src/gmxlib/nrnb.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * GROningen Mixture of Alchemy and Childrens' Stories
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include <string.h>
  40 #include "types/commrec.h"
  41 #include "sysstuff.h"
  42 #include "gmx_fatal.h"
  43 #include "names.h"
  44 #include "macros.h"
  45 #include "nrnb.h"
  46 #include "main.h"
  47 #include "smalloc.h"
  48 #include "copyrite.h"
  49
  50
  51
  52
  53
  54 typedef struct {
  55   const char *name;
  56   int  flop;
  57 } t_nrnb_data;
  58
  59
  60 static const t_nrnb_data nbdata[eNRNB] = {
  61     /* These are re-used for different NB kernels, since there are so many.
  62      * The actual number of flops is set dynamically.
  63      */
  64     { "NB VdW [V&F]",                    1 },
  65     { "NB VdW [F]",                      1 },
  66     { "NB Elec. [V&F]",                  1 },
  67     { "NB Elec. [F]",                    1 },
  68     { "NB Elec. [W3,V&F]",               1 },
  69     { "NB Elec. [W3,F]",                 1 },
  70     { "NB Elec. [W3-W3,V&F]",            1 },
  71     { "NB Elec. [W3-W3,F]",              1 },
  72     { "NB Elec. [W4,V&F]",               1 },
  73     { "NB Elec. [W4,F]",                 1 },
  74     { "NB Elec. [W4-W4,V&F]",            1 },
  75     { "NB Elec. [W4-W4,F]",              1 },
  76     { "NB VdW & Elec. [V&F]",            1 },
  77     { "NB VdW & Elec. [F]",              1 },
  78     { "NB VdW & Elec. [W3,V&F]",         1 },
  79     { "NB VdW & Elec. [W3,F]",           1 },
  80     { "NB VdW & Elec. [W3-W3,V&F]",      1 },
  81     { "NB VdW & Elec. [W3-W3,F]",        1 },
  82     { "NB VdW & Elec. [W4,V&F]",         1 },
  83     { "NB VdW & Elec. [W4,F]",           1 },
  84     { "NB VdW & Elec. [W4-W4,V&F]",      1 },
  85     { "NB VdW & Elec. [W4-W4,F]",        1 },
  86
  87     { "NB Generic kernel",               1 },
  88     { "NB Free energy kernel",           1 },
  89     { "NB All-vs-all",                   1 },
  90     { "NB All-vs-all, GB",               1 },
  91
  92     { "Pair Search distance check",      9 }, /* nbnxn pair dist. check */
  93     /* nbnxn kernel flops are based on inner-loops without exclusion checks.
  94      * Plain Coulomb runs through the RF kernels, except with CUDA.
  95      * invsqrt is counted as 6 flops: 1 for _mm_rsqt_ps + 5 for iteration.
  96      * The flops are equal for plain-C, x86 SIMD and CUDA, except for:
  97      * - plain-C kernel uses one flop more for Coulomb-only (F) than listed
  98      * - x86 SIMD LJ geom-comb.rule kernels (fastest) use 2 more flops
  99      * - x86 SIMD LJ LB-comb.rule kernels (fast) use 3 (8 for F+E) more flops
 100      * - GPU always does exclusions, which requires 2-4 flops, but as invsqrt
 101      *   is always counted as 6 flops, this roughly compensates.
 102      */
 103     { "NxN RF Elec. + VdW [F]",         38 }, /* nbnxn kernel LJ+RF, no ener */
 104     { "NxN RF Elec. + VdW [V&F]",       54 },
 105     { "NxN QSTab Elec. + VdW [F]",      41 }, /* nbnxn kernel LJ+tab, no en */
 106     { "NxN QSTab Elec. + VdW [V&F]",    59 },
 107     { "NxN Ewald Elec. + VdW [F]",      66 }, /* nbnxn kernel LJ+Ewald, no en */
 108     { "NxN Ewald Elec. + VdW [V&F]",   107 },
 109     { "NxN VdW [F]",                    33 }, /* nbnxn kernel LJ, no ener */
 110     { "NxN VdW [V&F]",                  43 },
 111     { "NxN RF Electrostatics [F]",      31 }, /* nbnxn kernel RF, no ener */
 112     { "NxN RF Electrostatics [V&F]",    36 },
 113     { "NxN QSTab Elec. [F]",            34 }, /* nbnxn kernel tab, no ener */
 114     { "NxN QSTab Elec. [V&F]",          41 },
 115     { "NxN Ewald Elec. [F]",            61 }, /* nbnxn kernel Ewald, no ener */
 116     { "NxN Ewald Elec. [V&F]",          84 },
 117     { "1,4 nonbonded interactions",     90 },
 118     { "Born radii (Still)",             47 },
 119     { "Born radii (HCT/OBC)",          183 },
 120     { "Born force chain rule",          15 },
 121     { "All-vs-All Still radii",          1 },
 122     { "All-vs-All HCT/OBC radii",        1 },
 123     { "All-vs-All Born chain rule",      1 },
 124     { "Calc Weights",                   36 },
 125     { "Spread Q",                        6 },
 126     { "Spread Q Bspline",                2 },
 127     { "Gather F",                      23  },
 128     { "Gather F Bspline",              6   },
 129     { "3D-FFT",                        8   },
 130     { "Convolution",                   4   },
 131     { "Solve PME",                     64  },
 132     { "NS-Pairs",                      21  },
 133     { "Reset In Box",                  3   },
 134     { "Shift-X",                       6   },
 135     { "CG-CoM",                        3   },
 136     { "Sum Forces",                    1   },
 137     { "Bonds",                         59  },
 138     { "G96Bonds",                      44  },
 139     { "FENE Bonds",                    58  },
 140     { "Tab. Bonds",                    62  },
 141     { "Restraint Potential",           86  },
 142     { "Linear Angles",                 57  },
 143     { "Angles",                        168 },
 144     { "G96Angles",                     150 },
 145     { "Quartic Angles",                160 },
 146     { "Tab. Angles",                   169 },
 147     { "Propers",                       229 },
 148     { "Impropers",                     208 },
 149     { "RB-Dihedrals",                  247 },
 150     { "Four. Dihedrals",               247 },
 151     { "Tab. Dihedrals",                227 },
 152     { "Dist. Restr.",                  200 },
 153     { "Orient. Restr.",                200 },
 154     { "Dihedral Restr.",               200 },
 155     { "Pos. Restr.",                   50  },
 156     { "Angle Restr.",                  191 },
 157     { "Angle Restr. Z",                164 },
 158     { "Morse Potent.",                 83  },
 159     { "Cubic Bonds",                   54  },
 160     { "Walls",                         31  },
 161     { "Polarization",                  59  },
 162     { "Anharmonic Polarization",       72  },
 163     { "Water Pol.",                    62  },
 164     { "Thole Pol.",                    296 },
 165     { "Virial",                        18  },
 166     { "Update",                        31  },
 167     { "Ext.ens. Update",               54  },
 168     { "Stop-CM",                       10  },
 169     { "P-Coupling",                    6   },
 170     { "Calc-Ekin",                     27  },
 171     { "Lincs",                         60  },
 172     { "Lincs-Mat",                     4   },
 173     { "Shake",                         30  },
 174     { "Constraint-V",                   8  },
 175     { "Shake-Init",                    10  },
 176     { "Constraint-Vir",                24  },
 177     { "Settle",                        323 },
 178     { "Virtual Site 2",                23  },
 179     { "Virtual Site 3",                37  },
 180     { "Virtual Site 3fd",              95  },
 181     { "Virtual Site 3fad",             176 },
 182     { "Virtual Site 3out",             87  },
 183     { "Virtual Site 4fd",              110 },
 184     { "Virtual Site 4fdn",             254 },
 185     { "Virtual Site N",                 15 },
 186     { "Mixed Generalized Born stuff",   10 }
 187 };
 188
 189
 190 void init_nrnb(t_nrnb *nrnb)
 191 {
 192   int i;
 193
 194   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 195     nrnb->n[i]=0.0;
 196 }
 197
 198 void cp_nrnb(t_nrnb *dest, t_nrnb *src)
 199 {
 200   int i;
 201
 202   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 203     dest->n[i]=src->n[i];
 204 }
 205
 206 void add_nrnb(t_nrnb *dest, t_nrnb *s1, t_nrnb *s2)
 207 {
 208   int i;
 209
 210   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 211     dest->n[i]=s1->n[i]+s2->n[i];
 212 }
 213
 214 void print_nrnb(FILE *out, t_nrnb *nrnb)
 215 {
 216   int i;
 217
 218   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 219     if (nrnb->n[i] > 0)
 220       fprintf(out," %-26s %10.0f.\n",nbdata[i].name,nrnb->n[i]);
 221 }
 222
 223 void _inc_nrnb(t_nrnb *nrnb,int enr,int inc,char *file,int line)
 224 {
 225   nrnb->n[enr]+=inc;
 226 #ifdef DEBUG_NRNB
 227   printf("nrnb %15s(%2d) incremented with %8d from file %s line %d\n",
 228           nbdata[enr].name,enr,inc,file,line);
 229 #endif
 230 }
 231
 232 void print_flop(FILE *out,t_nrnb *nrnb,double *nbfs,double *mflop)
 233 {
 234   int    i;
 235   double mni,frac,tfrac,tflop;
 236   const char   *myline = "-----------------------------------------------------------------------------";
 237
 238   *nbfs = 0.0;
 239   for(i=0; (i<eNR_NBKERNEL_ALLVSALLGB); i++) {
 240     if (strstr(nbdata[i].name,"W3-W3") != NULL)
 241       *nbfs += 9e-6*nrnb->n[i];
 242     else if (strstr(nbdata[i].name,"W3") != NULL)
 243       *nbfs += 3e-6*nrnb->n[i];
 244     else if (strstr(nbdata[i].name,"W4-W4") != NULL)
 245       *nbfs += 10e-6*nrnb->n[i];
 246     else if (strstr(nbdata[i].name,"W4") != NULL)
 247       *nbfs += 4e-6*nrnb->n[i];
 248     else
 249       *nbfs += 1e-6*nrnb->n[i];
 250   }
 251   tflop=0;
 252   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 253     tflop+=1e-6*nrnb->n[i]*nbdata[i].flop;
 254
 255   if (tflop == 0) {
 256     fprintf(out,"No MEGA Flopsen this time\n");
 257     return;
 258   }
 259   if (out) {
 260     fprintf(out,"\n\tM E G A - F L O P S   A C C O U N T I N G\n\n");
 261   }
 262
 263   if (out)
 264   {
 265       fprintf(out," NB=Group-cutoff nonbonded kernels    NxN=N-by-N cluster Verlet kernels\n");
 266       fprintf(out," RF=Reaction-Field  VdW=Van der Waals  QSTab=quadratic-spline table\n");
 267       fprintf(out," W3=SPC/TIP3p  W4=TIP4p (single or pairs)\n");
 268       fprintf(out," V&F=Potential and force  V=Potential only  F=Force only\n\n");
 269
 270       fprintf(out," %-32s %16s %15s  %7s\n",
 271               "Computing:","M-Number","M-Flops","% Flops");
 272       fprintf(out,"%s\n",myline);
 273   }
 274   *mflop=0.0;
 275   tfrac=0.0;
 276   for(i=0; (i<eNRNB); i++) {
 277     mni     = 1e-6*nrnb->n[i];
 278     *mflop += mni*nbdata[i].flop;
 279     frac    = 100.0*mni*nbdata[i].flop/tflop;
 280     tfrac  += frac;
 281     if (out && mni != 0)
 282       fprintf(out," %-32s %16.6f %15.3f  %6.1f\n",
 283               nbdata[i].name,mni,mni*nbdata[i].flop,frac);
 284   }
 285   if (out) {
 286     fprintf(out,"%s\n",myline);
 287     fprintf(out," %-32s %16s %15.3f  %6.1f\n",
 288             "Total","",*mflop,tfrac);
 289     fprintf(out,"%s\n\n",myline);
 290   }
 291 }
 292
 293 void print_perf(FILE *out,double nodetime,double realtime,int nprocs,
 294                 gmx_large_int_t nsteps,real delta_t,
 295                 double nbfs,double mflop,
 296                 int omp_nth_pp)
 297 {
 298   real runtime;
 299
 300   fprintf(out,"\n");
 301
 302   if (realtime > 0)
 303   {
 304     fprintf(out,"%12s %12s %12s %10s\n","","Core t (s)","Wall t (s)","(%)");
 305     fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f %10.1f\n","Time:",
 306             nodetime, realtime, 100.0*nodetime/realtime);
 307     /* only print day-hour-sec format if realtime is more than 30 min */
 308     if (realtime > 30*60)
 309     {
 310       fprintf(out,"%12s %12s","","");
 311       pr_difftime(out,realtime);
 312     }
 313     if (delta_t > 0)
 314     {
 315       mflop = mflop/realtime;
 316       runtime = nsteps*delta_t;
 317
 318       if (getenv("GMX_DETAILED_PERF_STATS") == NULL)
 319       {
 320           fprintf(out,"%12s %12s %12s\n",
 321                   "","(ns/day)","(hour/ns)");
 322           fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f\n","Performance:",
 323                   runtime*24*3.6/realtime,1000*realtime/(3600*runtime));
 324       }
 325       else
 326       {
 327         fprintf(out,"%12s %12s %12s %12s %12s\n",
 328                 "","(Mnbf/s)",(mflop > 1000) ? "(GFlops)" : "(MFlops)",
 329                 "(ns/day)","(hour/ns)");
 330         fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f %12.3f %12.3f\n","Performance:",
 331                 nbfs/realtime,(mflop > 1000) ? (mflop/1000) : mflop,
 332                 runtime*24*3.6/realtime,1000*realtime/(3600*runtime));
 333       }
 334     }
 335     else
 336     {
 337       if (getenv("GMX_DETAILED_PERF_STATS") == NULL)
 338       {
 339           fprintf(out,"%12s %14s\n",
 340                   "","(steps/hour)");
 341           fprintf(out,"%12s %14.1f\n","Performance:",
 342                   nsteps*3600.0/realtime);
 343       }
 344       else
 345       {
 346           fprintf(out,"%12s %12s %12s %14s\n",
 347                   "","(Mnbf/s)",(mflop > 1000) ? "(GFlops)" : "(MFlops)",
 348                   "(steps/hour)");
 349           fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f %14.1f\n","Performance:",
 350               nbfs/realtime,(mflop > 1000) ? (mflop/1000) : mflop,
 351               nsteps*3600.0/realtime);
 352       }
 353     }
 354   }
 355 }
 356
 357 int cost_nrnb(int enr)
 358 {
 359   return nbdata[enr].flop;
 360 }
 361
 362 const char *nrnb_str(int enr)
 363 {
 364   return nbdata[enr].name;
 365 }
 366
 367 static const int    force_index[]={
 368   eNR_BONDS,  eNR_ANGLES,  eNR_PROPER, eNR_IMPROPER,
 369   eNR_RB,     eNR_DISRES,  eNR_ORIRES, eNR_POSRES,
 370   eNR_NS,
 371 };
 372 #define NFORCE_INDEX asize(force_index)
 373
 374 static const int    constr_index[]={
 375   eNR_SHAKE,     eNR_SHAKE_RIJ, eNR_SETTLE,       eNR_UPDATE,       eNR_PCOUPL,
 376   eNR_CONSTR_VIR,eNR_CONSTR_V
 377 };
 378 #define NCONSTR_INDEX asize(constr_index)
 379
 380 static double pr_av(FILE *log,t_commrec *cr,
 381                     double fav,double ftot[],const char *title)
 382 {
 383   int    i,perc;
 384   double dperc,unb;
 385
 386   unb=0;
 387   if (fav > 0) {
 388     fav /= cr->nnodes - cr->npmenodes;
 389     fprintf(log,"\n %-26s",title);
 390     for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 391         dperc=(100.0*ftot[i])/fav;
 392         unb=max(unb,dperc);
 393         perc=dperc;
 394         fprintf(log,"%3d ",perc);
 395     }
 396     if (unb > 0) {
 397       perc=10000.0/unb;
 398       fprintf(log,"%6d%%\n\n",perc);
 399     }
 400     else
 401       fprintf(log,"\n\n");
 402   }
 403   return unb;
 404 }
 405
 406 void pr_load(FILE *log,t_commrec *cr,t_nrnb nrnb[])
 407 {
 408   int    i,j,perc;
 409   double dperc,unb,uf,us;
 410   double *ftot,fav;
 411   double *stot,sav;
 412   t_nrnb *av;
 413
 414   snew(av,1);
 415   snew(ftot,cr->nnodes);
 416   snew(stot,cr->nnodes);
 417   init_nrnb(av);
 418   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 419       add_nrnb(av,av,&(nrnb[i]));
 420       /* Cost due to forces */
 421       for(j=0; (j<eNR_NBKERNEL_ALLVSALLGB); j++)
 422         ftot[i]+=nrnb[i].n[j]*cost_nrnb(j);
 423       for(j=0; (j<NFORCE_INDEX); j++)
 424         ftot[i]+=nrnb[i].n[force_index[j]]*cost_nrnb(force_index[j]);
 425       /* Due to shake */
 426       for(j=0; (j<NCONSTR_INDEX); j++) {
 427         stot[i]+=nrnb[i].n[constr_index[j]]*cost_nrnb(constr_index[j]);
 428       }
 429   }
 430   for(j=0; (j<eNRNB); j++)
 431     av->n[j]=av->n[j]/(double)(cr->nnodes - cr->npmenodes);
 432
 433     fprintf(log,"\nDetailed load balancing info in percentage of average\n");
 434
 435   fprintf(log," Type                 NODE:");
 436   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++)
 437       fprintf(log,"%3d ",i);
 438   fprintf(log,"Scaling\n");
 439   fprintf(log,"---------------------------");
 440   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++)
 441       fprintf(log,"----");
 442   fprintf(log,"-------\n");
 443
 444   for(j=0; (j<eNRNB); j++) {
 445     unb=100.0;
 446     if (av->n[j] > 0) {
 447       fprintf(log," %-26s",nrnb_str(j));
 448       for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 449           dperc=(100.0*nrnb[i].n[j])/av->n[j];
 450           unb=max(unb,dperc);
 451           perc=dperc;
 452           fprintf(log,"%3d ",perc);
 453       }
 454       if (unb > 0) {
 455         perc=10000.0/unb;
 456         fprintf(log,"%6d%%\n",perc);
 457       }
 458       else
 459         fprintf(log,"\n");
 460     }
 461   }
 462   fav=sav=0;
 463   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 464     fav+=ftot[i];
 465     sav+=stot[i];
 466   }
 467   uf=pr_av(log,cr,fav,ftot,"Total Force");
 468   us=pr_av(log,cr,sav,stot,"Total Constr.");
 469
 470   unb=(uf*fav+us*sav)/(fav+sav);
 471   if (unb > 0) {
 472     unb=10000.0/unb;
 473     fprintf(log,"\nTotal Scaling: %.0f%% of max performance\n\n",unb);
 474   }
 475 }
 476