src/gromacs/ewald/pme_gpu_program_impl.cu

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2018,2019,2020, 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  * \brief
  38  * Implements PmeGpuProgramImpl, which stores permanent PME GPU context-derived data,
  39  * such as (compiled) kernel handles.
  40  *
  41  * \author Aleksei Iupinov <a.yupinov@gmail.com>
  42  * \ingroup module_ewald
  43  */
  44 #include "gmxpre.h"
  45
  46 #include "pme_gpu_program_impl.h"
  47
  48 #include "pme_gpu_constants.h"
  49 #include "pme_gpu_internal.h" // for GridOrdering enum
  50 #include "pme_gpu_types_host.h"
  51
  52 // PME interpolation order
  53 constexpr int c_pmeOrder = 4;
  54 // These hardcoded spread/gather parameters refer to not-implemented PME GPU 2D decomposition in X/Y
  55 constexpr bool c_wrapX = true;
  56 constexpr bool c_wrapY = true;
  57
  58 //! PME CUDA kernels forward declarations. Kernels are documented in their respective files.
  59 template<int order, bool computeSplines, bool spreadCharges, bool wrapX, bool wrapY, bool writeGlobal, ThreadsPerAtom threadsPerAtom>
  60 void pme_spline_and_spread_kernel(const PmeGpuCudaKernelParams kernelParams);
  61
  62 // Add extern declarations to inform that there will be a definition
  63 // provided in another translation unit.
  64 // clang-format off
  65 extern template void
  66 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>       (const PmeGpuCudaKernelParams);
  67 extern template void
  68 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>(const PmeGpuCudaKernelParams);
  69 extern template void
  70 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  false, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>       (const PmeGpuCudaKernelParams);
  71 extern template void
  72 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  false, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>(const PmeGpuCudaKernelParams);
  73 extern template void
  74 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, false, true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>       (const PmeGpuCudaKernelParams);
  75 extern template void
  76 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, false, true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>(const PmeGpuCudaKernelParams);
  77 extern template void
  78 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::Order>       (const PmeGpuCudaKernelParams);
  79 extern template void
  80 pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::OrderSquared>(const PmeGpuCudaKernelParams);
  81 // clang-format on
  82
  83 template<GridOrdering gridOrdering, bool computeEnergyAndVirial>
  84 void pme_solve_kernel(const PmeGpuCudaKernelParams kernelParams);
  85
  86 // Add extern declarations to inform that there will be a definition
  87 // provided in another translation unit.
  88 // clang-format off
  89 extern template void pme_solve_kernel<GridOrdering::XYZ, false>(const PmeGpuCudaKernelParams);
  90 extern template void pme_solve_kernel<GridOrdering::XYZ, true> (const PmeGpuCudaKernelParams);
  91 extern template void pme_solve_kernel<GridOrdering::YZX, false>(const PmeGpuCudaKernelParams);
  92 extern template void pme_solve_kernel<GridOrdering::YZX, true> (const PmeGpuCudaKernelParams);
  93 // clang-format on
  94
  95 template<int order, bool wrapX, bool wrapY, bool readGlobal, ThreadsPerAtom threadsPerAtom>
  96 void pme_gather_kernel(const PmeGpuCudaKernelParams kernelParams);
  97
  98 // Add extern declarations to inform that there will be a definition
  99 // provided in another translation unit.
 100 // clang-format off
 101 extern template void pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>       (const PmeGpuCudaKernelParams);
 102 extern template void pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::Order>       (const PmeGpuCudaKernelParams);
 103 extern template void pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>(const PmeGpuCudaKernelParams);
 104 extern template void pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::OrderSquared>(const PmeGpuCudaKernelParams);
 105 // clang-format on
 106
 107 PmeGpuProgramImpl::PmeGpuProgramImpl(const DeviceInformation& /* deviceInfo */,
 108                                      const DeviceContext& deviceContext) :
 109     deviceContext_(deviceContext)
 110 {
 111     // kernel parameters
 112     warpSize_             = warp_size;
 113     spreadWorkGroupSize   = c_spreadMaxThreadsPerBlock;
 114     solveMaxWorkGroupSize = c_solveMaxThreadsPerBlock;
 115     gatherWorkGroupSize   = c_gatherMaxThreadsPerBlock;
 116
 117     /* Not all combinations of the splineAndSpread, spline and Spread kernels are required
 118      * If only the spline (without the spread) then it does not make sense not to write the data to global memory
 119      * Similarly the spread kernel (without the spline) implies that we should read the spline data from global memory
 120      */
 121     // clang-format off
 122     splineAndSpreadKernel                       = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::OrderSquared>;
 123     splineAndSpreadKernelThPerAtom4             = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::Order>;
 124     splineAndSpreadKernelWriteSplines           = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>;
 125     splineAndSpreadKernelWriteSplinesThPerAtom4 = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>;
 126     splineKernel                                = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  false, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>;
 127     splineKernelThPerAtom4                      = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, true,  false, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>;
 128     spreadKernel                                = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, false, true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>;
 129     spreadKernelThPerAtom4                      = pme_spline_and_spread_kernel<c_pmeOrder, false, true,  c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>;
 130     gatherKernel                                = pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::OrderSquared>;
 131     gatherKernelThPerAtom4                      = pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, false, ThreadsPerAtom::Order>;
 132     gatherKernelReadSplines                     = pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::OrderSquared>;
 133     gatherKernelReadSplinesThPerAtom4           = pme_gather_kernel<c_pmeOrder, c_wrapX, c_wrapY, true,  ThreadsPerAtom::Order>;
 134     solveXYZKernel                              = pme_solve_kernel<GridOrdering::XYZ, false>;
 135     solveXYZEnergyKernel                        = pme_solve_kernel<GridOrdering::XYZ, true>;
 136     solveYZXKernel                              = pme_solve_kernel<GridOrdering::YZX, false>;
 137     solveYZXEnergyKernel                        = pme_solve_kernel<GridOrdering::YZX, true>;
 138     // clang-format on
 139 }
 140
 141 PmeGpuProgramImpl::~PmeGpuProgramImpl() {}