ac4c9ac15849efab59daf73ff10068c0f7eedaab
[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / domdec / domdec_setup.cpp
1 /*
2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
3  *
4  * Copyright (c) 2008,2009,2010,2011,2012,2013,2014,2015,2017,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
8  *
9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
12  * of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with GROMACS; if not, see
21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
23  *
24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
25  * consider that scientific software is very special. Version
26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
30  * official version at http://www.gromacs.org.
31  *
32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
34  */
35
36 /*! \internal \file
37  *
38  * \brief This file defines functions used by the domdec module
39  * in its initial setup phase.
40  *
41  * \author Berk Hess <hess@kth.se>
42  * \ingroup module_domdec
43  */
44
45 #include "gmxpre.h"
46
47 #include <cassert>
48 #include <cinttypes>
49 #include <cmath>
50 #include <cstdio>
51
52 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
53 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
54 #include "gromacs/ewald/pme.h"
55 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
56 #include "gromacs/math/utilities.h"
57 #include "gromacs/math/vec.h"
58 #include "gromacs/mdlib/perf_est.h"
59 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
60 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
61 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
62 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
63 #include "gromacs/topology/topology.h"
64 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
65 #include "gromacs/utility/logger.h"
66 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
67
68 /*! \brief Margin for setting up the DD grid */
69 #define DD_GRID_MARGIN_PRES_SCALE 1.05
70
71 /*! \brief Factorize \p n.
72  *
73  * \param[in]    n     Value to factorize
74  * \param[out]   fac   Vector of factors (to be allocated in this function)
75  * \param[out]   mfac  Vector with the number of times each factor repeats in the factorization (to be allocated in this function)
76  */
77 static void factorize(int               n,
78                       std::vector<int> *fac,
79                       std::vector<int> *mfac)
80 {
81     if (n <= 0)
82     {
83         gmx_fatal(FARGS, "Can only factorize positive integers.");
84     }
85
86     /* Decompose n in factors */
87     fac->clear();
88     mfac->clear();
89     int d = 2;
90     while (n > 1)
91     {
92         while (n % d == 0)
93         {
94             if (fac->empty() || fac->back() != d)
95             {
96                 fac->push_back(d);
97                 mfac->push_back(1);
98             }
99             else
100             {
101                 mfac->back()++;
102             }
103             n /= d;
104         }
105         d++;
106     }
107 }
108
109 /*! \brief Find largest divisor of \p n smaller than \p n*/
110 static int largest_divisor(int n)
111 {
112     std::vector<int> div;
113     std::vector<int> mdiv;
114     factorize(n, &div, &mdiv);
115
116     return div.back();
117 }
118
119 /*! \brief Compute largest common divisor of \p n1 and \b n2 */
120 static int lcd(int n1, int n2)
121 {
122     int d, i;
123
124     d = 1;
125     for (i = 2; (i <= n1 && i <= n2); i++)
126     {
127         if (n1 % i == 0 && n2 % i == 0)
128         {
129             d = i;
130         }
131     }
132
133     return d;
134 }
135
136 /*! \brief Returns TRUE when there are enough PME ranks for the ratio */
137 static gmx_bool fits_pme_ratio(int nrank_tot, int nrank_pme, float ratio)
138 {
139     return (static_cast<double>(nrank_pme)/static_cast<double>(nrank_tot) > 0.95*ratio);
140 }
141
142 /*! \brief Returns TRUE when npme out of ntot ranks doing PME is expected to give reasonable performance */
143 static gmx_bool fits_pp_pme_perf(int ntot, int npme, float ratio)
144 {
145     std::vector<int> div;
146     std::vector<int> mdiv;
147     factorize(ntot - npme, &div, &mdiv);
148
149     int npp_root3  = gmx::roundToInt(std::cbrt(ntot - npme));
150     int npme_root2 = gmx::roundToInt(std::sqrt(static_cast<double>(npme)));
151
152     /* The check below gives a reasonable division:
153      * factor 5 allowed at 5 or more PP ranks,
154      * factor 7 allowed at 49 or more PP ranks.
155      */
156     if (div.back() > 3 + npp_root3)
157     {
158         return FALSE;
159     }
160
161     /* Check if the number of PP and PME ranks have a reasonable sized
162      * denominator in common, such that we can use 2D PME decomposition
163      * when required (which requires nx_pp == nx_pme).
164      * The factor of 2 allows for a maximum ratio of 2^2=4
165      * between nx_pme and ny_pme.
166      */
167     if (lcd(ntot - npme, npme)*2 < npme_root2)
168     {
169         return FALSE;
170     }
171
172     /* Does this division gives a reasonable PME load? */
173     return fits_pme_ratio(ntot, npme, ratio);
174 }
175
176 /*! \brief Make a guess for the number of PME ranks to use. */
177 static int guess_npme(const gmx::MDLogger &mdlog,
178                       const gmx_mtop_t *mtop, const t_inputrec *ir,
179                       const matrix box,
180                       int nrank_tot)
181 {
182     float      ratio;
183     int        npme;
184
185     ratio = pme_load_estimate(mtop, ir, box);
186
187     GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
188             "Guess for relative PME load: %.2f", ratio);
189
190     /* We assume the optimal rank ratio is close to the load ratio.
191      * The communication load is neglected,
192      * but (hopefully) this will balance out between PP and PME.
193      */
194
195     if (!fits_pme_ratio(nrank_tot, nrank_tot/2, ratio))
196     {
197         /* We would need more than nrank_tot/2 PME only nodes,
198          * which is not possible. Since the PME load is very high,
199          * we will not loose much performance when all ranks do PME.
200          */
201
202         return 0;
203     }
204
205     /* First try to find npme as a factor of nrank_tot up to nrank_tot/3.
206      * We start with a minimum PME node fraction of 1/16
207      * and avoid ratios which lead to large prime factors in nnodes-npme.
208      */
209     npme = (nrank_tot + 15)/16;
210     while (npme <= nrank_tot/3)
211     {
212         if (nrank_tot % npme == 0)
213         {
214             /* Note that fits_perf might change the PME grid,
215              * in the current implementation it does not.
216              */
217             if (fits_pp_pme_perf(nrank_tot, npme, ratio))
218             {
219                 break;
220             }
221         }
222         npme++;
223     }
224     if (npme > nrank_tot/3)
225     {
226         /* Try any possible number for npme */
227         npme = 1;
228         while (npme <= nrank_tot/2)
229         {
230             /* Note that fits_perf may change the PME grid */
231             if (fits_pp_pme_perf(nrank_tot, npme, ratio))
232             {
233                 break;
234             }
235             npme++;
236         }
237     }
238     if (npme > nrank_tot/2)
239     {
240         gmx_fatal(FARGS, "Could not find an appropriate number of separate PME ranks. i.e. >= %5f*#ranks (%d) and <= #ranks/2 (%d) and reasonable performance wise (grid_x=%d, grid_y=%d).\n"
241                   "Use the -npme option of mdrun or change the number of ranks or the PME grid dimensions, see the manual for details.",
242                   ratio, gmx::roundToInt(0.95*ratio*nrank_tot), nrank_tot/2, ir->nkx, ir->nky);
243     }
244     else
245     {
246         GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
247                 "Will use %d particle-particle and %d PME only ranks\n"
248                 "This is a guess, check the performance at the end of the log file",
249                 nrank_tot - npme, npme);
250     }
251
252     return npme;
253 }
254
255 /*! \brief Return \p n divided by \p f rounded up to the next integer. */
256 static int div_up(int n, int f)
257 {
258     return (n + f - 1)/f;
259 }
260
261 real comm_box_frac(const ivec dd_nc, real cutoff, const gmx_ddbox_t *ddbox)
262 {
263     int  i, j, k;
264     rvec nw;
265     real comm_vol;
266
267     for (i = 0; i < DIM; i++)
268     {
269         real bt = ddbox->box_size[i]*ddbox->skew_fac[i];
270         nw[i] = dd_nc[i]*cutoff/bt;
271     }
272
273     comm_vol = 0;
274     for (i = 0; i < DIM; i++)
275     {
276         if (dd_nc[i] > 1)
277         {
278             comm_vol += nw[i];
279             for (j = i+1; j < DIM; j++)
280             {
281                 if (dd_nc[j] > 1)
282                 {
283                     comm_vol += nw[i]*nw[j]*M_PI/4;
284                     for (k = j+1; k < DIM; k++)
285                     {
286                         if (dd_nc[k] > 1)
287                         {
288                             comm_vol += nw[i]*nw[j]*nw[k]*M_PI/6;
289                         }
290                     }
291                 }
292             }
293         }
294     }
295
296     return comm_vol;
297 }
298
299 /*! \brief Return whether the DD inhomogeneous in the z direction */
300 static gmx_bool inhomogeneous_z(const t_inputrec *ir)
301 {
302     return ((EEL_PME(ir->coulombtype) || ir->coulombtype == eelEWALD) &&
303             ir->ePBC == epbcXYZ && ir->ewald_geometry == eewg3DC);
304 }
305
306 /*! \brief Estimate cost of PME FFT communication
307  *
308  * This only takes the communication into account and not imbalance
309  * in the calculation. But the imbalance in communication and calculation
310  * are similar and therefore these formulas also prefer load balance
311  * in the FFT and pme_solve calculation.
312  */
313 static float comm_pme_cost_vol(int npme, int a, int b, int c)
314 {
315     /* We use a float here, since an integer might overflow */
316     float comm_vol;
317
318     comm_vol  = npme - 1;
319     comm_vol *= npme;
320     comm_vol *= div_up(a, npme);
321     comm_vol *= div_up(b, npme);
322     comm_vol *= c;
323
324     return comm_vol;
325 }
326
327 /*! \brief Estimate cost of communication for a possible domain decomposition. */
328 static float comm_cost_est(real limit, real cutoff,
329                            const matrix box, const gmx_ddbox_t *ddbox,
330                            int natoms, const t_inputrec *ir,
331                            float pbcdxr,
332                            int npme_tot, ivec nc)
333 {
334     ivec  npme = {1, 1, 1};
335     int   i, j, nk, overlap;
336     rvec  bt;
337     float comm_vol, comm_vol_xf, comm_pme, cost_pbcdx;
338     /* This is the cost of a pbc_dx call relative to the cost
339      * of communicating the coordinate and force of an atom.
340      * This will be machine dependent.
341      * These factors are for x86 with SMP or Infiniband.
342      */
343     float pbcdx_rect_fac = 0.1;
344     float pbcdx_tric_fac = 0.2;
345     float temp;
346
347     /* Check the DD algorithm restrictions */
348     if ((ir->ePBC == epbcXY && ir->nwall < 2 && nc[ZZ] > 1) ||
349         (ir->ePBC == epbcSCREW && (nc[XX] == 1 || nc[YY] > 1 || nc[ZZ] > 1)))
350     {
351         return -1;
352     }
353
354     if (inhomogeneous_z(ir) && nc[ZZ] > 1)
355     {
356         return -1;
357     }
358
359     assert(ddbox->npbcdim <= DIM);
360
361     /* Check if the triclinic requirements are met */
362     for (i = 0; i < DIM; i++)
363     {
364         for (j = i+1; j < ddbox->npbcdim; j++)
365         {
366             if (box[j][i] != 0 || ir->deform[j][i] != 0 ||
367                 (ir->epc != epcNO && ir->compress[j][i] != 0))
368             {
369                 if (nc[j] > 1 && nc[i] == 1)
370                 {
371                     return -1;
372                 }
373             }
374         }
375     }
376
377     for (i = 0; i < DIM; i++)
378     {
379         bt[i] = ddbox->box_size[i]*ddbox->skew_fac[i];
380
381         /* Without PBC and with 2 cells, there are no lower limits on the cell size */
382         if (!(i >= ddbox->npbcdim && nc[i] <= 2) && bt[i] < nc[i]*limit)
383         {
384             return -1;
385         }
386         /* With PBC, check if the cut-off fits in nc[i]-1 cells */
387         if (i < ddbox->npbcdim && nc[i] > 1 && (nc[i] - 1)*bt[i] < nc[i]*cutoff)
388         {
389             return -1;
390         }
391     }
392
393     if (npme_tot > 1)
394     {
395         /* The following choices should match those
396          * in init_domain_decomposition in domdec.c.
397          */
398         if (nc[XX] == 1 && nc[YY] > 1)
399         {
400             npme[XX] = 1;
401             npme[YY] = npme_tot;
402         }
403         else if (nc[YY] == 1)
404         {
405             npme[XX] = npme_tot;
406             npme[YY] = 1;
407         }
408         else
409         {
410             /* Will we use 1D or 2D PME decomposition? */
411             npme[XX] = (npme_tot % nc[XX] == 0) ? nc[XX] : npme_tot;
412             npme[YY] = npme_tot/npme[XX];
413         }
414     }
415
416     if (EEL_PME(ir->coulombtype) || EVDW_PME(ir->vdwtype))
417     {
418         /* Check the PME grid restrictions.
419          * Currently these can only be invalid here with too few grid lines
420          * along the x dimension per rank doing PME.
421          */
422         int npme_x = (npme_tot > 1 ? npme[XX] : nc[XX]);
423
424         /* Currently we don't have the OpenMP thread count available here.
425          * But with threads we have only tighter restrictions and it's
426          * probably better anyhow to avoid settings where we need to reduce
427          * grid lines over multiple ranks, as the thread check will do.
428          */
429         bool useThreads     = true;
430         bool errorsAreFatal = false;
431         if (!gmx_pme_check_restrictions(ir->pme_order, ir->nkx, ir->nky, ir->nkz,
432                                         npme_x, useThreads, errorsAreFatal))
433         {
434             return -1;
435         }
436     }
437
438     /* When two dimensions are (nearly) equal, use more cells
439      * for the smallest index, so the decomposition does not
440      * depend sensitively on the rounding of the box elements.
441      */
442     for (i = 0; i < DIM; i++)
443     {
444         for (j = i+1; j < DIM; j++)
445         {
446             /* Check if the box size is nearly identical,
447              * in that case we prefer nx > ny  and ny > nz.
448              */
449             if (std::fabs(bt[j] - bt[i]) < 0.01*bt[i] && nc[j] > nc[i])
450             {
451                 /* The XX/YY check is a bit compact. If nc[YY]==npme[YY]
452                  * this means the swapped nc has nc[XX]==npme[XX],
453                  * and we can also swap X and Y for PME.
454                  */
455                 /* Check if dimension i and j are equivalent for PME.
456                  * For x/y: if nc[YY]!=npme[YY], we can not swap x/y
457                  * For y/z: we can not have PME decomposition in z
458                  */
459                 if (npme_tot <= 1 ||
460                     !((i == XX && j == YY && nc[YY] != npme[YY]) ||
461                       (i == YY && j == ZZ && npme[YY] > 1)))
462                 {
463                     return -1;
464                 }
465             }
466         }
467     }
468
469     /* This function determines only half of the communication cost.
470      * All PP, PME and PP-PME communication is symmetric
471      * and the "back"-communication cost is identical to the forward cost.
472      */
473
474     comm_vol = comm_box_frac(nc, cutoff, ddbox);
475
476     comm_pme = 0;
477     for (i = 0; i < 2; i++)
478     {
479         /* Determine the largest volume for PME x/f redistribution */
480         if (nc[i] % npme[i] != 0)
481         {
482             if (nc[i] > npme[i])
483             {
484                 comm_vol_xf = (npme[i] == 2 ? 1.0/3.0 : 0.5);
485             }
486             else
487             {
488                 comm_vol_xf = 1.0 - lcd(nc[i], npme[i])/static_cast<double>(npme[i]);
489             }
490             comm_pme += 3*natoms*comm_vol_xf;
491         }
492
493         /* Grid overlap communication */
494         if (npme[i] > 1)
495         {
496             nk        = (i == 0 ? ir->nkx : ir->nky);
497             overlap   = (nk % npme[i] == 0 ? ir->pme_order-1 : ir->pme_order);
498             temp      = npme[i];
499             temp     *= overlap;
500             temp     *= ir->nkx;
501             temp     *= ir->nky;
502             temp     *= ir->nkz;
503             temp     /= nk;
504             comm_pme += temp;
505 /* Old line comm_pme += npme[i]*overlap*ir->nkx*ir->nky*ir->nkz/nk; */
506         }
507     }
508
509     comm_pme += comm_pme_cost_vol(npme[YY], ir->nky, ir->nkz, ir->nkx);
510     comm_pme += comm_pme_cost_vol(npme[XX], ir->nkx, ir->nky, ir->nkz);
511
512     /* Add cost of pbc_dx for bondeds */
513     cost_pbcdx = 0;
514     if ((nc[XX] == 1 || nc[YY] == 1) || (nc[ZZ] == 1 && ir->ePBC != epbcXY))
515     {
516         if ((ddbox->tric_dir[XX] && nc[XX] == 1) ||
517             (ddbox->tric_dir[YY] && nc[YY] == 1))
518         {
519             cost_pbcdx = pbcdxr*pbcdx_tric_fac;
520         }
521         else
522         {
523             cost_pbcdx = pbcdxr*pbcdx_rect_fac;
524         }
525     }
526
527     if (debug)
528     {
529         fprintf(debug,
530                 "nc %2d %2d %2d %2d %2d vol pp %6.4f pbcdx %6.4f pme %9.3e tot %9.3e\n",
531                 nc[XX], nc[YY], nc[ZZ], npme[XX], npme[YY],
532                 comm_vol, cost_pbcdx, comm_pme/(3*natoms),
533                 comm_vol + cost_pbcdx + comm_pme/(3*natoms));
534     }
535
536     return 3*natoms*(comm_vol + cost_pbcdx) + comm_pme;
537 }
538
539 /*! \brief Assign penalty factors to possible domain decompositions, based on the estimated communication costs. */
540 static void assign_factors(real limit, real cutoff,
541                            const matrix box, const gmx_ddbox_t *ddbox,
542                            int natoms, const t_inputrec *ir,
543                            float pbcdxr, int npme,
544                            int ndiv, const int *div, const int *mdiv,
545                            ivec ir_try, ivec opt)
546 {
547     int   x, y, i;
548     float ce;
549
550     if (ndiv == 0)
551     {
552         ce = comm_cost_est(limit, cutoff, box, ddbox,
553                            natoms, ir, pbcdxr, npme, ir_try);
554         if (ce >= 0 && (opt[XX] == 0 ||
555                         ce < comm_cost_est(limit, cutoff, box, ddbox,
556                                            natoms, ir, pbcdxr,
557                                            npme, opt)))
558         {
559             copy_ivec(ir_try, opt);
560         }
561
562         return;
563     }
564
565     for (x = mdiv[0]; x >= 0; x--)
566     {
567         for (i = 0; i < x; i++)
568         {
569             ir_try[XX] *= div[0];
570         }
571         for (y = mdiv[0]-x; y >= 0; y--)
572         {
573             for (i = 0; i < y; i++)
574             {
575                 ir_try[YY] *= div[0];
576             }
577             for (i = 0; i < mdiv[0]-x-y; i++)
578             {
579                 ir_try[ZZ] *= div[0];
580             }
581
582             /* recurse */
583             assign_factors(limit, cutoff, box, ddbox, natoms, ir, pbcdxr, npme,
584                            ndiv-1, div+1, mdiv+1, ir_try, opt);
585
586             for (i = 0; i < mdiv[0]-x-y; i++)
587             {
588                 ir_try[ZZ] /= div[0];
589             }
590             for (i = 0; i < y; i++)
591             {
592                 ir_try[YY] /= div[0];
593             }
594         }
595         for (i = 0; i < x; i++)
596         {
597             ir_try[XX] /= div[0];
598         }
599     }
600 }
601
602 /*! \brief Determine the optimal distribution of DD cells for the simulation system and number of MPI ranks */
603 static real optimize_ncells(const gmx::MDLogger &mdlog,
604                             int nnodes_tot, int npme_only,
605                             gmx_bool bDynLoadBal, real dlb_scale,
606                             const gmx_mtop_t *mtop,
607                             const matrix box, const gmx_ddbox_t *ddbox,
608                             const t_inputrec *ir,
609                             real cellsize_limit, real cutoff,
610                             const bool haveInterDomainBondeds,
611                             ivec nc)
612 {
613     int      npp, npme, d, nmax;
614     double   pbcdxr;
615     real     limit;
616     ivec     itry;
617
618     limit  = cellsize_limit;
619
620     npp = nnodes_tot - npme_only;
621     if (EEL_PME(ir->coulombtype))
622     {
623         npme = (npme_only > 0 ? npme_only : npp);
624     }
625     else
626     {
627         npme = 0;
628     }
629
630     if (haveInterDomainBondeds)
631     {
632         /* If we can skip PBC for distance calculations in plain-C bondeds,
633          * we can save some time (e.g. 3D DD with pbc=xyz).
634          * Here we ignore SIMD bondeds as they always do (fast) PBC.
635          */
636         count_bonded_distances(mtop, ir, &pbcdxr, nullptr);
637         pbcdxr /= static_cast<double>(mtop->natoms);
638     }
639     else
640     {
641         /* Every molecule is a single charge group: no pbc required */
642         pbcdxr = 0;
643     }
644     /* Add a margin for DLB and/or pressure scaling */
645     if (bDynLoadBal)
646     {
647         if (dlb_scale >= 1.0)
648         {
649             gmx_fatal(FARGS, "The value for option -dds should be smaller than 1");
650         }
651         GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
652                 "Scaling the initial minimum size with 1/%g (option -dds) = %g",
653                 dlb_scale, 1/dlb_scale);
654         limit /= dlb_scale;
655     }
656     else if (ir->epc != epcNO)
657     {
658         GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
659                 "To account for pressure scaling, scaling the initial minimum size with %g",
660                 DD_GRID_MARGIN_PRES_SCALE);
661         limit *= DD_GRID_MARGIN_PRES_SCALE;
662     }
663
664     GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
665             "Optimizing the DD grid for %d cells with a minimum initial size of %.3f nm",
666             npp, limit);
667
668     if (inhomogeneous_z(ir))
669     {
670         GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
671                 "Ewald_geometry=%s: assuming inhomogeneous particle distribution in z, will not decompose in z.",
672                 eewg_names[ir->ewald_geometry]);
673     }
674
675     if (limit > 0)
676     {
677         std::string maximumCells = "The maximum allowed number of cells is:";
678         for (d = 0; d < DIM; d++)
679         {
680             nmax = static_cast<int>(ddbox->box_size[d]*ddbox->skew_fac[d]/limit);
681             if (d >= ddbox->npbcdim && nmax < 2)
682             {
683                 nmax = 2;
684             }
685             if (d == ZZ && inhomogeneous_z(ir))
686             {
687                 nmax = 1;
688             }
689             maximumCells += gmx::formatString(" %c %d", 'X' + d, nmax);
690         }
691         GMX_LOG(mdlog.info).appendText(maximumCells);
692     }
693
694     if (debug)
695     {
696         fprintf(debug, "Average nr of pbc_dx calls per atom %.2f\n", pbcdxr);
697     }
698
699     /* Decompose npp in factors */
700     std::vector<int> div;
701     std::vector<int> mdiv;
702     factorize(npp, &div, &mdiv);
703
704     itry[XX] = 1;
705     itry[YY] = 1;
706     itry[ZZ] = 1;
707     clear_ivec(nc);
708     assign_factors(limit, cutoff, box, ddbox, mtop->natoms, ir, pbcdxr,
709                    npme, div.size(), div.data(), mdiv.data(), itry, nc);
710
711     return limit;
712 }
713
714 DDSetup
715 dd_choose_grid(const gmx::MDLogger &mdlog,
716                const t_commrec *cr,
717                const t_inputrec *ir,
718                const gmx_mtop_t *mtop,
719                const matrix box, const gmx_ddbox_t *ddbox,
720                const int numPmeRanksRequested,
721                const gmx_bool bDynLoadBal, const real dlb_scale,
722                const real cellsize_limit, const real cutoff_dd,
723                const bool haveInterDomainBondeds)
724 {
725     DDSetup ddSetup;
726
727     if (MASTER(cr))
728     {
729         int64_t nnodes_div = cr->nnodes;
730         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
731         {
732             if (numPmeRanksRequested > 0)
733             {
734                 if (numPmeRanksRequested >= cr->nnodes)
735                 {
736                     gmx_fatal(FARGS,
737                               "Cannot have %d separate PME ranks with just %d total ranks",
738                               numPmeRanksRequested, cr->nnodes);
739                 }
740
741                 /* If the user purposely selected the number of PME nodes,
742                  * only check for large primes in the PP node count.
743                  */
744                 nnodes_div -= numPmeRanksRequested;
745             }
746         }
747         else
748         {
749             ddSetup.numPmeRanks = 0;
750         }
751
752         if (nnodes_div > 12)
753         {
754             const int64_t ldiv = largest_divisor(nnodes_div);
755             /* Check if the largest divisor is more than nnodes^2/3 */
756             if (ldiv*ldiv*ldiv > nnodes_div*nnodes_div)
757             {
758                 gmx_fatal(FARGS, "The number of ranks you selected (%" PRId64 ") contains a large prime factor %" PRId64 ". In most cases this will lead to bad performance. Choose a number with smaller prime factors or set the decomposition (option -dd) manually.",
759                           nnodes_div, ldiv);
760             }
761         }
762
763         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
764         {
765             if (numPmeRanksRequested < 0)
766             {
767                 /* Use PME nodes when the number of nodes is more than 16 */
768                 if (cr->nnodes <= 18)
769                 {
770                     ddSetup.numPmeRanks = 0;
771                     GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
772                             "Using %d separate PME ranks, as there are too few total\n"
773                             " ranks for efficient splitting",
774                             cr->npmenodes);
775                 }
776                 else
777                 {
778                     ddSetup.numPmeRanks = guess_npme(mdlog, mtop, ir, box, cr->nnodes);
779                     GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
780                             "Using %d separate PME ranks, as guessed by mdrun", ddSetup.numPmeRanks);
781                 }
782             }
783             else
784             {
785                 /* We checked above that nPmeRanks is a valid number */
786                 ddSetup.numPmeRanks = numPmeRanksRequested;
787                 GMX_LOG(mdlog.info).appendTextFormatted(
788                         "Using %d separate PME ranks", ddSetup.numPmeRanks);
789                 // TODO: there was a ", per user request" note here, but it's not correct anymore,
790                 // as with GPUs decision about nPmeRanks can be made in runner() as well.
791                 // Consider a single spot for setting nPmeRanks.
792             }
793         }
794
795         ddSetup.cellsizeLimit =
796             optimize_ncells(mdlog, cr->nnodes, ddSetup.numPmeRanks,
797                             bDynLoadBal, dlb_scale,
798                             mtop, box, ddbox, ir,
799                             cellsize_limit, cutoff_dd,
800                             haveInterDomainBondeds,
801                             ddSetup.numDomains);
802     }
803
804     /* Communicate the information set by the master to all nodes */
805     gmx_bcast(sizeof(ddSetup.numDomains), ddSetup.numDomains, cr);
806     if (EEL_PME(ir->coulombtype))
807     {
808         gmx_bcast(sizeof(ddSetup.numPmeRanks), &ddSetup.numPmeRanks, cr);
809     }
810     else
811     {
812         ddSetup.numPmeRanks = 0;
813     }
814
815     return ddSetup;
816 }