Merge branch release-2018 into release-2019
[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 an MPI wrapper compiler 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++11
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++11 support the minimum supported
115 compiler versions are
116
117 * GNU (gcc) 4.8.1
118 * Intel (icc) 17.0.1
119 * LLVM (clang) 3.3
120 * Microsoft (MSVC) 2017 (C++14 is used)
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++11 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. For configuration of
137 other compilers, read on.
138
139 On Linux, both the Intel and clang compiler use the libstdc++ which
140 comes with gcc as the default C++ library. For |Gromacs|, we require
141 the compiler to support libstc++ version 4.8.1 or higher. To select a
142 particular libstdc++ library, use:
143
144 * For Intel: ``-DGMX_STDLIB_CXX_FLAGS=-gcc-name=/path/to/gcc/binary``
145   or make sure that the correct gcc version is first in path (e.g. by
146   loading the gcc module). It can also be useful to add
147   ``-DCMAKE_CXX_LINK_FLAGS="-Wl,-rpath,/path/to/gcc/lib64
148   -L/path/to/gcc/lib64"`` to ensure linking works correctly.
149 * For clang:
150   ``-DCMAKE_CXX_FLAGS=--gcc-toolchain=/path/to/gcc/folder``. This
151   folder should contain ``include/c++``.
152
153 On Windows with the Intel compiler, the MSVC standard library is used,
154 and at least MSVC 2017 is required. Load the enviroment variables with
155 vcvarsall.bat.
156
157 To build with any compiler and clang's libcxx standard library, use
158 ``-DGMX_STDLIB_CXX_FLAGS=-stdlib=libc++
159 -DGMX_STDLIB_LIBRARIES='-lc++abi -lc++'``.
160
161 If you are running on Mac OS X, the best option is the Intel
162 compiler. Both clang and gcc will work, but they produce lower
163 performance and each have some shortcomings. clang 3.8 now offers
164 support for OpenMP, and so may provide decent performance.
165
166 For all non-x86 platforms, your best option is typically to use gcc or
167 the vendor's default or recommended compiler, and check for
168 specialized information below.
169
170 For updated versions of gcc to add to your Linux OS, see
171
172 * Ubuntu: `Ubuntu toolchain ppa page`_
173 * RHEL/CentOS: `EPEL page`_ or the RedHat Developer Toolset
174
175 Compiling with parallelization options
176 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
177
178 For maximum performance you will need to examine how you will use
179 |Gromacs| and what hardware you plan to run on. Often OpenMP_
180 parallelism is an advantage for |Gromacs|, but support for this is
181 generally built into your compiler and detected automatically.
182
183 GPU support
184 ~~~~~~~~~~~
185
186 |Gromacs| has excellent support for NVIDIA GPUs supported via CUDA.
187 On Linux, NVIDIA CUDA_ toolkit with minimum version |REQUIRED_CUDA_VERSION|
188 is required, and the latest version is strongly encouraged. Using
189 Microsoft MSVC compiler requires version 9.0. NVIDIA GPUs with at
190 least NVIDIA compute capability |REQUIRED_CUDA_COMPUTE_CAPABILITY| are
191 required. You are strongly recommended to
192 get the latest CUDA version and driver that supports your hardware, but
193 beware of possible performance regressions in newer CUDA versions on
194 older hardware.
195 While some CUDA compilers (nvcc) might not
196 officially support recent versions of gcc as the back-end compiler, we
197 still recommend that you at least use a gcc version recent enough to
198 get the best SIMD support for your CPU, since |Gromacs| always runs some
199 code on the CPU. It is most reliable to use the same C++ compiler
200 version for |Gromacs| code as used as the host compiler for nvcc.
201
202 To make it possible to use other accelerators, |Gromacs| also includes
203 OpenCL_ support. The minimum OpenCL version required is
204 |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION|. The current OpenCL implementation is recommended for
205 use with GCN-based AMD GPUs, and on Linux we recommend the ROCm runtime.
206 Intel integrated GPUs are supported with the Neo drivers.
207 OpenCL is also supported with NVIDIA GPUs, but using
208 the latest NVIDIA driver (which includes the NVIDIA OpenCL runtime) is
209 recommended. Also note that there are performance limitations (inherent
210 to the NVIDIA OpenCL runtime).
211 It is not possible to configure both CUDA and OpenCL
212 support in the same build of |Gromacs|, nor to support both
213 Intel and other vendors' GPUs with OpenCL.
214
215 .. _mpi-support:
216
217 MPI support
218 ~~~~~~~~~~~
219
220 |Gromacs| can run in parallel on multiple cores of a single
221 workstation using its built-in thread-MPI. No user action is required
222 in order to enable this.
223
224 If you wish to run in parallel on multiple machines across a network,
225 you will need to have
226
227 * an MPI library installed that supports the MPI 1.3
228   standard, and
229 * wrapper compilers that will compile code using that library.
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 SIMD support
504 ~~~~~~~~~~~~
505
506 |Gromacs| has extensive support for detecting and using the SIMD
507 capabilities of many modern HPC CPU architectures. If you are building
508 |Gromacs| on the same hardware you will run it on, then you don't need
509 to read more about this, unless you are getting configuration warnings
510 you do not understand. By default, the |Gromacs| build system will
511 detect the SIMD instruction set supported by the CPU architecture (on
512 which the configuring is done), and thus pick the best
513 available SIMD parallelization supported by |Gromacs|. The build system
514 will also check that the compiler and linker used also support the
515 selected SIMD instruction set and issue a fatal error if they
516 do not.
517
518 Valid values are listed below, and the applicable value with the
519 largest number in the list is generally the one you should choose.
520 In most cases, choosing an inappropriate higher number will lead
521 to compiling a binary that will not run. However, on a number of
522 processor architectures choosing the highest supported value can
523 lead to performance loss, e.g. on Intel Skylake-X/SP and AMD Zen.
524
525 1. ``None`` For use only on an architecture either lacking SIMD,
526    or to which |Gromacs| has not yet been ported and none of the
527    options below are applicable.
528 2. ``SSE2`` This SIMD instruction set was introduced in Intel
529    processors in 2001, and AMD in 2003. Essentially all x86
530    machines in existence have this, so it might be a good choice if
531    you need to support dinosaur x86 computers too.
532 3. ``SSE4.1`` Present in all Intel core processors since 2007,
533    but notably not in AMD Magny-Cours. Still, almost all recent
534    processors support this, so this can also be considered a good
535    baseline if you are content with slow simulations and prefer
536    portability between reasonably modern processors.
537 4. ``AVX_128_FMA`` AMD Bulldozer, Piledriver (and later Family 15h) processors have this.
538 5. ``AVX_256`` Intel processors since Sandy Bridge (2011). While this
539    code will work on the  AMD Bulldozer and Piledriver processors, it is significantly less
540    efficient than the ``AVX_128_FMA`` choice above - do not be fooled
541    to assume that 256 is better than 128 in this case.
542 6. ``AVX2_128`` AMD Zen microarchitecture processors (2017);
543    it will enable AVX2 with 3-way fused multiply-add instructions.
544    While the Zen microarchitecture does support 256-bit AVX2 instructions,
545    hence ``AVX2_256`` is also supported, 128-bit will generally be faster,
546    in particular when the non-bonded tasks run on the CPU -- hence
547    the default ``AVX2_128``. With GPU offload however ``AVX2_256``
548    can be faster on Zen processors.
549 7. ``AVX2_256`` Present on Intel Haswell (and later) processors (2013),
550    and it will also enable Intel 3-way fused multiply-add instructions.
551 8. ``AVX_512`` Skylake-X desktop and Skylake-SP Xeon processors (2017);
552    it will generally be fastest on the higher-end desktop and server
553    processors with two 512-bit fused multiply-add units (e.g. Core i9
554    and Xeon Gold). However, certain desktop and server models
555    (e.g. Xeon Bronze and Silver) come with only one AVX512 FMA unit
556    and therefore on these processors ``AVX2_256`` is faster
557    (compile- and runtime checks try to inform about such cases).
558    Additionally, with GPU accelerated runs ``AVX2_256`` can also be
559    faster on high-end Skylake CPUs with both 512-bit FMA units enabled.
560 9. ``AVX_512_KNL`` Knights Landing Xeon Phi processors
561 10. ``Sparc64_HPC_ACE`` Fujitsu machines like the K computer have this.
562 11. ``IBM_VMX`` Power6 and similar Altivec processors have this.
563 12. ``IBM_VSX`` Power7, Power8, Power9 and later have this.
564 13. ``ARM_NEON`` 32-bit ARMv7 with NEON support.
565 14. ``ARM_NEON_ASIMD`` 64-bit ARMv8 and later.
566
567 The CMake configure system will check that the compiler you have
568 chosen can target the architecture you have chosen. mdrun will check
569 further at runtime, so if in doubt, choose the lowest number you
570 think might work, and see what mdrun says. The configure system also
571 works around many known issues in many versions of common HPC
572 compilers.
573
574 A further ``GMX_SIMD=Reference`` option exists, which is a special
575 SIMD-like implementation written in plain C that developers can use
576 when developing support in |Gromacs| for new SIMD architectures. It is
577 not designed for use in production simulations, but if you are using
578 an architecture with SIMD support to which |Gromacs| has not yet been
579 ported, you may wish to try this option instead of the default
580 ``GMX_SIMD=None``, as it can often out-perform this when the
581 auto-vectorization in your compiler does a good job. And post on the
582 |Gromacs| mailing lists, because |Gromacs| can probably be ported for new
583 SIMD architectures in a few days.
584
585 CMake advanced options
586 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
587
588 The options that are displayed in the default view of ``ccmake`` are
589 ones that we think a reasonable number of users might want to consider
590 changing. There are a lot more options available, which you can see by
591 toggling the advanced mode in ``ccmake`` on and off with ``t``. Even
592 there, most of the variables that you might want to change have a
593 ``CMAKE_`` or ``GMX_`` prefix. There are also some options that will be
594 visible or not according to whether their preconditions are satisfied.
595
596 .. _search for libraries, headers or programs:
597
598 Helping CMake find the right libraries, headers, or programs
599 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
600
601 If libraries are installed in non-default locations their location can
602 be specified using the following variables:
603
604 * ``CMAKE_INCLUDE_PATH`` for header files
605 * ``CMAKE_LIBRARY_PATH`` for libraries
606 * ``CMAKE_PREFIX_PATH`` for header, libraries and binaries
607   (e.g. ``/usr/local``).
608
609 The respective ``include``, ``lib``, or ``bin`` is
610 appended to the path. For each of these variables, a list of paths can
611 be specified (on Unix, separated with ":"). These can be set as
612 enviroment variables like:
613
614 ::
615
616     CMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda cmake ..
617
618 (assuming ``bash`` shell). Alternatively, these variables are also
619 ``cmake`` options, so they can be set like
620 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda``.
621
622 The ``CC`` and ``CXX`` environment variables are also useful
623 for indicating to ``cmake`` which compilers to use. Similarly,
624 ``CFLAGS``/``CXXFLAGS`` can be used to pass compiler
625 options, but note that these will be appended to those set by
626 |Gromacs| for your build platform and build type. You can customize
627 some of this with advanced CMake options such as ``CMAKE_C_FLAGS``
628 and its relatives.
629
630 See also the page on `CMake environment variables`_.
631
632 .. _CUDA GPU acceleration:
633
634 CUDA GPU acceleration
635 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
636
637 If you have the CUDA_ Toolkit installed, you can use ``cmake`` with:
638
639 ::
640
641     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DCUDA_TOOLKIT_ROOT_DIR=/usr/local/cuda
642
643 (or whichever path has your installation). In some cases, you might
644 need to specify manually which of your C++ compilers should be used,
645 e.g. with the advanced option ``CUDA_HOST_COMPILER``.
646
647 By default, code will be generated for the most common CUDA architectures.
648 However, to reduce build time and binary size we do not generate code for
649 every single possible architecture, which in rare cases (say, Tegra systems)
650 can result in the default build not being able to use some GPUs.
651 If this happens, or if you want to remove some architectures to reduce
652 binary size and build time, you can alter the target CUDA architectures.
653 This can be done either with the ``GMX_CUDA_TARGET_SM`` or
654 ``GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE`` CMake variables, which take a semicolon delimited
655 string with the two digit suffixes of CUDA (virtual) architectures names, for
656 instance "35;50;51;52;53;60". For details, see the "Options for steering GPU
657 code generation" section of the nvcc man / help or Chapter 6. of the nvcc
658 manual.
659
660 The GPU acceleration has been tested on AMD64/x86-64 platforms with
661 Linux, Mac OS X and Windows operating systems, but Linux is the
662 best-tested and supported of these. Linux running on POWER 8, ARM v7 and v8
663 CPUs also works well.
664
665 Experimental support is available for compiling CUDA code, both for host and
666 device, using clang (version 3.9 or later).
667 A CUDA toolkit (>= v7.0) is still required but it is used only for GPU device code
668 generation and to link against the CUDA runtime library.
669 The clang CUDA support simplifies compilation and provides benefits for development
670 (e.g. allows the use code sanitizers in CUDA host-code).
671 Additionally, using clang for both CPU and GPU compilation can be beneficial
672 to avoid compatibility issues between the GNU toolchain and the CUDA toolkit.
673 clang for CUDA can be triggered using the ``GMX_CLANG_CUDA=ON`` CMake option.
674 Target architectures can be selected with  ``GMX_CUDA_TARGET_SM``,
675 virtual architecture code is always embedded for all requested architectures
676 (hence GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE is ignored).
677 Note that this is mainly a developer-oriented feature and it is not recommended
678 for production use as the performance can be significantly lower than that
679 of code compiled with nvcc (and it has also received less testing).
680 However, note that with clang 5.0 the performance gap is significantly narrowed
681 (at the time of writing, about 20% slower GPU kernels), so this version
682 could be considered in non performance-critical use-cases.
683
684
685 OpenCL GPU acceleration
686 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
687
688 The primary targets of the |Gromacs| OpenCL support is accelerating
689 simulations on AMD and Intel hardware. For AMD, we target both
690 discrete GPUs and APUs (integrated CPU+GPU chips), and for Intel we
691 target the integrated GPUs found on modern workstation and mobile
692 hardware. The |Gromacs| OpenCL on NVIDIA GPUs works, but performance
693 and other limitations make it less practical (for details see the user guide).
694
695 To build |Gromacs| with OpenCL_ support enabled, two components are
696 required: the OpenCL_ headers and the wrapper library that acts
697 as a client driver loader (so-called ICD loader).
698 The additional, runtime-only dependency is the vendor-specific GPU driver
699 for the device targeted. This also contains the OpenCL_ compiler.
700 As the GPU compute kernels are compiled  on-demand at run time,
701 this vendor-specific compiler and driver is not needed for building |Gromacs|.
702 The former, compile-time dependencies are standard components,
703 hence stock versions can be obtained from most Linux distribution
704 repositories (e.g. ``opencl-headers`` and ``ocl-icd-libopencl1`` on Debian/Ubuntu).
705 Only the compatibility with the required OpenCL_ version |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION|
706 needs to be ensured.
707 Alternatively, the headers and library can also be obtained from vendor SDKs
708 (e.g. `from AMD <http://developer.amd.com/appsdk>`_),
709 which must be installed in a path found in ``CMAKE_PREFIX_PATH`` (or via the environment
710 variables ``AMDAPPSDKROOT`` or ``CUDA_PATH``).
711
712 To trigger an OpenCL_ build the following CMake flags must be set
713
714 ::
715
716     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_USE_OPENCL=ON
717
718 To build with support for Intel integrated GPUs, it is required
719 to add ``-DGMX_OPENCL_NB_CLUSTER_SIZE=4`` to the cmake command line,
720 so that the GPU kernels match the characteristics of the hardware.
721 The `Neo driver <https://github.com/intel/compute-runtime/releases>`_
722 is recommended.
723
724 On Mac OS, an AMD GPU can be used only with OS version 10.10.4 and
725 higher; earlier OS versions are known to run incorrectly.
726
727 By default, any clFFT library on the system will be used with
728 |Gromacs|, but if none is found then the code will fall back on a
729 version bundled with |Gromacs|. To require |Gromacs| to link with an
730 external library, use
731
732 ::
733
734     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_USE_OPENCL=ON -DclFFT_ROOT_DIR=/path/to/your/clFFT -DGMX_EXTERNAL_CLFFT=TRUE
735
736 Static linking
737 ~~~~~~~~~~~~~~
738
739 Dynamic linking of the |Gromacs| executables will lead to a
740 smaller disk footprint when installed, and so is the default on
741 platforms where we believe it has been tested repeatedly and found to work.
742 In general, this includes Linux, Windows, Mac OS X and BSD systems.
743 Static binaries take more space, but on some hardware and/or under
744 some conditions they are necessary, most commonly when you are running a parallel
745 simulation using MPI libraries (e.g. Cray).
746
747 * To link |Gromacs| binaries statically against the internal |Gromacs|
748   libraries, set ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF``.
749 * To link statically against external (non-system) libraries as well,
750   set ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON``. Note, that in
751   general ``cmake`` picks up whatever is available, so this option only
752   instructs ``cmake`` to prefer static libraries when both static and
753   shared are available. If no static version of an external library is
754   available, even when the aforementioned option is ``ON``, the shared
755   library will be used. Also note that the resulting binaries will
756   still be dynamically linked against system libraries on platforms
757   where that is the default. To use static system libraries,
758   additional compiler/linker flags are necessary, e.g. ``-static-libgcc
759   -static-libstdc++``.
760 * To attempt to link a fully static binary set
761   ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=OFF``. This will prevent CMake from explicitly
762   setting any dynamic linking flags. This option also sets
763   ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF`` and ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON`` by
764   default, but the above caveats apply. For compilers which don't
765   default to static linking, the required flags have to be specified. On
766   Linux, this is usually ``CFLAGS=-static CXXFLAGS=-static``.
767
768 gmxapi external API
769 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
770
771 For dynamic linking builds and on non-Windows platforms, an extra library and
772 headers are installed by setting ``-DGMXAPI=ON`` (default).
773 Build targets ``gmxapi-cppdocs`` and ``gmxapi-cppdocs-dev`` produce documentation in
774 ``docs/api-user`` and ``docs/api-dev``, respectively.
775 For more project information and use cases,
776 refer to the tracked :issue:`2585`,
777 associated GitHub `gmxapi <https://github.com/kassonlab/gmxapi>`_ projects,
778 or DOI `10.1093/bioinformatics/bty484 <https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty484>`_.
779
780 gmxapi is not yet tested on Windows or with static linking, but these use cases
781 are targeted for future versions.
782
783 Portability aspects
784 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
785
786 A |Gromacs| build will normally not be portable, not even across
787 hardware with the same base instruction set, like x86. Non-portable
788 hardware-specific optimizations are selected at configure-time, such
789 as the SIMD instruction set used in the compute kernels. This
790 selection will be done by the build system based on the capabilities
791 of the build host machine or otherwise specified to ``cmake`` during
792 configuration.
793
794 Often it is possible to ensure portability by choosing the least
795 common denominator of SIMD support, e.g. SSE2 for x86, and ensuring
796 the you use ``cmake -DGMX_USE_RDTSCP=off`` if any of the target CPU
797 architectures does not support the ``RDTSCP`` instruction.  However, we
798 discourage attempts to use a single |Gromacs| installation when the
799 execution environment is heterogeneous, such as a mix of AVX and
800 earlier hardware, because this will lead to programs (especially
801 mdrun) that run slowly on the new hardware. Building two full
802 installations and locally managing how to call the correct one
803 (e.g. using a module system) is the recommended
804 approach. Alternatively, as at the moment the |Gromacs| tools do not
805 make strong use of SIMD acceleration, it can be convenient to create
806 an installation with tools portable across different x86 machines, but
807 with separate mdrun binaries for each architecture. 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 then build separate mdrun binaries for each architecture present in
811 the heterogeneous environment. By using custom binary and library
812 suffixes for the mdrun-only builds, these can be installed to the
813 same location as the "generic" tools installation.
814 `Building just the mdrun binary`_ is possible by setting the
815 ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON`` option.
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 Changing the names of |Gromacs| binaries and libraries
859 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
860
861 It is sometimes convenient to have different versions of the same
862 |Gromacs| programs installed. The most common use cases have been single
863 and double precision, and with and without MPI. This mechanism can
864 also be used to install side-by-side multiple versions of mdrun
865 optimized for different CPU architectures, as mentioned previously.
866
867 By default, |Gromacs| will suffix programs and libraries for such builds
868 with ``_d`` for double precision and/or ``_mpi`` for MPI (and nothing
869 otherwise). This can be controlled manually with ``GMX_DEFAULT_SUFFIX
870 (ON/OFF)``, ``GMX_BINARY_SUFFIX`` (takes a string) and ``GMX_LIBS_SUFFIX``
871 (also takes a string). For instance, to set a custom suffix for
872 programs and libraries, one might specify:
873
874 ::
875
876     cmake .. -DGMX_DEFAULT_SUFFIX=OFF -DGMX_BINARY_SUFFIX=_mod -DGMX_LIBS_SUFFIX=_mod
877
878 Thus the names of all programs and libraries will be appended with
879 ``_mod``.
880
881 Changing installation tree structure
882 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
883
884 By default, a few different directories under ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` are used
885 when when |Gromacs| is installed. Some of these can be changed, which is mainly
886 useful for packaging |Gromacs| for various distributions. The directories are
887 listed below, with additional notes about some of them. Unless otherwise noted,
888 the directories can be renamed by editing the installation paths in the main
889 CMakeLists.txt.
890
891 ``bin/``
892     The standard location for executables and some scripts.
893     Some of the scripts hardcode the absolute installation prefix, which needs
894     to be changed if the scripts are relocated.
895     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_BINDIR`` CMake
896     variable.
897 ``include/gromacs/``
898     The standard location for installed headers.
899 ``lib/``
900     The standard location for libraries. The default depends on the system, and
901     is determined by CMake.
902     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_LIBDIR`` CMake
903     variable.
904 ``lib/pkgconfig/``
905     Information about the installed ``libgromacs`` library for ``pkg-config`` is
906     installed here.  The ``lib/`` part adapts to the installation location of the
907     libraries.  The installed files contain the installation prefix as absolute
908     paths.
909 ``share/cmake/``
910     CMake package configuration files are installed here.
911 ``share/gromacs/``
912     Various data files and some documentation go here. The first part can
913     be changed using ``CMAKE_INSTALL_DATADIR``, and the second by using
914     ``GMX_INSTALL_DATASUBDIR`` Using these CMake variables is the preferred
915     way of changing the installation path for
916     ``share/gromacs/top/``, since the path to this directory is built into
917     ``libgromacs`` as well as some scripts, both as a relative and as an absolute
918     path (the latter as a fallback if everything else fails).
919 ``share/man/``
920     Installed man pages go here.
921
922 Compiling and linking
923 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
924
925 Once you have configured with ``cmake``, you can build |Gromacs| with ``make``.
926 It is expected that this will always complete successfully, and
927 give few or no warnings. The CMake-time tests |Gromacs| makes on the settings
928 you choose are pretty extensive, but there are probably a few cases we
929 have not thought of yet. Search the web first for solutions to
930 problems, but if you need help, ask on gmx-users, being sure to
931 provide as much information as possible about what you did, the system
932 you are building on, and what went wrong. This may mean scrolling back
933 a long way through the output of ``make`` to find the first error
934 message!
935
936 If you have a multi-core or multi-CPU machine with ``N``
937 processors, then using
938
939 ::
940
941     make -j N
942
943 will generally speed things up by quite a bit. Other build generator systems
944 supported by ``cmake`` (e.g. ``ninja``) also work well.
945
946 .. _building just the mdrun binary:
947
948 Building only mdrun
949 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
950
951 This is now supported with the ``cmake`` option
952 ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON``, which will build a different version of
953 ``libgromacs`` and the ``mdrun`` program.
954 Naturally, now ``make install`` installs only those
955 products. By default, mdrun-only builds will default to static linking
956 against |Gromacs| libraries, because this is generally a good idea for
957 the targets for which an mdrun-only build is desirable.
958
959 Installing |Gromacs|
960 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
961
962 Finally, ``make install`` will install |Gromacs| in the
963 directory given in ``CMAKE_INSTALL_PREFIX``. If this is a system
964 directory, then you will need permission to write there, and you
965 should use super-user privileges only for ``make install`` and
966 not the whole procedure.
967
968 .. _getting access to |Gromacs|:
969
970 Getting access to |Gromacs| after installation
971 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
972
973 |Gromacs| installs the script ``GMXRC`` in the ``bin``
974 subdirectory of the installation directory
975 (e.g. ``/usr/local/gromacs/bin/GMXRC``), which you should source
976 from your shell:
977
978 ::
979
980     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
981
982 It will detect what kind of shell you are running and set up your
983 environment for using |Gromacs|. You may wish to arrange for your
984 login scripts to do this automatically; please search the web for
985 instructions on how to do this for your shell.
986
987 Many of the |Gromacs| programs rely on data installed in the
988 ``share/gromacs`` subdirectory of the installation directory. By
989 default, the programs will use the environment variables set in the
990 ``GMXRC`` script, and if this is not available they will try to guess the
991 path based on their own location.  This usually works well unless you
992 change the names of directories inside the install tree. If you still
993 need to do that, you might want to recompile with the new install
994 location properly set, or edit the ``GMXRC`` script.
995
996 Testing |Gromacs| for correctness
997 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
998
999 Since 2011, the |Gromacs| development uses an automated system where
1000 every new code change is subject to regression testing on a number of
1001 platforms and software combinations. While this improves
1002 reliability quite a lot, not everything is tested, and since we
1003 increasingly rely on cutting edge compiler features there is
1004 non-negligible risk that the default compiler on your system could
1005 have bugs. We have tried our best to test and refuse to use known bad
1006 versions in ``cmake``, but we strongly recommend that you run through
1007 the tests yourself. It only takes a few minutes, after which you can
1008 trust your build.
1009
1010 The simplest way to run the checks is to build |Gromacs| with
1011 ``-DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD``, and run ``make check``.
1012 |Gromacs| will automatically download and run the tests for you.
1013 Alternatively, you can download and unpack the |Gromacs|
1014 regression test suite |gmx-regressiontests-package| tarball yourself
1015 and use the advanced ``cmake`` option ``REGRESSIONTEST_PATH`` to
1016 specify the path to the unpacked tarball, which will then be used for
1017 testing. If the above does not work, then please read on.
1018
1019 The regression tests are also available from the download_ section.
1020 Once you have downloaded them, unpack the tarball, source
1021 ``GMXRC`` as described above, and run ``./gmxtest.pl all``
1022 inside the regression tests folder. You can find more options
1023 (e.g. adding ``double`` when using double precision, or
1024 ``-only expanded`` to run just the tests whose names match
1025 "expanded") if you just execute the script without options.
1026
1027 Hopefully, you will get a report that all tests have passed. If there
1028 are individual failed tests it could be a sign of a compiler bug, or
1029 that a tolerance is just a tiny bit too tight. Check the output files
1030 the script directs you too, and try a different or newer compiler if
1031 the errors appear to be real. If you cannot get it to pass the
1032 regression tests, you might try dropping a line to the gmx-users
1033 mailing list, but then you should include a detailed description of
1034 your hardware, and the output of ``gmx mdrun -version`` (which contains
1035 valuable diagnostic information in the header).
1036
1037 A build with ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY`` cannot be tested with
1038 ``make check`` from the build tree, because most of the tests
1039 require a full build to run things like ``grompp``. To test such an
1040 mdrun fully requires installing it to the same location as a normal
1041 build of |Gromacs|, downloading the regression tests tarball manually
1042 as described above, sourcing the correct ``GMXRC`` and running the
1043 perl script manually. For example, from your |Gromacs| source
1044 directory:
1045
1046 ::
1047
1048     mkdir build-normal
1049     cd build-normal
1050     cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/your/installation/prefix/here
1051     make -j 4
1052     make install
1053     cd ..
1054     mkdir build-mdrun-only
1055     cd build-mdrun-only
1056     cmake .. -DGMX_MPI=ON -DGMX_GPU=ON -DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/your/installation/prefix/here
1057     make -j 4
1058     make install
1059     cd /to/your/unpacked/regressiontests
1060     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
1061     ./gmxtest.pl all -np 2
1062
1063 If your mdrun program has been suffixed in a non-standard way, then
1064 the ``./gmxtest.pl -mdrun`` option will let you specify that name to the
1065 test machinery. You can use ``./gmxtest.pl -double`` to test the
1066 double-precision version. You can use ``./gmxtest.pl -crosscompiling``
1067 to stop the test harness attempting to check that the programs can
1068 be run. You can use ``./gmxtest.pl -mpirun srun`` if your command to
1069 run an MPI program is called ``srun``.
1070
1071 The ``make check`` target also runs integration-style tests that may run
1072 with MPI if ``GMX_MPI=ON`` was set. To make these work with various possible
1073 MPI libraries, you may need to
1074 set the CMake variables ``MPIEXEC``, ``MPIEXEC_NUMPROC_FLAG``,
1075 ``MPIEXEC_PREFLAGS`` and ``MPIEXEC_POSTFLAGS`` so that
1076 ``mdrun-mpi-test_mpi`` would run on multiple ranks via the shell command
1077
1078 ::
1079
1080     ${MPIEXEC} ${MPIEXEC_NUMPROC_FLAG} ${NUMPROC} ${MPIEXEC_PREFLAGS} \
1081           mdrun-mpi-test_mpi ${MPIEXEC_POSTFLAGS} -otherflags
1082
1083 A typical example for SLURM is
1084
1085 ::
1086
1087      cmake .. -DGMX_MPI=on -DMPIEXEC=srun -DMPIEXEC_NUMPROC_FLAG=-n -DMPIEXEC_PREFLAGS= -DMPIEXEC_POSTFLAGS=
1088
1089
1090 Testing |Gromacs| for performance
1091 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1092
1093 We are still working on a set of benchmark systems for testing
1094 the performance of |Gromacs|. Until that is ready, we recommend that
1095 you try a few different parallelization options, and experiment with
1096 tools such as ``gmx tune_pme``.
1097
1098 Having difficulty?
1099 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1100
1101 You are not alone - this can be a complex task! If you encounter a
1102 problem with installing |Gromacs|, then there are a number of
1103 locations where you can find assistance. It is recommended that you
1104 follow these steps to find the solution:
1105
1106 1. Read the installation instructions again, taking note that you
1107    have followed each and every step correctly.
1108
1109 2. Search the |Gromacs| webpage_ and users emailing list for information
1110    on the error. Adding
1111    ``site:https://mailman-1.sys.kth.se/pipermail/gromacs.org_gmx-users``
1112    to a Google search may help filter better results.
1113
1114 3. Search the internet using a search engine such as Google.
1115
1116 4. Post to the |Gromacs| users emailing list gmx-users for
1117    assistance. Be sure to give a full description of what you have
1118    done and why you think it did not work. Give details about the
1119    system on which you are installing.  Copy and paste your command
1120    line and as much of the output as you think might be relevant -
1121    certainly from the first indication of a problem. In particular,
1122    please try to include at least the header from the mdrun logfile,
1123    and preferably the entire file.  People who might volunteer to help
1124    you do not have time to ask you interactive detailed follow-up
1125    questions, so you will get an answer faster if you provide as much
1126    information as you think could possibly help. High quality bug
1127    reports tend to receive rapid high quality answers.
1128
1129 .. _gmx-special-build:
1130
1131 Special instructions for some platforms
1132 ---------------------------------------
1133
1134 Building on Windows
1135 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1136
1137 Building on Windows using native compilers is rather similar to
1138 building on Unix, so please start by reading the above. Then, download
1139 and unpack the |Gromacs| source archive. Make a folder in which to do
1140 the out-of-source build of |Gromacs|. For example, make it within the
1141 folder unpacked from the source archive, and call it ``build-gromacs``.
1142
1143 For CMake, you can either use the graphical user interface provided on
1144 Windows, or you can use a command line shell with instructions similar
1145 to the UNIX ones above. If you open a shell from within your IDE
1146 (e.g. Microsoft Visual Studio), it will configure the environment for
1147 you, but you might need to tweak this in order to get either a 32-bit
1148 or 64-bit build environment. The latter provides the fastest
1149 executable. If you use a normal Windows command shell, then you will
1150 need to either set up the environment to find your compilers and
1151 libraries yourself, or run the ``vcvarsall.bat`` batch script provided
1152 by MSVC (just like sourcing a bash script under Unix).
1153
1154 With the graphical user interface, you will be asked about what
1155 compilers to use at the initial configuration stage, and if you use
1156 the command line they can be set in a similar way as under UNIX.
1157
1158 Unfortunately ``-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON`` (see `Using FFTW`_) does not
1159 work on Windows, because there is no supported way to build FFTW on
1160 Windows. You can either build FFTW some other way (e.g. MinGW), or
1161 use the built-in fftpack (which may be slow), or `using MKL`_.
1162
1163 For the build, you can either load the generated solutions file into
1164 e.g. Visual Studio, or use the command line with ``cmake --build`` so
1165 the right tools get used.
1166
1167 Building on Cray
1168 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1169
1170 |Gromacs| builds mostly out of the box on modern Cray machines, but
1171 you may need to specify the use of static binaries with
1172 ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=off``, and you may need to set the F77
1173 environmental variable to ``ftn`` when compiling FFTW.
1174 The ARM ThunderX2 Cray XC50 machines differ only in that the recommended
1175 compiler is the ARM HPC Compiler (``armclang``).
1176
1177
1178 Building on Solaris
1179 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1180
1181 The built-in |Gromacs| processor detection does not work on Solaris,
1182 so it is strongly recommended that you build |Gromacs| with
1183 ``-DGMX_HWLOC=on`` and ensure that the ``CMAKE_PREFIX_PATH`` includes
1184 the path where the hwloc headers and libraries can be found. At least
1185 version 1.11.8 of hwloc is recommended.
1186
1187 Oracle Developer Studio is not a currently supported compiler (and
1188 does not currently compile |Gromacs| correctly, perhaps because the
1189 thread-MPI atomics are incorrectly implemented in |Gromacs|).
1190
1191 Fujitsu PRIMEHPC
1192 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1193
1194 This is the architecture of the K computer, which uses Fujitsu
1195 Sparc64VIIIfx chips. On this platform, |Gromacs| has
1196 accelerated group kernels using the HPC-ACE instructions, no
1197 accelerated Verlet kernels, and a custom build toolchain. Since this
1198 particular chip only does double precision SIMD, the default setup
1199 is to build |Gromacs| in double. Since most users only need single, we have added
1200 an option GMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION to accept single precision square root
1201 accuracy in the group kernels; unless you know that you really need 15 digits
1202 of accuracy in each individual force, we strongly recommend you use this. Note
1203 that all summation and other operations are still done in double.
1204
1205 The recommended configuration is to use
1206
1207 ::
1208
1209     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Toolchain-Fujitsu-Sparc64-mpi.cmake \
1210              -DCMAKE_PREFIX_PATH=/your/fftw/installation/prefix \
1211              -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/where/gromacs/should/be/installed \
1212              -DGMX_MPI=ON \
1213              -DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON \
1214              -DGMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION=ON
1215     make
1216     make install
1217
1218 Intel Xeon Phi
1219 ^^^^^^^^^^^^^^
1220
1221 Xeon Phi processors, hosted or self-hosted, are supported.
1222 Only symmetric (aka native) mode is supported on Knights Corner. The
1223 performance depends among other factors on the system size, and for
1224 now the performance might not be faster than CPUs. When building for it,
1225 the recommended configuration is
1226
1227 ::
1228
1229     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Platform/XeonPhi
1230     make
1231     make install
1232
1233
1234 The Knights Landing-based Xeon Phi processors behave like standard x86 nodes,
1235 but support a special SIMD instruction set. When cross-compiling for such nodes,
1236 use the ``AVX_512_KNL`` SIMD flavor.
1237 Knights Landing processors support so-called "clustering modes" which
1238 allow reconfiguring the memory subsystem for lower latency. |Gromacs| can
1239 benefit from the quadrant or SNC clustering modes.
1240 Care needs to be taken to correctly pin threads. In particular, threads of
1241 an MPI rank should not cross cluster and NUMA boundaries.
1242 In addition to the main DRAM memory, Knights Landing has a high-bandwidth
1243 stacked memory called MCDRAM. Using it offers performance benefits if
1244 it is ensured that ``mdrun`` runs entirely from this memory; to do so
1245 it is recommended that MCDRAM is configured in "Flat mode" and ``mdrun`` is
1246 bound to the appropriate NUMA node (use e.g. ``numactl --membind 1`` with
1247 quadrant clustering mode).
1248
1249
1250 Tested platforms
1251 ----------------
1252
1253 While it is our best belief that |Gromacs| will build and run pretty
1254 much everywhere, it is important that we tell you where we really know
1255 it works because we have tested it. We do test on Linux, Windows, and
1256 Mac with a range of compilers and libraries for a range of our
1257 configuration options. Every commit in our git source code repository
1258 is currently tested on x86 with a number of gcc versions ranging from 4.8.1
1259 through 7, versions 16 and 18 of the Intel compiler, and Clang
1260 versions 3.4 through 5. For this, we use a variety of GNU/Linux
1261 flavors and versions as well as recent versions of Windows. Under
1262 Windows, we test both MSVC 2017 and version 16 of the Intel compiler.
1263 For details, you can
1264 have a look at the `continuous integration server used by GROMACS`_,
1265 which runs Jenkins_.
1266
1267 We test irregularly on ARM v7, ARM v8, Cray, Fujitsu
1268 PRIMEHPC, Power8, Google Native Client and other environments, and
1269 with other compilers and compiler versions, too.