Add an example of using an MPI wrapper compiler
[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 .. _gmx-gpu-support:
184
185 GPU support
186 ~~~~~~~~~~~
187
188 |Gromacs| has excellent support for NVIDIA GPUs supported via CUDA.
189 On Linux, NVIDIA CUDA_ toolkit with minimum version |REQUIRED_CUDA_VERSION|
190 is required, and the latest version is strongly encouraged. Using
191 Microsoft MSVC compiler requires version 9.0. NVIDIA GPUs with at
192 least NVIDIA compute capability |REQUIRED_CUDA_COMPUTE_CAPABILITY| are
193 required. You are strongly recommended to
194 get the latest CUDA version and driver that supports your hardware, but
195 beware of possible performance regressions in newer CUDA versions on
196 older hardware.
197 While some CUDA compilers (nvcc) might not
198 officially support recent versions of gcc as the back-end compiler, we
199 still recommend that you at least use a gcc version recent enough to
200 get the best SIMD support for your CPU, since |Gromacs| always runs some
201 code on the CPU. It is most reliable to use the same C++ compiler
202 version for |Gromacs| code as used as the host compiler for nvcc.
203
204 To make it possible to use other accelerators, |Gromacs| also includes
205 OpenCL_ support. The minimum OpenCL version required is
206 |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION| and only 64-bit implementations are supported.
207 The current OpenCL implementation is recommended for
208 use with GCN-based AMD GPUs, and on Linux we recommend the ROCm runtime.
209 Intel integrated GPUs are supported with the Neo drivers.
210 OpenCL is also supported with NVIDIA GPUs, but using
211 the latest NVIDIA driver (which includes the NVIDIA OpenCL runtime) is
212 recommended. Also note that there are performance limitations (inherent
213 to the NVIDIA OpenCL runtime).
214 It is not possible to configure both CUDA and OpenCL
215 support in the same build of |Gromacs|, nor to support both
216 Intel and other vendors' GPUs with OpenCL. A 64-bit implementation
217 of OpenCL is required and therefore OpenCL is only supported on 64-bit platforms.
218
219 .. _mpi-support:
220
221 MPI support
222 ~~~~~~~~~~~
223
224 |Gromacs| can run in parallel on multiple cores of a single
225 workstation using its built-in thread-MPI. No user action is required
226 in order to enable this.
227
228 If you wish to run in parallel on multiple machines across a network,
229 you will need to have
230
231 * an MPI library installed that supports the MPI 1.3
232   standard, and
233 * wrapper compilers that will compile code using that library.
234
235 The |Gromacs| team recommends OpenMPI_ version
236 1.6 (or higher), MPICH_ version 1.4.1 (or
237 higher), or your hardware vendor's MPI installation. The most recent
238 version of either of these is likely to be the best. More specialized
239 networks might depend on accelerations only available in the vendor's
240 library. LAM-MPI_ might work, but since it has
241 been deprecated for years, it is not supported.
242
243 For example, depending on your actual MPI library, use ``cmake
244 -DCMAKE_C_COMPILER=mpicc -DCMAKE_CXX_COMPILER=mpicxx -DGMX_MPI=on``.
245
246
247 CMake
248 ^^^^^
249
250 |Gromacs| builds with the CMake build system, requiring at least
251 version |CMAKE_MINIMUM_REQUIRED_VERSION|. You can check whether
252 CMake is installed, and what version it is, with ``cmake
253 --version``. If you need to install CMake, then first check whether
254 your platform's package management system provides a suitable version,
255 or visit the `CMake installation page`_ for pre-compiled binaries,
256 source code and installation instructions. The |Gromacs| team
257 recommends you install the most recent version of CMake you can.
258
259 .. _FFT support:
260
261 Fast Fourier Transform library
262 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
263
264 Many simulations in |Gromacs| make extensive use of fast Fourier
265 transforms, and a software library to perform these is always
266 required. We recommend FFTW_ (version 3 or higher only) or Intel
267 MKL_. The choice of library can be set with ``cmake
268 -DGMX_FFT_LIBRARY=<name>``, where ``<name>`` is one of ``fftw3``,
269 ``mkl``, or ``fftpack``. FFTPACK is bundled with |Gromacs| as a
270 fallback, and is acceptable if simulation performance is not a
271 priority. When choosing MKL, |Gromacs| will also use MKL for BLAS and
272 LAPACK (see `linear algebra libraries`_). Generally, there is no
273 advantage in using MKL with |Gromacs|, and FFTW is often faster.
274 With PME GPU offload support using CUDA, a GPU-based FFT library
275 is required. The CUDA-based GPU FFT library cuFFT is part of the
276 CUDA toolkit (required for all CUDA builds) and therefore no additional
277 software component is needed when building with CUDA GPU acceleration.
278
279 Using FFTW
280 ~~~~~~~~~~
281
282 FFTW_ is likely to be available for your platform via its package
283 management system, but there can be compatibility and significant
284 performance issues associated with these packages. In particular,
285 |Gromacs| simulations are normally run in "mixed" floating-point
286 precision, which is suited for the use of single precision in
287 FFTW. The default FFTW package is normally in double
288 precision, and good compiler options to use for FFTW when linked to
289 |Gromacs| may not have been used. Accordingly, the |Gromacs| team
290 recommends either
291
292 * that you permit the |Gromacs| installation to download and
293   build FFTW from source automatically for you (use
294   ``cmake -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON``), or
295 * that you build FFTW from the source code.
296
297 If you build FFTW from source yourself, get the most recent version
298 and follow the `FFTW installation guide`_. Choose the precision for
299 FFTW (i.e. single/float vs. double) to match whether you will later
300 use mixed or double precision for |Gromacs|. There is no need to
301 compile FFTW with threading or MPI support, but it does no harm. On
302 x86 hardware, compile with *both* ``--enable-sse2`` and
303 ``--enable-avx`` for FFTW-3.3.4 and earlier. From FFTW-3.3.5, you
304 should also add ``--enable-avx2`` also. On Intel processors supporting
305 512-wide AVX, including KNL, add ``--enable-avx512`` also.
306 FFTW will create a fat library with codelets for all different instruction sets,
307 and pick the fastest supported one at runtime.
308 On ARM architectures with NEON SIMD support and IBM Power8 and later, you
309 definitely want version 3.3.5 or later,
310 and to compile it with ``--enable-neon`` and ``--enable-vsx``, respectively, for
311 SIMD support. If you are using a Cray, there is a special modified
312 (commercial) version of FFTs using the FFTW interface which can be
313 slightly faster.
314
315 Using MKL
316 ~~~~~~~~~
317
318 Use MKL bundled with Intel compilers by setting up the compiler
319 environment, e.g., through ``source /path/to/compilervars.sh intel64``
320 or similar before running CMake including setting
321 ``-DGMX_FFT_LIBRARY=mkl``.
322
323 If you need to customize this further, use
324
325 ::
326
327     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=mkl \
328           -DMKL_LIBRARIES="/full/path/to/libone.so;/full/path/to/libtwo.so" \
329           -DMKL_INCLUDE_DIR="/full/path/to/mkl/include"
330
331 The full list and order(!) of libraries you require are found in Intel's MKL documentation for your system.
332
333 Using ARM Performance Libraries
334 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
335
336 The ARM Performance Libraries provides FFT transforms implementation for ARM
337 architectures.
338 Preliminary support is provided for ARMPL in |Gromacs| through its FFTW-compatible API.
339 Assuming that the ARM HPC toolchain environment including the ARMPL paths
340 are set up (e.g. through loading the appropriate modules like
341 ``module load Module-Prefix/arm-hpc-compiler-X.Y/armpl/X.Y``) use the following cmake
342 options:
343
344 ::
345
346     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=fftw3 \
347           -DFFTWF_LIBRARY="${ARMPL_DIR}/lib/libarmpl_lp64.so" \
348           -DFFTWF_INCLUDE_DIR=${ARMPL_DIR}/include
349
350
351 Other optional build components
352 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
353
354 * Run-time detection of hardware capabilities can be improved by
355   linking with hwloc, which is automatically enabled if detected.
356 * Hardware-optimized BLAS and LAPACK libraries are useful
357   for a few of the |Gromacs| utilities focused on normal modes and
358   matrix manipulation, but they do not provide any benefits for normal
359   simulations. Configuring these is discussed at
360   `linear algebra libraries`_.
361 * The built-in |Gromacs| trajectory viewer ``gmx view`` requires X11 and
362   Motif/Lesstif libraries and header files. You may prefer to use
363   third-party software for visualization, such as VMD_ or PyMol_.
364 * An external TNG library for trajectory-file handling can be used
365   by setting ``-DGMX_EXTERNAL_TNG=yes``, but TNG
366   |GMX_TNG_MINIMUM_REQUIRED_VERSION| is bundled in the |Gromacs|
367   source already.
368 * The lmfit library for Levenberg-Marquardt curve fitting is used in
369   |Gromacs|. Only lmfit |GMX_LMFIT_REQUIRED_VERSION| is supported.  A
370   reduced version of that library is bundled in the |Gromacs|
371   distribution, and the default build uses it. That default may be
372   explicitly enabled with ``-DGMX_USE_LMFIT=internal``. To use an
373   external lmfit library, set ``-DGMX_USE_LMFIT=external``, and adjust
374   ``CMAKE_PREFIX_PATH`` as needed.  lmfit support can be disabled with
375   ``-DGMX_USE_LMFIT=none``.
376 * zlib is used by TNG for compressing some kinds of trajectory data
377 * Building the |Gromacs| documentation is optional, and requires
378   ImageMagick, pdflatex, bibtex, doxygen, python 2.7, sphinx
379   |EXPECTED_SPHINX_VERSION|, and pygments.
380 * The |Gromacs| utility programs often write data files in formats
381   suitable for the Grace plotting tool, but it is straightforward to
382   use these files in other plotting programs, too.
383
384 Doing a build of |Gromacs|
385 --------------------------
386
387 This section will cover a general build of |Gromacs| with CMake_, but it
388 is not an exhaustive discussion of how to use CMake. There are many
389 resources available on the web, which we suggest you search for when
390 you encounter problems not covered here. The material below applies
391 specifically to builds on Unix-like systems, including Linux, and Mac
392 OS X. For other platforms, see the specialist instructions below.
393
394 .. _configure-cmake:
395
396 Configuring with CMake
397 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
398
399 CMake will run many tests on your system and do its best to work out
400 how to build |Gromacs| for you. If your build machine is the same as
401 your target machine, then you can be sure that the defaults and
402 detection will be pretty good. However, if you want to control aspects
403 of the build, or you are compiling on a cluster head node for back-end
404 nodes with a different architecture, there are a few things you
405 should consider specifying.
406
407 The best way to use CMake to configure |Gromacs| is to do an
408 "out-of-source" build, by making another directory from which you will
409 run CMake. This can be outside the source directory, or a subdirectory
410 of it. It also means you can never corrupt your source code by trying
411 to build it! So, the only required argument on the CMake command line
412 is the name of the directory containing the ``CMakeLists.txt`` file of
413 the code you want to build. For example, download the source tarball
414 and use
415
416 .. parsed-literal::
417
418     tar xfz gromacs-|version|.tgz
419     cd gromacs-|version|
420     mkdir build-gromacs
421     cd build-gromacs
422     cmake ..
423
424 You will see ``cmake`` report a sequence of results of tests and
425 detections done by the |Gromacs| build system. These are written to the
426 ``cmake`` cache, kept in ``CMakeCache.txt``. You can edit this file by
427 hand, but this is not recommended because you could make a mistake.
428 You should not attempt to move or copy this file to do another build,
429 because file paths are hard-coded within it. If you mess things up,
430 just delete this file and start again with ``cmake``.
431
432 If there is a serious problem detected at this stage, then you will see
433 a fatal error and some suggestions for how to overcome it. If you are
434 not sure how to deal with that, please start by searching on the web
435 (most computer problems already have known solutions!) and then
436 consult the gmx-users mailing list. There are also informational
437 warnings that you might like to take on board or not. Piping the
438 output of ``cmake`` through ``less`` or ``tee`` can be
439 useful, too.
440
441 Once ``cmake`` returns, you can see all the settings that were chosen
442 and information about them by using e.g. the curses interface
443
444 ::
445
446     ccmake ..
447
448 You can actually use ``ccmake`` (available on most Unix platforms)
449 directly in the first step, but then
450 most of the status messages will merely blink in the lower part
451 of the terminal rather than be written to standard output. Most platforms
452 including Linux, Windows, and Mac OS X even have native graphical user interfaces for
453 ``cmake``, and it can create project files for almost any build environment
454 you want (including Visual Studio or Xcode).
455 Check out `running CMake`_ for
456 general advice on what you are seeing and how to navigate and change
457 things. The settings you might normally want to change are already
458 presented. You may make changes, then re-configure (using ``c``), so that it
459 gets a chance to make changes that depend on yours and perform more
460 checking. It may take several configuration passes to reach the desired
461 configuration, in particular if you need to resolve errors.
462
463 When you have reached the desired configuration with ``ccmake``, the
464 build system can be generated by pressing ``g``.  This requires that the previous
465 configuration pass did not reveal any additional settings (if it did, you need
466 to configure once more with ``c``).  With ``cmake``, the build system is generated
467 after each pass that does not produce errors.
468
469 You cannot attempt to change compilers after the initial run of
470 ``cmake``. If you need to change, clean up, and start again.
471
472 .. _non-standard location:
473
474 Where to install |Gromacs|
475 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
476
477 |Gromacs| is installed in the directory to which
478 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` points. It may not be the source directory or
479 the build directory.  You require write permissions to this
480 directory. Thus, without super-user privileges,
481 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` will have to be within your home directory.
482 Even if you do have super-user privileges, you should use them only
483 for the installation phase, and never for configuring, building, or
484 running |Gromacs|!
485
486 .. _cmake options:
487
488 Using CMake command-line options
489 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
490
491 Once you become comfortable with setting and changing options, you may
492 know in advance how you will configure |Gromacs|. If so, you can speed
493 things up by invoking ``cmake`` and passing the various options at once
494 on the command line. This can be done by setting cache variable at the
495 cmake invocation using ``-DOPTION=VALUE``. Note that some
496 environment variables are also taken into account, in particular
497 variables like ``CC`` and ``CXX``.
498
499 For example, the following command line
500
501 ::
502
503     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_MPI=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/marydoe/programs
504
505 can be used to build with CUDA GPUs, MPI and install in a custom
506 location. You can even save that in a shell script to make it even
507 easier next time. You can also do this kind of thing with ``ccmake``,
508 but you should avoid this, because the options set with ``-D`` will not
509 be able to be changed interactively in that run of ``ccmake``.
510
511 .. _gmx-simd-support:
512
513 SIMD support
514 ~~~~~~~~~~~~
515
516 |Gromacs| has extensive support for detecting and using the SIMD
517 capabilities of many modern HPC CPU architectures. If you are building
518 |Gromacs| on the same hardware you will run it on, then you don't need
519 to read more about this, unless you are getting configuration warnings
520 you do not understand. By default, the |Gromacs| build system will
521 detect the SIMD instruction set supported by the CPU architecture (on
522 which the configuring is done), and thus pick the best
523 available SIMD parallelization supported by |Gromacs|. The build system
524 will also check that the compiler and linker used also support the
525 selected SIMD instruction set and issue a fatal error if they
526 do not.
527
528 Valid values are listed below, and the applicable value with the
529 largest number in the list is generally the one you should choose.
530 In most cases, choosing an inappropriate higher number will lead
531 to compiling a binary that will not run. However, on a number of
532 processor architectures choosing the highest supported value can
533 lead to performance loss, e.g. on Intel Skylake-X/SP and AMD Zen.
534
535 1. ``None`` For use only on an architecture either lacking SIMD,
536    or to which |Gromacs| has not yet been ported and none of the
537    options below are applicable.
538 2. ``SSE2`` This SIMD instruction set was introduced in Intel
539    processors in 2001, and AMD in 2003. Essentially all x86
540    machines in existence have this, so it might be a good choice if
541    you need to support dinosaur x86 computers too.
542 3. ``SSE4.1`` Present in all Intel core processors since 2007,
543    but notably not in AMD Magny-Cours. Still, almost all recent
544    processors support this, so this can also be considered a good
545    baseline if you are content with slow simulations and prefer
546    portability between reasonably modern processors.
547 4. ``AVX_128_FMA`` AMD Bulldozer, Piledriver (and later Family 15h) processors have this.
548 5. ``AVX_256`` Intel processors since Sandy Bridge (2011). While this
549    code will work on the  AMD Bulldozer and Piledriver processors, it is significantly less
550    efficient than the ``AVX_128_FMA`` choice above - do not be fooled
551    to assume that 256 is better than 128 in this case.
552 6. ``AVX2_128`` AMD Zen microarchitecture processors (2017);
553    it will enable AVX2 with 3-way fused multiply-add instructions.
554    While the Zen microarchitecture does support 256-bit AVX2 instructions,
555    hence ``AVX2_256`` is also supported, 128-bit will generally be faster,
556    in particular when the non-bonded tasks run on the CPU -- hence
557    the default ``AVX2_128``. With GPU offload however ``AVX2_256``
558    can be faster on Zen processors.
559 7. ``AVX2_256`` Present on Intel Haswell (and later) processors (2013),
560    and it will also enable Intel 3-way fused multiply-add instructions.
561 8. ``AVX_512`` Skylake-X desktop and Skylake-SP Xeon processors (2017);
562    it will generally be fastest on the higher-end desktop and server
563    processors with two 512-bit fused multiply-add units (e.g. Core i9
564    and Xeon Gold). However, certain desktop and server models
565    (e.g. Xeon Bronze and Silver) come with only one AVX512 FMA unit
566    and therefore on these processors ``AVX2_256`` is faster
567    (compile- and runtime checks try to inform about such cases).
568    Additionally, with GPU accelerated runs ``AVX2_256`` can also be
569    faster on high-end Skylake CPUs with both 512-bit FMA units enabled.
570 9. ``AVX_512_KNL`` Knights Landing Xeon Phi processors
571 10. ``Sparc64_HPC_ACE`` Fujitsu machines like the K computer have this.
572 11. ``IBM_VMX`` Power6 and similar Altivec processors have this.
573 12. ``IBM_VSX`` Power7, Power8, Power9 and later have this.
574 13. ``ARM_NEON`` 32-bit ARMv7 with NEON support.
575 14. ``ARM_NEON_ASIMD`` 64-bit ARMv8 and later.
576
577 The CMake configure system will check that the compiler you have
578 chosen can target the architecture you have chosen. mdrun will check
579 further at runtime, so if in doubt, choose the lowest number you
580 think might work, and see what mdrun says. The configure system also
581 works around many known issues in many versions of common HPC
582 compilers.
583
584 A further ``GMX_SIMD=Reference`` option exists, which is a special
585 SIMD-like implementation written in plain C that developers can use
586 when developing support in |Gromacs| for new SIMD architectures. It is
587 not designed for use in production simulations, but if you are using
588 an architecture with SIMD support to which |Gromacs| has not yet been
589 ported, you may wish to try this option instead of the default
590 ``GMX_SIMD=None``, as it can often out-perform this when the
591 auto-vectorization in your compiler does a good job. And post on the
592 |Gromacs| mailing lists, because |Gromacs| can probably be ported for new
593 SIMD architectures in a few days.
594
595 CMake advanced options
596 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
597
598 The options that are displayed in the default view of ``ccmake`` are
599 ones that we think a reasonable number of users might want to consider
600 changing. There are a lot more options available, which you can see by
601 toggling the advanced mode in ``ccmake`` on and off with ``t``. Even
602 there, most of the variables that you might want to change have a
603 ``CMAKE_`` or ``GMX_`` prefix. There are also some options that will be
604 visible or not according to whether their preconditions are satisfied.
605
606 .. _search for libraries, headers or programs:
607
608 Helping CMake find the right libraries, headers, or programs
609 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
610
611 If libraries are installed in non-default locations their location can
612 be specified using the following variables:
613
614 * ``CMAKE_INCLUDE_PATH`` for header files
615 * ``CMAKE_LIBRARY_PATH`` for libraries
616 * ``CMAKE_PREFIX_PATH`` for header, libraries and binaries
617   (e.g. ``/usr/local``).
618
619 The respective ``include``, ``lib``, or ``bin`` is
620 appended to the path. For each of these variables, a list of paths can
621 be specified (on Unix, separated with ":"). These can be set as
622 enviroment variables like:
623
624 ::
625
626     CMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda cmake ..
627
628 (assuming ``bash`` shell). Alternatively, these variables are also
629 ``cmake`` options, so they can be set like
630 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda``.
631
632 The ``CC`` and ``CXX`` environment variables are also useful
633 for indicating to ``cmake`` which compilers to use. Similarly,
634 ``CFLAGS``/``CXXFLAGS`` can be used to pass compiler
635 options, but note that these will be appended to those set by
636 |Gromacs| for your build platform and build type. You can customize
637 some of this with advanced CMake options such as ``CMAKE_C_FLAGS``
638 and its relatives.
639
640 See also the page on `CMake environment variables`_.
641
642 .. _CUDA GPU acceleration:
643
644 CUDA GPU acceleration
645 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
646
647 If you have the CUDA_ Toolkit installed, you can use ``cmake`` with:
648
649 ::
650
651     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DCUDA_TOOLKIT_ROOT_DIR=/usr/local/cuda
652
653 (or whichever path has your installation). In some cases, you might
654 need to specify manually which of your C++ compilers should be used,
655 e.g. with the advanced option ``CUDA_HOST_COMPILER``.
656
657 By default, code will be generated for the most common CUDA architectures.
658 However, to reduce build time and binary size we do not generate code for
659 every single possible architecture, which in rare cases (say, Tegra systems)
660 can result in the default build not being able to use some GPUs.
661 If this happens, or if you want to remove some architectures to reduce
662 binary size and build time, you can alter the target CUDA architectures.
663 This can be done either with the ``GMX_CUDA_TARGET_SM`` or
664 ``GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE`` CMake variables, which take a semicolon delimited
665 string with the two digit suffixes of CUDA (virtual) architectures names, for
666 instance "35;50;51;52;53;60". For details, see the "Options for steering GPU
667 code generation" section of the nvcc man / help or Chapter 6. of the nvcc
668 manual.
669
670 The GPU acceleration has been tested on AMD64/x86-64 platforms with
671 Linux, Mac OS X and Windows operating systems, but Linux is the
672 best-tested and supported of these. Linux running on POWER 8, ARM v7 and v8
673 CPUs also works well.
674
675 Experimental support is available for compiling CUDA code, both for host and
676 device, using clang (version 3.9 or later).
677 A CUDA toolkit (>= v7.0) is still required but it is used only for GPU device code
678 generation and to link against the CUDA runtime library.
679 The clang CUDA support simplifies compilation and provides benefits for development
680 (e.g. allows the use code sanitizers in CUDA host-code).
681 Additionally, using clang for both CPU and GPU compilation can be beneficial
682 to avoid compatibility issues between the GNU toolchain and the CUDA toolkit.
683 clang for CUDA can be triggered using the ``GMX_CLANG_CUDA=ON`` CMake option.
684 Target architectures can be selected with  ``GMX_CUDA_TARGET_SM``,
685 virtual architecture code is always embedded for all requested architectures
686 (hence GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE is ignored).
687 Note that this is mainly a developer-oriented feature and it is not recommended
688 for production use as the performance can be significantly lower than that
689 of code compiled with nvcc (and it has also received less testing).
690 However, note that with clang 5.0 the performance gap is significantly narrowed
691 (at the time of writing, about 20% slower GPU kernels), so this version
692 could be considered in non performance-critical use-cases.
693
694
695 OpenCL GPU acceleration
696 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
697
698 The primary targets of the |Gromacs| OpenCL support is accelerating
699 simulations on AMD and Intel hardware. For AMD, we target both
700 discrete GPUs and APUs (integrated CPU+GPU chips), and for Intel we
701 target the integrated GPUs found on modern workstation and mobile
702 hardware. The |Gromacs| OpenCL on NVIDIA GPUs works, but performance
703 and other limitations make it less practical (for details see the user guide).
704
705 To build |Gromacs| with OpenCL_ support enabled, two components are
706 required: the OpenCL_ headers and the wrapper library that acts
707 as a client driver loader (so-called ICD loader).
708 The additional, runtime-only dependency is the vendor-specific GPU driver
709 for the device targeted. This also contains the OpenCL_ compiler.
710 As the GPU compute kernels are compiled  on-demand at run time,
711 this vendor-specific compiler and driver is not needed for building |Gromacs|.
712 The former, compile-time dependencies are standard components,
713 hence stock versions can be obtained from most Linux distribution
714 repositories (e.g. ``opencl-headers`` and ``ocl-icd-libopencl1`` on Debian/Ubuntu).
715 Only the compatibility with the required OpenCL_ version |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION|
716 needs to be ensured.
717 Alternatively, the headers and library can also be obtained from vendor SDKs
718 (e.g. `from AMD <http://developer.amd.com/appsdk>`_),
719 which must be installed in a path found in ``CMAKE_PREFIX_PATH`` (or via the environment
720 variables ``AMDAPPSDKROOT`` or ``CUDA_PATH``).
721
722 To trigger an OpenCL_ build the following CMake flags must be set
723
724 ::
725
726     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_USE_OPENCL=ON
727
728 To build with support for Intel integrated GPUs, it is required
729 to add ``-DGMX_OPENCL_NB_CLUSTER_SIZE=4`` to the cmake command line,
730 so that the GPU kernels match the characteristics of the hardware.
731 The `Neo driver <https://github.com/intel/compute-runtime/releases>`_
732 is recommended.
733
734 On Mac OS, an AMD GPU can be used only with OS version 10.10.4 and
735 higher; earlier OS versions are known to run incorrectly.
736
737 By default, any clFFT library on the system will be used with
738 |Gromacs|, but if none is found then the code will fall back on a
739 version bundled with |Gromacs|. To require |Gromacs| to link with an
740 external library, use
741
742 ::
743
744     cmake .. -DGMX_GPU=ON -DGMX_USE_OPENCL=ON -DclFFT_ROOT_DIR=/path/to/your/clFFT -DGMX_EXTERNAL_CLFFT=TRUE
745
746 Static linking
747 ~~~~~~~~~~~~~~
748
749 Dynamic linking of the |Gromacs| executables will lead to a
750 smaller disk footprint when installed, and so is the default on
751 platforms where we believe it has been tested repeatedly and found to work.
752 In general, this includes Linux, Windows, Mac OS X and BSD systems.
753 Static binaries take more space, but on some hardware and/or under
754 some conditions they are necessary, most commonly when you are running a parallel
755 simulation using MPI libraries (e.g. Cray).
756
757 * To link |Gromacs| binaries statically against the internal |Gromacs|
758   libraries, set ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF``.
759 * To link statically against external (non-system) libraries as well,
760   set ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON``. Note, that in
761   general ``cmake`` picks up whatever is available, so this option only
762   instructs ``cmake`` to prefer static libraries when both static and
763   shared are available. If no static version of an external library is
764   available, even when the aforementioned option is ``ON``, the shared
765   library will be used. Also note that the resulting binaries will
766   still be dynamically linked against system libraries on platforms
767   where that is the default. To use static system libraries,
768   additional compiler/linker flags are necessary, e.g. ``-static-libgcc
769   -static-libstdc++``.
770 * To attempt to link a fully static binary set
771   ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=OFF``. This will prevent CMake from explicitly
772   setting any dynamic linking flags. This option also sets
773   ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF`` and ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON`` by
774   default, but the above caveats apply. For compilers which don't
775   default to static linking, the required flags have to be specified. On
776   Linux, this is usually ``CFLAGS=-static CXXFLAGS=-static``.
777
778 gmxapi external API
779 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
780
781 For dynamic linking builds and on non-Windows platforms, an extra library and
782 headers are installed by setting ``-DGMXAPI=ON`` (default).
783 Build targets ``gmxapi-cppdocs`` and ``gmxapi-cppdocs-dev`` produce documentation in
784 ``docs/api-user`` and ``docs/api-dev``, respectively.
785 For more project information and use cases,
786 refer to the tracked :issue:`2585`,
787 associated GitHub `gmxapi <https://github.com/kassonlab/gmxapi>`_ projects,
788 or DOI `10.1093/bioinformatics/bty484 <https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty484>`_.
789
790 gmxapi is not yet tested on Windows or with static linking, but these use cases
791 are targeted for future versions.
792
793 Portability aspects
794 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
795
796 A |Gromacs| build will normally not be portable, not even across
797 hardware with the same base instruction set, like x86. Non-portable
798 hardware-specific optimizations are selected at configure-time, such
799 as the SIMD instruction set used in the compute kernels. This
800 selection will be done by the build system based on the capabilities
801 of the build host machine or otherwise specified to ``cmake`` during
802 configuration.
803
804 Often it is possible to ensure portability by choosing the least
805 common denominator of SIMD support, e.g. SSE2 for x86, and ensuring
806 the you use ``cmake -DGMX_USE_RDTSCP=off`` if any of the target CPU
807 architectures does not support the ``RDTSCP`` instruction.  However, we
808 discourage attempts to use a single |Gromacs| installation when the
809 execution environment is heterogeneous, such as a mix of AVX and
810 earlier hardware, because this will lead to programs (especially
811 mdrun) that run slowly on the new hardware. Building two full
812 installations and locally managing how to call the correct one
813 (e.g. using a module system) is the recommended
814 approach. Alternatively, as at the moment the |Gromacs| tools do not
815 make strong use of SIMD acceleration, it can be convenient to create
816 an installation with tools portable across different x86 machines, but
817 with separate mdrun binaries for each architecture. To achieve this,
818 one can first build a full installation with the
819 least-common-denominator SIMD instruction set, e.g. ``-DGMX_SIMD=SSE2``,
820 then build separate mdrun binaries for each architecture present in
821 the heterogeneous environment. By using custom binary and library
822 suffixes for the mdrun-only builds, these can be installed to the
823 same location as the "generic" tools installation.
824 `Building just the mdrun binary`_ is possible by setting the
825 ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON`` option.
826
827 Linear algebra libraries
828 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
829
830 As mentioned above, sometimes vendor BLAS and LAPACK libraries
831 can provide performance enhancements for |Gromacs| when doing
832 normal-mode analysis or covariance analysis. For simplicity, the text
833 below will refer only to BLAS, but the same options are available
834 for LAPACK. By default, CMake will search for BLAS, use it if it
835 is found, and otherwise fall back on a version of BLAS internal to
836 |Gromacs|. The ``cmake`` option ``-DGMX_EXTERNAL_BLAS=on`` will be set
837 accordingly. The internal versions are fine for normal use. If you
838 need to specify a non-standard path to search, use
839 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/search``. If you need to specify a
840 library with a non-standard name (e.g. ESSL on Power machines
841 or ARMPL on ARM machines), then
842 set ``-DGMX_BLAS_USER=/path/to/reach/lib/libwhatever.a``.
843
844 If you are using Intel MKL_ for FFT, then the BLAS and
845 LAPACK it provides are used automatically. This could be
846 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
847
848 On Apple platforms where the Accelerate Framework is available, these
849 will be automatically used for BLAS and LAPACK. This could be
850 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
851
852 .. _installing with MiMiC:
853
854 Building with MiMiC QM/MM support
855 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
856
857 MiMiC QM/MM interface integration will require linking against MiMiC
858 communication library, that establishes the communication channel
859 between |Gromacs| and CPMD. The MiMiC Communication library can be
860 downloaded `here <https://gitlab.com/MiMiC-projects/CommLib>`__.
861 Compile and install it. Check that the installation folder of the
862 MiMiC library is added to CMAKE_PREFIX_PATH if it is installed in
863 non-standard location. Building QM/MM-capable version requires
864 double-precision version of |Gromacs| compiled with MPI support:
865
866 * ``-DGMX_DOUBLE=ON -DGMX_MPI -DGMX_MIMIC=ON``
867
868 Changing the names of |Gromacs| binaries and libraries
869 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
870
871 It is sometimes convenient to have different versions of the same
872 |Gromacs| programs installed. The most common use cases have been single
873 and double precision, and with and without MPI. This mechanism can
874 also be used to install side-by-side multiple versions of mdrun
875 optimized for different CPU architectures, as mentioned previously.
876
877 By default, |Gromacs| will suffix programs and libraries for such builds
878 with ``_d`` for double precision and/or ``_mpi`` for MPI (and nothing
879 otherwise). This can be controlled manually with ``GMX_DEFAULT_SUFFIX
880 (ON/OFF)``, ``GMX_BINARY_SUFFIX`` (takes a string) and ``GMX_LIBS_SUFFIX``
881 (also takes a string). For instance, to set a custom suffix for
882 programs and libraries, one might specify:
883
884 ::
885
886     cmake .. -DGMX_DEFAULT_SUFFIX=OFF -DGMX_BINARY_SUFFIX=_mod -DGMX_LIBS_SUFFIX=_mod
887
888 Thus the names of all programs and libraries will be appended with
889 ``_mod``.
890
891 Changing installation tree structure
892 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
893
894 By default, a few different directories under ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` are used
895 when when |Gromacs| is installed. Some of these can be changed, which is mainly
896 useful for packaging |Gromacs| for various distributions. The directories are
897 listed below, with additional notes about some of them. Unless otherwise noted,
898 the directories can be renamed by editing the installation paths in the main
899 CMakeLists.txt.
900
901 ``bin/``
902     The standard location for executables and some scripts.
903     Some of the scripts hardcode the absolute installation prefix, which needs
904     to be changed if the scripts are relocated.
905     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_BINDIR`` CMake
906     variable.
907 ``include/gromacs/``
908     The standard location for installed headers.
909 ``lib/``
910     The standard location for libraries. The default depends on the system, and
911     is determined by CMake.
912     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_LIBDIR`` CMake
913     variable.
914 ``lib/pkgconfig/``
915     Information about the installed ``libgromacs`` library for ``pkg-config`` is
916     installed here.  The ``lib/`` part adapts to the installation location of the
917     libraries.  The installed files contain the installation prefix as absolute
918     paths.
919 ``share/cmake/``
920     CMake package configuration files are installed here.
921 ``share/gromacs/``
922     Various data files and some documentation go here. The first part can
923     be changed using ``CMAKE_INSTALL_DATADIR``, and the second by using
924     ``GMX_INSTALL_DATASUBDIR`` Using these CMake variables is the preferred
925     way of changing the installation path for
926     ``share/gromacs/top/``, since the path to this directory is built into
927     ``libgromacs`` as well as some scripts, both as a relative and as an absolute
928     path (the latter as a fallback if everything else fails).
929 ``share/man/``
930     Installed man pages go here.
931
932 Compiling and linking
933 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
934
935 Once you have configured with ``cmake``, you can build |Gromacs| with ``make``.
936 It is expected that this will always complete successfully, and
937 give few or no warnings. The CMake-time tests |Gromacs| makes on the settings
938 you choose are pretty extensive, but there are probably a few cases we
939 have not thought of yet. Search the web first for solutions to
940 problems, but if you need help, ask on gmx-users, being sure to
941 provide as much information as possible about what you did, the system
942 you are building on, and what went wrong. This may mean scrolling back
943 a long way through the output of ``make`` to find the first error
944 message!
945
946 If you have a multi-core or multi-CPU machine with ``N``
947 processors, then using
948
949 ::
950
951     make -j N
952
953 will generally speed things up by quite a bit. Other build generator systems
954 supported by ``cmake`` (e.g. ``ninja``) also work well.
955
956 .. _building just the mdrun binary:
957
958 Building only mdrun
959 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
960
961 This is now supported with the ``cmake`` option
962 ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON``, which will build a different version of
963 ``libgromacs`` and the ``mdrun`` program.
964 Naturally, now ``make install`` installs only those
965 products. By default, mdrun-only builds will default to static linking
966 against |Gromacs| libraries, because this is generally a good idea for
967 the targets for which an mdrun-only build is desirable.
968
969 Installing |Gromacs|
970 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
971
972 Finally, ``make install`` will install |Gromacs| in the
973 directory given in ``CMAKE_INSTALL_PREFIX``. If this is a system
974 directory, then you will need permission to write there, and you
975 should use super-user privileges only for ``make install`` and
976 not the whole procedure.
977
978 .. _getting access to |Gromacs|:
979
980 Getting access to |Gromacs| after installation
981 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
982
983 |Gromacs| installs the script ``GMXRC`` in the ``bin``
984 subdirectory of the installation directory
985 (e.g. ``/usr/local/gromacs/bin/GMXRC``), which you should source
986 from your shell:
987
988 ::
989
990     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
991
992 It will detect what kind of shell you are running and set up your
993 environment for using |Gromacs|. You may wish to arrange for your
994 login scripts to do this automatically; please search the web for
995 instructions on how to do this for your shell.
996
997 Many of the |Gromacs| programs rely on data installed in the
998 ``share/gromacs`` subdirectory of the installation directory. By
999 default, the programs will use the environment variables set in the
1000 ``GMXRC`` script, and if this is not available they will try to guess the
1001 path based on their own location.  This usually works well unless you
1002 change the names of directories inside the install tree. If you still
1003 need to do that, you might want to recompile with the new install
1004 location properly set, or edit the ``GMXRC`` script.
1005
1006 Testing |Gromacs| for correctness
1007 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1008
1009 Since 2011, the |Gromacs| development uses an automated system where
1010 every new code change is subject to regression testing on a number of
1011 platforms and software combinations. While this improves
1012 reliability quite a lot, not everything is tested, and since we
1013 increasingly rely on cutting edge compiler features there is
1014 non-negligible risk that the default compiler on your system could
1015 have bugs. We have tried our best to test and refuse to use known bad
1016 versions in ``cmake``, but we strongly recommend that you run through
1017 the tests yourself. It only takes a few minutes, after which you can
1018 trust your build.
1019
1020 The simplest way to run the checks is to build |Gromacs| with
1021 ``-DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD``, and run ``make check``.
1022 |Gromacs| will automatically download and run the tests for you.
1023 Alternatively, you can download and unpack the |Gromacs|
1024 regression test suite |gmx-regressiontests-package| tarball yourself
1025 and use the advanced ``cmake`` option ``REGRESSIONTEST_PATH`` to
1026 specify the path to the unpacked tarball, which will then be used for
1027 testing. If the above does not work, then please read on.
1028
1029 The regression tests are also available from the download_ section.
1030 Once you have downloaded them, unpack the tarball, source
1031 ``GMXRC`` as described above, and run ``./gmxtest.pl all``
1032 inside the regression tests folder. You can find more options
1033 (e.g. adding ``double`` when using double precision, or
1034 ``-only expanded`` to run just the tests whose names match
1035 "expanded") if you just execute the script without options.
1036
1037 Hopefully, you will get a report that all tests have passed. If there
1038 are individual failed tests it could be a sign of a compiler bug, or
1039 that a tolerance is just a tiny bit too tight. Check the output files
1040 the script directs you too, and try a different or newer compiler if
1041 the errors appear to be real. If you cannot get it to pass the
1042 regression tests, you might try dropping a line to the gmx-users
1043 mailing list, but then you should include a detailed description of
1044 your hardware, and the output of ``gmx mdrun -version`` (which contains
1045 valuable diagnostic information in the header).
1046
1047 A build with ``-DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY`` cannot be tested with
1048 ``make check`` from the build tree, because most of the tests
1049 require a full build to run things like ``grompp``. To test such an
1050 mdrun fully requires installing it to the same location as a normal
1051 build of |Gromacs|, downloading the regression tests tarball manually
1052 as described above, sourcing the correct ``GMXRC`` and running the
1053 perl script manually. For example, from your |Gromacs| source
1054 directory:
1055
1056 ::
1057
1058     mkdir build-normal
1059     cd build-normal
1060     cmake .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/your/installation/prefix/here
1061     make -j 4
1062     make install
1063     cd ..
1064     mkdir build-mdrun-only
1065     cd build-mdrun-only
1066     cmake .. -DGMX_MPI=ON -DGMX_GPU=ON -DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/your/installation/prefix/here
1067     make -j 4
1068     make install
1069     cd /to/your/unpacked/regressiontests
1070     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
1071     ./gmxtest.pl all -np 2
1072
1073 If your mdrun program has been suffixed in a non-standard way, then
1074 the ``./gmxtest.pl -mdrun`` option will let you specify that name to the
1075 test machinery. You can use ``./gmxtest.pl -double`` to test the
1076 double-precision version. You can use ``./gmxtest.pl -crosscompiling``
1077 to stop the test harness attempting to check that the programs can
1078 be run. You can use ``./gmxtest.pl -mpirun srun`` if your command to
1079 run an MPI program is called ``srun``.
1080
1081 The ``make check`` target also runs integration-style tests that may run
1082 with MPI if ``GMX_MPI=ON`` was set. To make these work with various possible
1083 MPI libraries, you may need to
1084 set the CMake variables ``MPIEXEC``, ``MPIEXEC_NUMPROC_FLAG``,
1085 ``MPIEXEC_PREFLAGS`` and ``MPIEXEC_POSTFLAGS`` so that
1086 ``mdrun-mpi-test_mpi`` would run on multiple ranks via the shell command
1087
1088 ::
1089
1090     ${MPIEXEC} ${MPIEXEC_NUMPROC_FLAG} ${NUMPROC} ${MPIEXEC_PREFLAGS} \
1091           mdrun-mpi-test_mpi ${MPIEXEC_POSTFLAGS} -otherflags
1092
1093 A typical example for SLURM is
1094
1095 ::
1096
1097      cmake .. -DGMX_MPI=on -DMPIEXEC=srun -DMPIEXEC_NUMPROC_FLAG=-n -DMPIEXEC_PREFLAGS= -DMPIEXEC_POSTFLAGS=
1098
1099
1100 Testing |Gromacs| for performance
1101 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1102
1103 We are still working on a set of benchmark systems for testing
1104 the performance of |Gromacs|. Until that is ready, we recommend that
1105 you try a few different parallelization options, and experiment with
1106 tools such as ``gmx tune_pme``.
1107
1108 Having difficulty?
1109 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1110
1111 You are not alone - this can be a complex task! If you encounter a
1112 problem with installing |Gromacs|, then there are a number of
1113 locations where you can find assistance. It is recommended that you
1114 follow these steps to find the solution:
1115
1116 1. Read the installation instructions again, taking note that you
1117    have followed each and every step correctly.
1118
1119 2. Search the |Gromacs| webpage_ and users emailing list for information
1120    on the error. Adding
1121    ``site:https://mailman-1.sys.kth.se/pipermail/gromacs.org_gmx-users``
1122    to a Google search may help filter better results.
1123
1124 3. Search the internet using a search engine such as Google.
1125
1126 4. Post to the |Gromacs| users emailing list gmx-users for
1127    assistance. Be sure to give a full description of what you have
1128    done and why you think it did not work. Give details about the
1129    system on which you are installing.  Copy and paste your command
1130    line and as much of the output as you think might be relevant -
1131    certainly from the first indication of a problem. In particular,
1132    please try to include at least the header from the mdrun logfile,
1133    and preferably the entire file.  People who might volunteer to help
1134    you do not have time to ask you interactive detailed follow-up
1135    questions, so you will get an answer faster if you provide as much
1136    information as you think could possibly help. High quality bug
1137    reports tend to receive rapid high quality answers.
1138
1139 .. _gmx-special-build:
1140
1141 Special instructions for some platforms
1142 ---------------------------------------
1143
1144 Building on Windows
1145 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1146
1147 Building on Windows using native compilers is rather similar to
1148 building on Unix, so please start by reading the above. Then, download
1149 and unpack the |Gromacs| source archive. Make a folder in which to do
1150 the out-of-source build of |Gromacs|. For example, make it within the
1151 folder unpacked from the source archive, and call it ``build-gromacs``.
1152
1153 For CMake, you can either use the graphical user interface provided on
1154 Windows, or you can use a command line shell with instructions similar
1155 to the UNIX ones above. If you open a shell from within your IDE
1156 (e.g. Microsoft Visual Studio), it will configure the environment for
1157 you, but you might need to tweak this in order to get either a 32-bit
1158 or 64-bit build environment. The latter provides the fastest
1159 executable. If you use a normal Windows command shell, then you will
1160 need to either set up the environment to find your compilers and
1161 libraries yourself, or run the ``vcvarsall.bat`` batch script provided
1162 by MSVC (just like sourcing a bash script under Unix).
1163
1164 With the graphical user interface, you will be asked about what
1165 compilers to use at the initial configuration stage, and if you use
1166 the command line they can be set in a similar way as under UNIX.
1167
1168 Unfortunately ``-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON`` (see `Using FFTW`_) does not
1169 work on Windows, because there is no supported way to build FFTW on
1170 Windows. You can either build FFTW some other way (e.g. MinGW), or
1171 use the built-in fftpack (which may be slow), or `using MKL`_.
1172
1173 For the build, you can either load the generated solutions file into
1174 e.g. Visual Studio, or use the command line with ``cmake --build`` so
1175 the right tools get used.
1176
1177 Building on Cray
1178 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1179
1180 |Gromacs| builds mostly out of the box on modern Cray machines, but
1181 you may need to specify the use of static binaries with
1182 ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=off``, and you may need to set the F77
1183 environmental variable to ``ftn`` when compiling FFTW.
1184 The ARM ThunderX2 Cray XC50 machines differ only in that the recommended
1185 compiler is the ARM HPC Compiler (``armclang``).
1186
1187
1188 Building on Solaris
1189 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1190
1191 The built-in |Gromacs| processor detection does not work on Solaris,
1192 so it is strongly recommended that you build |Gromacs| with
1193 ``-DGMX_HWLOC=on`` and ensure that the ``CMAKE_PREFIX_PATH`` includes
1194 the path where the hwloc headers and libraries can be found. At least
1195 version 1.11.8 of hwloc is recommended.
1196
1197 Oracle Developer Studio is not a currently supported compiler (and
1198 does not currently compile |Gromacs| correctly, perhaps because the
1199 thread-MPI atomics are incorrectly implemented in |Gromacs|).
1200
1201 Fujitsu PRIMEHPC
1202 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1203
1204 This is the architecture of the K computer, which uses Fujitsu
1205 Sparc64VIIIfx chips. On this platform, |Gromacs| has
1206 accelerated group kernels using the HPC-ACE instructions, no
1207 accelerated Verlet kernels, and a custom build toolchain. Since this
1208 particular chip only does double precision SIMD, the default setup
1209 is to build |Gromacs| in double. Since most users only need single, we have added
1210 an option GMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION to accept single precision square root
1211 accuracy in the group kernels; unless you know that you really need 15 digits
1212 of accuracy in each individual force, we strongly recommend you use this. Note
1213 that all summation and other operations are still done in double.
1214
1215 The recommended configuration is to use
1216
1217 ::
1218
1219     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Toolchain-Fujitsu-Sparc64-mpi.cmake \
1220              -DCMAKE_PREFIX_PATH=/your/fftw/installation/prefix \
1221              -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/where/gromacs/should/be/installed \
1222              -DGMX_MPI=ON \
1223              -DGMX_BUILD_MDRUN_ONLY=ON \
1224              -DGMX_RELAXED_DOUBLE_PRECISION=ON
1225     make
1226     make install
1227
1228 Intel Xeon Phi
1229 ^^^^^^^^^^^^^^
1230
1231 Xeon Phi processors, hosted or self-hosted, are supported.
1232 Only symmetric (aka native) mode is supported on Knights Corner. The
1233 performance depends among other factors on the system size, and for
1234 now the performance might not be faster than CPUs. When building for it,
1235 the recommended configuration is
1236
1237 ::
1238
1239     cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=Platform/XeonPhi
1240     make
1241     make install
1242
1243
1244 The Knights Landing-based Xeon Phi processors behave like standard x86 nodes,
1245 but support a special SIMD instruction set. When cross-compiling for such nodes,
1246 use the ``AVX_512_KNL`` SIMD flavor.
1247 Knights Landing processors support so-called "clustering modes" which
1248 allow reconfiguring the memory subsystem for lower latency. |Gromacs| can
1249 benefit from the quadrant or SNC clustering modes.
1250 Care needs to be taken to correctly pin threads. In particular, threads of
1251 an MPI rank should not cross cluster and NUMA boundaries.
1252 In addition to the main DRAM memory, Knights Landing has a high-bandwidth
1253 stacked memory called MCDRAM. Using it offers performance benefits if
1254 it is ensured that ``mdrun`` runs entirely from this memory; to do so
1255 it is recommended that MCDRAM is configured in "Flat mode" and ``mdrun`` is
1256 bound to the appropriate NUMA node (use e.g. ``numactl --membind 1`` with
1257 quadrant clustering mode).
1258
1259
1260 Tested platforms
1261 ----------------
1262
1263 While it is our best belief that |Gromacs| will build and run pretty
1264 much everywhere, it is important that we tell you where we really know
1265 it works because we have tested it. We do test on Linux, Windows, and
1266 Mac with a range of compilers and libraries for a range of our
1267 configuration options. Every commit in our git source code repository
1268 is currently tested on x86 with a number of gcc versions ranging from 4.8.1
1269 through 7, versions 16 and 18 of the Intel compiler, and Clang
1270 versions 3.4 through 5. For this, we use a variety of GNU/Linux
1271 flavors and versions as well as recent versions of Windows. Under
1272 Windows, we test both MSVC 2017 and version 16 of the Intel compiler.
1273 For details, you can
1274 have a look at the `continuous integration server used by GROMACS`_,
1275 which runs Jenkins_.
1276
1277 We test irregularly on ARM v7, ARM v8, Cray, Fujitsu
1278 PRIMEHPC, Power8, Google Native Client and other environments, and
1279 with other compilers and compiler versions, too.