMPI_ or MPICH_.
222
223 To compile with MPI set your compiler to the normal (non-MPI) compiler
224 and add ``-DGMX_MPI=on`` to the cmake options. It is possible to set
225 the compiler to the MPI compiler wrapper but it is neither necessary
226 nor recommended.
227
228 CMake
229 ^^^^^
230
231 |Gromacs| builds with the CMake build system, requiring at least
232 version |CMAKE_MINIMUM_REQUIRED_VERSION|. You can check whether
233 CMake is installed, and what version it is, with ``cmake
234 --version``. If you need to install CMake, then first check whether
235 your platform's package management system provides a suitable version,
236 or visit the `CMake installation page`_ for pre-compiled binaries,
237 source code and installation instructions. The |Gromacs| team
238 recommends you install the most recent version of CMake you can.
239
240 .. _FFT support:
241
242 Fast Fourier Transform library
243 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
244
245 Many simulations in |Gromacs| make extensive use of fast Fourier
246 transforms, and a software library to perform these is always
247 required. We recommend FFTW_ (version 3 or higher only) or Intel
248 MKL_. The choice of library can be set with ``cmake
249 -DGMX_FFT_LIBRARY=<name>``, where ``<name>`` is one of ``fftw3``,
250 ``mkl``, or ``fftpack``. FFTPACK is bundled with |Gromacs| as a
251 fallback, and is acceptable if simulation performance is not a
252 priority. When choosing MKL, |Gromacs| will also use MKL for BLAS and
253 LAPACK (see `linear algebra libraries`_). Generally, there is no
254 advantage in using MKL with |Gromacs|, and FFTW is often faster.
255 With PME GPU offload support using CUDA, a GPU-based FFT library
256 is required. The CUDA-based GPU FFT library cuFFT is part of the
257 CUDA toolkit (required for all CUDA builds) and therefore no additional
258 software component is needed when building with CUDA GPU acceleration.
259
260 Using FFTW
261 ~~~~~~~~~~
262
263 FFTW_ is likely to be available for your platform via its package
264 management system, but there can be compatibility and significant
265 performance issues associated with these packages. In particular,
266 |Gromacs| simulations are normally run in "mixed" floating-point
267 precision, which is suited for the use of single precision in
268 FFTW. The default FFTW package is normally in double
269 precision, and good compiler options to use for FFTW when linked to
270 |Gromacs| may not have been used. Accordingly, the |Gromacs| team
271 recommends either
272
273 * that you permit the |Gromacs| installation to download and
274   build FFTW from source automatically for you (use
275   ``cmake -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON``), or
276 * that you build FFTW from the source code.
277
278 If you build FFTW from source yourself, get the most recent version
279 and follow the `FFTW installation guide`_. Choose the precision for
280 FFTW (i.e. single/float vs. double) to match whether you will later
281 use mixed or double precision for |Gromacs|. There is no need to
282 compile FFTW with threading or MPI support, but it does no harm. On
283 x86 hardware, compile with *both* ``--enable-sse2`` and
284 ``--enable-avx`` for FFTW-3.3.4 and earlier. From FFTW-3.3.5, you
285 should also add ``--enable-avx2`` also. On Intel processors supporting
286 512-wide AVX, including KNL, add ``--enable-avx512`` also.
287 FFTW will create a fat library with codelets for all different instruction sets,
288 and pick the fastest supported one at runtime.
289 On ARM architectures with SIMD support and IBM Power8 and later, you
290 definitely want version 3.3.5 or later,
291 and to compile it with ``--enable-neon`` and ``--enable-vsx``, respectively, for
292 SIMD support. If you are using a Cray, there is a special modified
293 (commercial) version of FFTs using the FFTW interface which can be
294 slightly faster.
295
296 Using MKL
297 ~~~~~~~~~
298
299 Use MKL bundled with Intel compilers by setting up the compiler
300 environment, e.g., through ``source /path/to/compilervars.sh intel64``
301 or similar before running CMake including setting
302 ``-DGMX_FFT_LIBRARY=mkl``.
303
304 If you need to customize this further, use
305
306 ::
307
308     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=mkl \
309           -DMKL_LIBRARIES="/full/path/to/libone.so;/full/path/to/libtwo.so" \
310           -DMKL_INCLUDE_DIR="/full/path/to/mkl/include"
311
312 The full list and order(!) of libraries you require are found in Intel's MKL documentation for your system.
313
314 Using ARM Performance Libraries
315 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
316
317 The ARM Performance Libraries provides FFT transforms implementation for ARM
318 architectures.
319 Preliminary support is provided for ARMPL in |Gromacs| through its FFTW-compatible API.
320 Assuming that the ARM HPC toolchain environment including the ARMPL paths
321 are set up (e.g. through loading the appropriate modules like
322 ``module load Module-Prefix/arm-hpc-compiler-X.Y/armpl/X.Y``) use the following cmake
323 options:
324
325 ::
326
327     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=fftw3 \
328           -DFFTWF_LIBRARY="${ARMPL_DIR}/lib/libarmpl_lp64.so" \
329           -DFFTWF_INCLUDE_DIR=${ARMPL_DIR}/include
330
331
332 Other optional build components
333 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
334
335 * Run-time detection of hardware capabilities can be improved by
336   linking with hwloc. By default this is turned off since it might
337   not be supported everywhere, but if you have hwloc installed it
338   should work by just setting ``-DGMX_HWLOC=ON``
339 * Hardware-optimized BLAS and LAPACK libraries are useful
340   for a few of the |Gromacs| utilities focused on normal modes and
341   matrix manipulation, but they do not provide any benefits for normal
342   simulations. Configuring these is discussed at
343   `linear algebra libraries`_.
344 * The built-in |Gromacs| trajectory viewer ``gmx view`` requires X11 and
345   Motif/Lesstif libraries and header files. You may prefer to use
346   third-party software for visualization, such as VMD_ or PyMol_.
347 * An external TNG library for trajectory-file handling can be used
348   by setting ``-DGMX_EXTERNAL_TNG=yes``, but TNG
349   |GMX_TNG_MINIMUM_REQUIRED_VERSION| is bundled in the |Gromacs|
350   source already.
351 * The lmfit library for Levenberg-Marquardt curve fitting is used in
352   |Gromacs|. Only lmfit |GMX_LMFIT_REQUIRED_VERSION| is supported.  A
353   reduced version of that library is bundled in the |Gromacs|
354   distribution, and the default build uses it. That default may be
355   explicitly enabled with ``-DGMX_USE_LMFIT=internal``. To use an
356   external lmfit library, set ``-DGMX_USE_LMFIT=external``, and adjust
357   ``CMAKE_PREFIX_PATH`` as needed.  lmfit support can be disabled with
358   ``-DGMX_USE_LMFIT=none``.
359 * zlib is used by TNG for compressing some kinds of trajectory data
360 * Building the |Gromacs| documentation is optional, and requires
361   ImageMagick, pdflatex, bibtex, doxygen, python 3.6, sphinx
362   |EXPECTED_SPHINX_VERSION|, and pygments.
363 * The |Gromacs| utility programs often write data files in formats
364   suitable for the Grace plotting tool, but it is straightforward to
365   use these files in other plotting programs, too.
366 * Set ``-DGMX_PYTHON_PACKAGE=ON`` when configuring |Gromacs| with CMake to
367   enable additional CMake targets for the gmxapi Python package and
368   sample_restraint package from the main |Gromacs| CMake build. This supports
369   additional testing and documentation generation.
370
371 Doing a build of |Gromacs|
372 --------------------------
373
374 This section will cover a general build of |Gromacs| with CMake_, but it
375 is not an exhaustive discussion of how to use CMake. There are many
376 resources available on the web, which we suggest you search for when
377 you encounter problems not covered here. The material below applies
378 specifically to builds on Unix-like systems, including Linux, and Mac
379 OS X. For other platforms, see the specialist instructions below.
380
381 .. _configure-cmake:
382
383 Configuring with CMake
384 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
385
386 CMake will run many tests on your system and do its best to work out
387 how to build |Gromacs| for you. If your build machine is the same as
388 your target machine, then you can be sure that the defaults and
389 detection will be pretty good. However, if you want to control aspects
390 of the build, or you are compiling on a cluster head node for back-end
391 nodes with a different architecture, there are a few things you
392 should consider specifying.
393
394 The best way to use CMake to configure |Gromacs| is to do an
395 "out-of-source" build, by making another directory from which you will
396 run CMake. This can be outside the source directory, or a subdirectory
397 of it. It also means you can never corrupt your source code by trying
398 to build it! So, the only required argument on the CMake command line
399 is the name of the directory containing the ``CMakeLists.txt`` file of
400 the code you want to build. For example, download the source tarball
401 and use
402
403 .. parsed-literal::
404
405     tar xfz gromacs-|version|.tgz
406     cd gromacs-|version|
407     mkdir build-gromacs
408     cd build-gromacs
409     cmake ..
410
411 You will see ``cmake`` report a sequence of results of tests and
412 detections done by the |Gromacs| build system. These are written to the
413 ``cmake`` cache, kept in ``CMakeCache.txt``. You can edit this file by
414 hand, but this is not recommended because you could make a mistake.
415 You should not attempt to move or copy this file to do another build,
416 because file paths are hard-coded within it. If you mess things up,
417 just delete this file and start again with ``cmake``.
418
419 If there is a serious problem detected at this stage, then you will see
420 a fatal error and some suggestions for how to overcome it. If you are
421 not sure how to deal with that, please start by searching on the web
422 (most computer problems already have known solutions!) and then
423 consult the gmx-users mailing list. There are also informational
424 warnings that you might like to take on board or not. Piping the
425 output of ``cmake`` through ``less`` or ``tee`` can be
426 useful, too.
427
428 Once ``cmake`` returns, you can see all the settings that were chosen
429 and information about them by using e.g. the curses interface
430
431 ::
432
433     ccmake ..
434
435 You can actually use ``ccmake`` (available on most Unix platforms)
436 directly in the first step, but then
437 most of the status messages will merely blink in the lower part
438 of the terminal rather than be written to standard output. Most platforms
439 including Linux, Windows, and Mac OS X even have native graphical user interfaces for
440 ``cmake``, and it can create project files for almost any build environment
441 you want (including Visual Studio or Xcode).
442 Check out `running CMake`_ for
443 general advice on what you are seeing and how to navigate and change
444 things. The settings you might normally want to change are already
445 presented. You may make changes, then re-configure (using ``c``), so that it
446 gets a chance to make changes that depend on yours and perform more
447 checking. It may take several configuration passes to reach the desired
448 configuration, in particular if you need to resolve errors.
449
450 When you have reached the desired configuration with ``ccmake``, the
451 build system can be generated by pressing ``g``.  This requires that the previous
452 configuration pass did not reveal any additional settings (if it did, you need
453 to configure once more with ``c``).  With ``cmake``, the build system is generated
454 after each pass that does not produce errors.
455
456 You cannot attempt to change compilers after the initial run of
457 ``cmake``. If you need to change, clean up, and start again.
458
459 .. _non-standard location:
460
461 Where to install |Gromacs|
462 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
463
464 |Gromacs| is installed in the directory to which
465 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` points. It may not be the source directory or
466 the build directory.  You require write permissions to this
467 directory. Thus, without super-user privileges,
468 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` will have to be within your home directory.
469 Even if you do have super-user privileges, you should use them only
470 for the installation phase, and never for configuring, building, or
471 running |Gromacs|!
472
473 .. _cmake options:
474
475 Using CMake command-line options
476 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
477
478 Once you become comfortable with setting and changing options, you may
479 know in advance how you will configure |Gromacs|. If so, you can speed
480 things up by invoking ``cmake`` and passing the various options at once
481 on the command line. This can be done by setting cache variable at the
482 cmake invocation using ``-DOPTION=VALUE``. Note that some
483 environment variables are also taken into account, in particular
484 variables like ``CC`` and ``CXX``.
485
486 For example, the following command line
487
488 ::
489
490     cmake .. -DGMX_GPU=CUDA -DGMX_MPI=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/marydoe/programs
491
492 can be used to build with CUDA GPUs, MPI and install in a custom
493 location. You can even save that in a shell script to make it even
494 easier next time. You can also do this kind of thing with ``ccmake``,
495 but you should avoid this, because the options set with ``-D`` will not
496 be able to be changed interactively in that run of ``ccmake``.
497
498 .. _gmx-simd-support:
499
500 SIMD support
501 ~~~~~~~~~~~~
502
503 |Gromacs| has extensive support for detecting and using the SIMD
504 capabilities of many modern HPC CPU architectures. If you are building
505 |Gromacs| on the same hardware you will run it on, then you don't need
506 to read more about this, unless you are getting configuration warnings
507 you do not understand. By default, the |Gromacs| build system will
508 detect the SIMD instruction set supported by the CPU architecture (on
509 which the configuring is done), and thus pick the best
510 available SIMD parallelization supported by |Gromacs|. The build system
511 will also check that the compiler and linker used also support the
512 selected SIMD instruction set and issue a fatal error if they
513 do not.
514
515 Valid values are listed below, and the applicable value with the
516 largest number in the list is generally the one you should choose.
517 In most cases, choosing an inappropriate higher number will lead
518 to compiling a binary that will not run. However, on a number of
519 processor architectures choosing the highest supported value can
520 lead to performance loss, e.g. on Intel Skylake-X/SP and AMD Zen.
521
522 1. ``None`` For use only on an architecture either lacking SIMD,
523    or to which |Gromacs| has not yet been ported and none of the
524    options below are applicable.
525 2. ``SSE2`` This SIMD instruction set was introduced in Intel
526    processors in 2001, and AMD in 2003. Essentially all x86
527    machines in existence have this, so it might be a good choice if
528    you need to support dinosaur x86 computers too.
529 3. ``SSE4.1`` Present in all Intel core processors since 2007,
530    but notably not in AMD Magny-Cours. Still, almost all recent
531    processors support this, so this can also be considered a good
532    baseline if you are content with slow simulations and prefer
533    portability between reasonably modern processors.
534 4. ``AVX_128_FMA`` AMD Bulldozer, Piledriver (and later Family 15h) processors have this.
535 5. ``AVX_256`` Intel processors since Sandy Bridge (2011). While this
536    code will work on the  AMD Bulldozer and Piledriver processors, it is significantly less
537    efficient than the ``AVX_128_FMA`` choice above - do not be fooled
538    to assume that 256 is better than 128 in this case.
539 6. ``AVX2_128`` AMD Zen/Zen2 and Hygon Dhyana microarchitecture processors;
540    it will enable AVX2 with 3-way fused multiply-add instructions.
541    While these microarchitectures do support 256-bit AVX2 instructions,
542    hence ``AVX2_256`` is also supported, 128-bit will generally be faster,
543    in particular when the non-bonded tasks run on the CPU -- hence
544    the default ``AVX2_128``. With GPU offload however ``AVX2_256``
545    can be faster on Zen processors.
546 7. ``AVX2_256`` Present on Intel Haswell (and later) processors (2013),
547    and it will also enable Intel 3-way fused multiply-add instructions.
548 8. ``AVX_512`` Skylake-X desktop and Skylake-SP Xeon processors (2017);
549    it will generally be fastest on the higher-end desktop and server
550    processors with two 512-bit fused multiply-add units (e.g. Core i9
551    and Xeon Gold). However, certain desktop and server models
552    (e.g. Xeon Bronze and Silver) come with only one AVX512 FMA unit
553    and therefore on these processors ``AVX2_256`` is faster
554    (compile- and runtime checks try to inform about such cases).
555    Additionally, with GPU accelerated runs ``AVX2_256`` can also be
556    faster on high-end Skylake CPUs with both 512-bit FMA units enabled.
557 9. ``AVX_512_KNL`` Knights Landing Xeon Phi processors
558 10. ``Sparc64_HPC_ACE`` Fujitsu machines like the K computer have this.
559 11. ``IBM_VMX`` Power6 and similar Altivec processors have this.
560 12. ``IBM_VSX`` Power7, Power8, Power9 and later have this.
561 13. ``ARM_NEON`` 32-bit ARMv7 with NEON support.
562 14. ``ARM_NEON_ASIMD`` 64-bit ARMv8 and later.
563 15. ``ARM_SVE`` 64-bit ARMv8 and later with the Scalable Vector Extensions (SVE).
564     The SVE vector length is fixed at CMake configure time. The default vector
565     length is automatically detected, and this can be changed via the
566     ``GMX_SIMD_ARM_SVE_LENGTH`` CMake variable.
567
568 The CMake configure system will check that the compiler you have
569 chosen can target the architecture you have chosen. mdrun will check
570 further at runtime, so if in doubt, choose the lowest number you
571 think might work, and see what mdrun says. The configure system also
572 works around many known issues in many versions of common HPC
573 compilers.
574
575 A further ``GMX_SIMD=Reference`` option exists, which is a special
576 SIMD-like implementation written in plain C that developers can use
577 when developing support in |Gromacs| for new SIMD architectures. It is
578 not designed for use in production simulations, but if you are using
579 an architecture with SIMD support to which |Gromacs| has not yet been
580 ported, you may wish to try this option instead of the default
581 ``GMX_SIMD=None``, as it can often out-perform this when the
582 auto-vectorization in your compiler does a good job. And post on the
583 |Gromacs| mailing lists, because |Gromacs| can probably be ported for new
584 SIMD architectures in a few days.
585
586 CMake advanced options
587 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
588
589 The options that are displayed in the default view of ``ccmake`` are
590 ones that we think a reasonable number of users might want to consider
591 changing. There are a lot more options available, which you can see by
592 toggling the advanced mode in ``ccmake`` on and off with ``t``. Even
593 there, most of the variables that you might want to change have a
594 ``CMAKE_`` or ``GMX_`` prefix. There are also some options that will be
595 visible or not according to whether their preconditions are satisfied.
596
597 .. _search for libraries, headers or programs:
598
599 Helping CMake find the right libraries, headers, or programs
600 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
601
602 If libraries are installed in non-default locations their location can
603 be specified using the following variables:
604
605 * ``CMAKE_INCLUDE_PATH`` for header files
606 * ``CMAKE_LIBRARY_PATH`` for libraries
607 * ``CMAKE_PREFIX_PATH`` for header, libraries and binaries
608   (e.g. ``/usr/local``).
609
610 The respective ``include``, ``lib``, or ``bin`` is
611 appended to the path. For each of these variables, a list of paths can
612 be specified (on Unix, separated with ":"). These can be set as
613 enviroment variables like:
614
615 ::
616
617     CMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda cmake ..
618
619 (assuming ``bash`` shell). Alternatively, these variables are also
620 ``cmake`` options, so they can be set like
621 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda``.
622
623 The ``CC`` and ``CXX`` environment variables are also useful
624 for indicating to ``cmake`` which compilers to use. Similarly,
625 ``CFLAGS``/``CXXFLAGS`` can be used to pass compiler
626 options, but note that these will be appended to those set by
627 |Gromacs| for your build platform and build type. You can customize
628 some of this with advanced CMake options such as ``CMAKE_C_FLAGS``
629 and its relatives.
630
631 See also the page on `CMake environment variables`_.
632
633 .. _CUDA GPU acceleration:
634
635 CUDA GPU acceleration
636 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
637
638 If you have the CUDA_ Toolkit installed, you can use ``cmake`` with:
639
640 ::
641
642     cmake .. -DGMX_GPU=CUDA -DCUDA_TOOLKIT_ROOT_DIR=/usr/local/cuda
643
644 (or whichever path has your installation). In some cases, you might
645 need to specify manually which of your C++ compilers should be used,
646 e.g. with the advanced option ``CUDA_HOST_COMPILER``.
647
648 By default, code will be generated for the most common CUDA architectures.
649 However, to reduce build time and binary size we do not generate code for
650 every single possible architecture, which in rare cases (say, Tegra systems)
651 can result in the default build not being able to use some GPUs.
652 If this happens, or if you want to remove some architectures to reduce
653 binary size and build time, you can alter the target CUDA architectures.
654 This can be done either with the ``GMX_CUDA_TARGET_SM`` or
655 ``GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE`` CMake variables, which take a semicolon delimited
656 string with the two digit suffixes of CUDA (virtual) architectures names, for
657 instance "35;50;51;52;53;60". For details, see the "Options for steering GPU
658 code generation" section of the nvcc man / help or Chapter 6. of the nvcc
659 manual.
660
661 The GPU acceleration has been tested on AMD64/x86-64 platforms with
662 Linux, Mac OS X and Windows operating systems, but Linux is the
663 best-tested and supported of these. Linux running on POWER 8 and ARM v8
664 CPUs also works well.
665
666 Experimental support is available for compiling CUDA code, both for host and
667 device, using clang (version 6.0 or later).
668 A CUDA toolkit is still required but it is used only for GPU device code
669 generation and to link against the CUDA runtime library.
670 The clang CUDA support simplifies compilation and provides benefits for development
671 (e.g. allows the use code sanitizers in CUDA host-code).
672 Additionally, using clang for both CPU and GPU compilation can be beneficial
673 to avoid compatibility issues between the GNU toolchain and the CUDA toolkit.
674 clang for CUDA can be triggered using the ``GMX_CLANG_CUDA=ON`` CMake option.
675 Target architectures can be selected with  ``GMX_CUDA_TARGET_SM``,
676 virtual architecture code is always embedded for all requested architectures
677 (hence GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE is ignored).
678 Note that this is mainly a developer-oriented feature and it is not recommended
679 for production use as the performance can be significantly lower than that
680 of code compiled with nvcc (and it has also received less testing).
681 However, note that since clang 5.0 the performance gap is only moderate
682 (at the time of writing, about 20% slower GPU kernels), so this version
683 could be considered in non performance-critical use-cases.
684
685
686 OpenCL GPU acceleration
687 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
688
689 The primary targets of the |Gromacs| OpenCL support is accelerating
690 simulations on AMD and Intel hardware. For AMD, we target both
691 discrete GPUs and APUs (integrated CPU+GPU chips), and for Intel we
692 target the integrated GPUs found on modern workstation and mobile
693 hardware. The |Gromacs| OpenCL on NVIDIA GPUs works, but performance
694 and other limitations make it less practical (for details see the user guide).
695
696 To build |Gromacs| with OpenCL_ support enabled, two components are
697 required: the OpenCL_ headers and the wrapper library that acts
698 as a client driver loader (so-called ICD loader).
699 The additional, runtime-only dependency is the vendor-specific GPU driver
700 for the device targeted. This also contains the OpenCL_ compiler.
701 As the GPU compute kernels are compiled  on-demand at run time,
702 this vendor-specific compiler and driver is not needed for building |Gromacs|.
703 The former, compile-time dependencies are standard components,
704 hence stock versions can be obtained from most Linux distribution
705 repositories (e.g. ``opencl-headers`` and ``ocl-icd-libopencl1`` on Debian/Ubuntu).
706 Only the compatibility with the required OpenCL_ version |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION|
707 needs to be ensured.
708 Alternatively, the headers and library can also be obtained from vendor SDKs
709 (e.g. `from AMD <http://developer.amd.com/appsdk>`_),
710 which must be installed in a path found in ``CMAKE_PREFIX_PATH`` (or via the environment
711 variables ``AMDAPPSDKROOT`` or ``CUDA_PATH``).
712
713 To trigger an OpenCL_ build the following CMake flags must be set
714
715 ::
716
717     cmake .. -DGMX_GPU=OpenCL
718
719 To build with support for Intel integrated GPUs, it is required
720 to add ``-DGMX_OPENCL_NB_CLUSTER_SIZE=4`` to the cmake command line,
721 so that the GPU kernels match the characteristics of the hardware.
722 The `Neo driver <https://github.com/intel/compute-runtime/releases>`_
723 is recommended.
724
725 On Mac OS, an AMD GPU can be used only with OS version 10.10.4 and
726 higher; earlier OS versions are known to run incorrectly.
727
728 By default, any clFFT library on the system will be used with
729 |Gromacs|, but if none is found then the code will fall back on a
730 version bundled with |Gromacs|. To require |Gromacs| to link with an
731 external library, use
732
733 ::
734
735     cmake .. -DGMX_GPU=OpenCL -DclFFT_ROOT_DIR=/path/to/your/clFFT -DGMX_EXTERNAL_CLFFT=TRUE
736
737 Static linking
738 ~~~~~~~~~~~~~~
739
740 Dynamic linking of the |Gromacs| executables will lead to a
741 smaller disk footprint when installed, and so is the default on
742 platforms where we believe it has been tested repeatedly and found to work.
743 In general, this includes Linux, Windows, Mac OS X and BSD systems.
744 Static binaries take more space, but on some hardware and/or under
745 some conditions they are necessary, most commonly when you are running a parallel
746 simulation using MPI libraries (e.g. Cray).
747
748 * To link |Gromacs| binaries statically against the internal |Gromacs|
749   libraries, set ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF``.
750 * To link statically against external (non-system) libraries as well,
751   set ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON``. Note, that in
752   general ``cmake`` picks up whatever is available, so this option only
753   instructs ``cmake`` to prefer static libraries when both static and
754   shared are available. If no static version of an external library is
755   available, even when the aforementioned option is ``ON``, the shared
756   library will be used. Also note that the resulting binaries will
757   still be dynamically linked against system libraries on platforms
758   where that is the default. To use static system libraries,
759   additional compiler/linker flags are necessary, e.g. ``-static-libgcc
760   -static-libstdc++``.
761 * To attempt to link a fully static binary set
762   ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=OFF``. This will prevent CMake from explicitly
763   setting any dynamic linking flags. This option also sets
764   ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF`` and ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON`` by
765   default, but the above caveats apply. For compilers which don't
766   default to static linking, the required flags have to be specified. On
767   Linux, this is usually ``CFLAGS=-static CXXFLAGS=-static``.
768
769 gmxapi C++ API
770 ~~~~~~~~~~~~~~
771
772 For dynamic linking builds and on non-Windows platforms, an extra library and
773 headers are installed by setting ``-DGMXAPI=ON`` (default).
774 Build targets ``gmxapi-cppdocs`` and ``gmxapi-cppdocs-dev`` produce documentation in
775 ``docs/api-user`` and ``docs/api-dev``, respectively.
776 For more project information and use cases,
777 refer to the tracked :issue:`2585`,
778 associated GitHub `gmxapi <https://github.com/kassonlab/gmxapi>`_ projects,
779 or DOI `10.1093/bioinformatics/bty484 <https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty484>`_.
780
781 gmxapi is not yet tested on Windows or with static linking, but these use cases
782 are targeted for future versions.
783
784 Portability aspects
785 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
786
787 A |Gromacs| build will normally not be portable, not even across
788 hardware with the same base instruction set, like x86. Non-portable
789 hardware-specific optimizations are selected at configure-time, such
790 as the SIMD instruction set used in the compute kernels. This
791 selection will be done by the build system based on the capabilities
792 of the build host machine or otherwise specified to ``cmake`` during
793 configuration.
794
795 Often it is possible to ensure portability by choosing the least
796 common denominator of SIMD support, e.g. SSE2 for x86. In rare cases
797 of very old x86 machines, ensure that
798 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, one can use different suffixes to install 
807 several versions of |Gromacs| in the same location. To achieve this,
808 one can first build a full installation with the
809 least-common-denominator SIMD instruction set, e.g. ``-DGMX_SIMD=SSE2``,
810 in order for simple commands like ``gmx grompp`` to work on all machines,
811 then build specialized ``gmx`` binaries for each architecture present in
812 the heterogeneous environment. By using custom binary and library
813 suffixes (with CMake variables ``-DGMX_BINARY_SUFFIX=xxx`` and
814 ``-DGMX_LIBS_SUFFIX=xxx``), these can be installed to the same
815 location.
816
817 Linear algebra libraries
818 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
819
820 As mentioned above, sometimes vendor BLAS and LAPACK libraries
821 can provide performance enhancements for |Gromacs| when doing
822 normal-mode analysis or covariance analysis. For simplicity, the text
823 below will refer only to BLAS, but the same options are available
824 for LAPACK. By default, CMake will search for BLAS, use it if it
825 is found, and otherwise fall back on a version of BLAS internal to
826 |Gromacs|. The ``cmake`` option ``-DGMX_EXTERNAL_BLAS=on`` will be set
827 accordingly. The internal versions are fine for normal use. If you
828 need to specify a non-standard path to search, use
829 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/search``. If you need to specify a
830 library with a non-standard name (e.g. ESSL on Power machines
831 or ARMPL on ARM machines), then
832 set ``-DGMX_BLAS_USER=/path/to/reach/lib/libwhatever.a``.
833
834 If you are using Intel MKL_ for FFT, then the BLAS and
835 LAPACK it provides are used automatically. This could be
836 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
837
838 On Apple platforms where the Accelerate Framework is available, these
839 will be automatically used for BLAS and LAPACK. This could be
840 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
841
842 .. _installing with MiMiC:
843
844 Building with MiMiC QM/MM support
845 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
846
847 MiMiC QM/MM interface integration will require linking against MiMiC
848 communication library, that establishes the communication channel
849 between |Gromacs| and CPMD. The MiMiC Communication library can be
850 downloaded `here <https://gitlab.com/MiMiC-projects/CommLib>`__.
851 Compile and install it. Check that the installation folder of the
852 MiMiC library is added to CMAKE_PREFIX_PATH if it is installed in
853 non-standard location. Building QM/MM-capable version requires
854 double-precision version of |Gromacs| compiled with MPI support:
855
856 * ``-DGMX_DOUBLE=ON -DGMX_MPI -DGMX_MIMIC=ON``
857
858 .. _suffixes:
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 Installing |Gromacs|
951 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
952
953 Finally, ``make install`` will install |Gromacs| in the
954 directory given in ``CMAKE_INSTALL_PREFIX``. If this is a system
955 directory, then you will need permission to write there, and you
956 should use super-user privileges only for ``make install`` and
957 not the whole procedure.
958
959 .. _getting access to |Gromacs|:
960
961 Getting access to |Gromacs| after installation
962 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
963
964 |Gromacs| installs the script ``GMXRC`` in the ``bin``
965 subdirectory of the installation directory
966 (e.g. ``/usr/local/gromacs/bin/GMXRC``), which you should source
967 from your shell:
968
969 ::
970
971     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
972
973 It will detect what kind of shell you are running and set up your
974 environment for using |Gromacs|. You may wish to arrange for your
975 login scripts to do this automatically; please search the web for
976 instructions on how to do this for your shell.
977
978 Many of the |Gromacs| programs rely on data installed in the
979 ``share/gromacs`` subdirectory of the installation directory. By
980 default, the programs will use the environment variables set in the
981 ``GMXRC`` script, and if this is not available they will try to guess the
982 path based on their own location.  This usually works well unless you
983 change the names of directories inside the install tree. If you still
984 need to do that, you might want to recompile with the new install
985 location properly set, or edit the ``GMXRC`` script.
986
987 |Gromacs| also installs a CMake toolchains file to help with building client
988 software. For an installation at ``/your/installation/prefix/here``, toolchain
989 files will be installed at
990 ``/your/installation/prefix/here/share/cmake/gromacs${GMX_LIBS_SUFFIX}/gromacs-toolchain${GMX_LIBS_SUFFIX}.cmake``
991 where ``${GMX_LIBS_SUFFIX}`` is :ref:`as documented above <suffixes>`.
992
993 Testing |Gromacs| for correctness
994 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
995
996 Since 2011, the |Gromacs| development uses an automated system where
997 every new code change is subject to regression testing on a number of
998 platforms and software combinations. While this improves
999 reliability quite a lot, not everything is tested, and since we
1000 increasingly rely on cutting edge compiler features there is
1001 non-negligible risk that the default compiler on your system could
1002 have bugs. We have tried our best to test and refuse to use known bad
1003 versions in ``cmake``, but we strongly recommend that you run through
1004 the tests yourself. It only takes a few minutes, after which you can
1005 trust your build.
1006
1007 The simplest way to run the checks is to build |Gromacs| with
1008 ``-DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD``, and run ``make check``.
1009 |Gromacs| will automatically download and run the tests for you.
1010 Alternatively, you can download and unpack the |Gromacs|
1011 regression test suite |gmx-regressiontests-package| tarball yourself
1012 and use the advanced ``cmake`` option ``REGRESSIONTEST_PATH`` to
1013 specify the path to the unpacked tarball, which will then be used for
1014 testing. If the above does not work, then please read on.
1015
1016 The regression tests are also available from the download_ section.
1017 Once you have downloaded them, unpack the tarball, source
1018 ``GMXRC`` as described above, and run ``./gmxtest.pl all``
1019 inside the regression tests folder. You can find more options
1020 (e.g. adding ``double`` when using double precision, or
1021 ``-only expanded`` to run just the tests whose names match
1022 "expanded") if you just execute the script without options.
1023
1024 Hopefully, you will get a report that all tests have passed. If there
1025 are individual failed tests it could be a sign of a compiler bug, or
1026 that a tolerance is just a tiny bit too tight. Check the output files
1027 the script directs you too, and try a different or newer compiler if
1028 the errors appear to be real. If you cannot get it to pass the
1029 regression tests, you might try dropping a line to the
1030 `|Gromacs| users forum <https://gromacs.bioexcel.eu/c/gromacs-user-forum>`__,
1031 but then you should include a detailed description of
1032 your hardware, and the output of ``gmx mdrun -version`` (which contains
1033 valuable diagnostic information in the header).
1034
1035 Non-standard suffix
1036 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1037
1038 If your ``gmx`` program has been suffixed in a non-standard way, then
1039 the ``./gmxtest.pl -suffix`` option will let you specify that suffix to the
1040 test machinery. You can use ``./gmxtest.pl -double`` to test the
1041 double-precision version. You can use ``./gmxtest.pl -crosscompiling``
1042 to stop the test harness attempting to check that the programs can
1043 be run. You can use ``./gmxtest.pl -mpirun srun`` if your command to
1044 run an MPI program is called ``srun``.
1045
1046 Running MPI-enabled tests
1047 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1048
1049 The ``make check`` target also runs integration-style tests that may run
1050 with MPI if ``GMX_MPI=ON`` was set. To make these work with various possible
1051 MPI libraries, you may need to
1052 set the CMake variables ``MPIEXEC``, ``MPIEXEC_NUMPROC_FLAG``,
1053 ``MPIEXEC_PREFLAGS`` and ``MPIEXEC_POSTFLAGS`` so that
1054 ``mdrun-mpi-test_mpi`` would run on multiple ranks via the shell command
1055
1056 ::
1057
1058     ${MPIEXEC} ${MPIEXEC_NUMPROC_FLAG} ${NUMPROC} ${MPIEXEC_PREFLAGS} \
1059           mdrun-mpi-test_mpi ${MPIEXEC_POSTFLAGS} -otherflags
1060
1061 A typical example for SLURM is
1062
1063 ::
1064
1065      cmake .. -DGMX_MPI=on -DMPIEXEC=srun -DMPIEXEC_NUMPROC_FLAG=-n -DMPIEXEC_PREFLAGS= -DMPIEXEC_POSTFLAGS=
1066
1067
1068 Testing |Gromacs| for performance
1069 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1070
1071 We are still working on a set of benchmark systems for testing
1072 the performance of |Gromacs|. Until that is ready, we recommend that
1073 you try a few different parallelization options, and experiment with
1074 tools such as ``gmx tune_pme``.
1075
1076 Validating |Gromacs| for source code modifications
1077 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1078
1079 When building |Gromacs| from a release tarball, the build process automatically
1080 checks if any file contributing to the build process have been modified since they have
1081 been packed in the archive. This results in the marking of the version as either ``MODIFIED``
1082 (if the source files have been modified) or ``UNCHECKED`` (if no validation was possible, e.g.
1083 if no Python installation was found). The actual checking is performed by comparing a checksum
1084 stored in the release tarball against one generated by the ``createFileHash.py`` Python script
1085 during the build configuration. When running a |Gromacs| binary, the checksum is also printed
1086 in the log file, together with a message if there is a mismatch or no validation has been possible.
1087
1088 This allows users to check whether the binary they are using was built from source code that is
1089 identical to the source code released by the |Gromacs| team. Thus unintentional modifications
1090 to the source code for building binaries that are used for running production simulations
1091 are easily detectable. Additionally, by manually setting a version tag using the
1092 GMX_VERSION_STRING_OF_FORK cmake option, users can mark a modified |Gromacs| release
1093 code with their custom version string suffix.
1094
1095 Having difficulty?
1096 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1097
1098 You are not alone - this can be a complex task! If you encounter a
1099 problem with installing |Gromacs|, then there are a number of
1100 locations where you can find assistance. It is recommended that you
1101 follow these steps to find the solution:
1102
1103 1. Read the installation instructions again, taking note that you
1104    have followed each and every step correctly.
1105
1106 2. Search the |Gromacs| webpage_ and users emailing list for information
1107    on the error. Adding
1108    ``site:https://mailman-1.sys.kth.se/pipermail/gromacs.org_gmx-users``
1109    to a Google search may help filter better results.
1110
1111 3. Search the internet using a search engine such as Google.
1112
1113 4. Post to the |Gromacs| users emailing list gmx-users for
1114    assistance. Be sure to give a full description of what you have
1115    done and why you think it did not work. Give details about the
1116    system on which you are installing.  Copy and paste your command
1117    line and as much of the output as you think might be relevant -
1118    certainly from the first indication of a problem. In particular,
1119    please try to include at least the header from the mdrun logfile,
1120    and preferably the entire file.  People who might volunteer to help
1121    you do not have time to ask you interactive detailed follow-up
1122    questions, so you will get an answer faster if you provide as much
1123    information as you think could possibly help. High quality bug
1124    reports tend to receive rapid high quality answers.
1125
1126 .. _gmx-special-build:
1127
1128 Special instructions for some platforms
1129 ---------------------------------------
1130
1131 Building on Windows
1132 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1133
1134 Building on Windows using native compilers is rather similar to
1135 building on Unix, so please start by reading the above. Then, download
1136 and unpack the |Gromacs| source archive. Make a folder in which to do
1137 the out-of-source build of |Gromacs|. For example, make it within the
1138 folder unpacked from the source archive, and call it ``build-gromacs``.
1139
1140 For CMake, you can either use the graphical user interface provided on
1141 Windows, or you can use a command line shell with instructions similar
1142 to the UNIX ones above. If you open a shell from within your IDE
1143 (e.g. Microsoft Visual Studio), it will configure the environment for
1144 you, but you might need to tweak this in order to get either a 32-bit
1145 or 64-bit build environment. The latter provides the fastest
1146 executable. If you use a normal Windows command shell, then you will
1147 need to either set up the environment to find your compilers and
1148 libraries yourself, or run the ``vcvarsall.bat`` batch script provided
1149 by MSVC (just like sourcing a bash script under Unix).
1150
1151 With the graphical user interface, you will be asked about what
1152 compilers to use at the initial configuration stage, and if you use
1153 the command line they can be set in a similar way as under UNIX.
1154
1155 Unfortunately ``-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON`` (see `Using FFTW`_) does not
1156 work on Windows, because there is no supported way to build FFTW on
1157 Windows. You can either build FFTW some other way (e.g. MinGW), or
1158 use the built-in fftpack (which may be slow), or `using MKL`_.
1159
1160 For the build, you can either load the generated solutions file into
1161 e.g. Visual Studio, or use the command line with ``cmake --build`` so
1162 the right tools get used.
1163
1164 Building on Cray
1165 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1166
1167 |Gromacs| builds mostly out of the box on modern Cray machines, but
1168 you may need to specify the use of static binaries with
1169 ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=off``, and you may need to set the F77
1170 environmental variable to ``ftn`` when compiling FFTW.
1171 The ARM ThunderX2 Cray XC50 machines differ only in that the recommended
1172 compiler is the ARM HPC Compiler (``armclang``).
1173
1174
1175 Building on Solaris
1176 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1177
1178 The built-in |Gromacs| processor detection does not work on Solaris,
1179 so it is strongly recommended that you build |Gromacs| with
1180 ``-DGMX_HWLOC=on`` and ensure that the ``CMAKE_PREFIX_PATH`` includes
1181 the path where the hwloc headers and libraries can be found. At least
1182 version 1.11.8 of hwloc is recommended.
1183
1184 Oracle Developer Studio is not a currently supported compiler (and
1185 does not currently compile |Gromacs| correctly, perhaps because the
1186 thread-MPI atomics are incorrectly implemented in |Gromacs|).
1187
1188 Fujitsu PRIMEHPC
1189 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1190
1191 This is the architecture of the K computer, which uses Fujitsu
1192 Sparc64VIIIfx chips. On this platform, |Gromacs| has
1193 accelerated group kernels using the HPC-ACE instructions, no
1194 accelerated Verlet kernels, and a custom build toolchain. Since this
1195 particular chip only does double precision SIMD, the default setup
1196 is to build |Gromacs| in double. Since most users only need single, we have added
1197 an option GMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION to accept single precision square root
1198 accuracy in the group kernels; unless you know that you really need 15 digits
1199 of accuracy in each individual force, we strongly recommend you use this. Note
1200 that all summation and other operations are still done in double.
1201
1202 The recommended configuration is to use
1203
1204 ::
1205
1206     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Toolchain-Fujitsu-Sparc64-mpi.cmake \
1207              -DCMAKE_PREFIX_PATH=/your/fftw/installation/prefix \
1208              -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/where/gromacs/should/be/installed \
1209              -DGMX_MPI=ON \
1210              -DGMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION=ON
1211     make
1212     make install
1213
1214 Intel Xeon Phi
1215 ^^^^^^^^^^^^^^
1216
1217 Xeon Phi processors, hosted or self-hosted, are supported.
1218 Only symmetric (aka native) mode is supported on Knights Corner. The
1219 performance depends among other factors on the system size, and for
1220 now the performance might not be faster than CPUs. When building for it,
1221 the recommended configuration is
1222
1223 ::
1224
1225     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Platform/XeonPhi
1226     make
1227     make install
1228
1229
1230 The Knights Landing-based Xeon Phi processors behave like standard x86 nodes,
1231 but support a special SIMD instruction set. When cross-compiling for such nodes,
1232 use the ``AVX_512_KNL`` SIMD flavor.
1233 Knights Landing processors support so-called "clustering modes" which
1234 allow reconfiguring the memory subsystem for lower latency. |Gromacs| can
1235 benefit from the quadrant or SNC clustering modes.
1236 Care needs to be taken to correctly pin threads. In particular, threads of
1237 an MPI rank should not cross cluster and NUMA boundaries.
1238 In addition to the main DRAM memory, Knights Landing has a high-bandwidth
1239 stacked memory called MCDRAM. Using it offers performance benefits if
1240 it is ensured that ``mdrun`` runs entirely from this memory; to do so
1241 it is recommended that MCDRAM is configured in "Flat mode" and ``mdrun`` is
1242 bound to the appropriate NUMA node (use e.g. ``numactl --membind 1`` with
1243 quadrant clustering mode).
1244
1245
1246 Tested platforms
1247 ----------------
1248
1249 While it is our best belief that |Gromacs| will build and run pretty
1250 much everywhere, it is important that we tell you where we really know
1251 it works because we have tested it.
1252 Every commit in our git source code repository
1253 is currently tested with a range of configuration options on x86 with
1254 gcc versions 7 and 8,
1255 clang versions 8 and 9,
1256 and
1257 a beta version of oneAPI containing Intel's compiler.
1258 For this testing, we use Ubuntu 18.04 or 20.04 operating system.
1259 Other compiler, library, and OS versions are tested less frequently.
1260 For details, you can have a look at the
1261 `continuous integration server used by GROMACS <https://gitlab.com/gromacs/gromacs/>`_,
1262 which uses GitLab runner on a local k8s x86 cluster with NVIDIA and
1263 AMD GPU support.
1264
1265 We test irregularly on ARM v8, Cray, Power8, Power9,
1266 Google Native Client and other environments, and
1267 with other compilers and compiler versions, too.