Hold unique_ptr for interaction_const in forcerec
[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / ewald / pme_load_balancing.cpp
1 /*
2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
3  *
4  * Copyright (c) 2012,2013,2014,2015,2016 by the GROMACS development team.
5  * Copyright (c) 2017,2018,2019,2020,2021, by the GROMACS development team, led by
6  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
7  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
8  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
9  *
10  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
12  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
13  * of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with GROMACS; if not, see
22  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
23  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
24  *
25  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
26  * consider that scientific software is very special. Version
27  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
28  * consider code for inclusion in the official distribution, but
29  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
30  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
31  * official version at http://www.gromacs.org.
32  *
33  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
34  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
35  */
36 /*! \internal \file
37  *
38  * \brief This file contains function definitions necessary for
39  * managing automatic load balance of PME calculations (Coulomb and
40  * LJ).
41  *
42  * \author Berk Hess <hess@kth.se>
43  * \ingroup module_ewald
44  */
45 #include "gmxpre.h"
46
47 #include "pme_load_balancing.h"
48
49 #include <cassert>
50 #include <cmath>
51
52 #include <algorithm>
53
54 #include "gromacs/domdec/dlb.h"
55 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
56 #include "gromacs/domdec/domdec_network.h"
57 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
58 #include "gromacs/domdec/partition.h"
59 #include "gromacs/ewald/ewald_utils.h"
60 #include "gromacs/ewald/pme.h"
61 #include "gromacs/fft/calcgrid.h"
62 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
63 #include "gromacs/math/functions.h"
64 #include "gromacs/math/vec.h"
65 #include "gromacs/mdlib/dispersioncorrection.h"
66 #include "gromacs/mdlib/forcerec.h"
67 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
68 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
69 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
70 #include "gromacs/mdtypes/interaction_const.h"
71 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
72 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
73 #include "gromacs/nbnxm/gpu_data_mgmt.h"
74 #include "gromacs/nbnxm/nbnxm.h"
75 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
76 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
77 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
78 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
79 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
80 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
81 #include "gromacs/utility/logger.h"
82 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
83 #include "gromacs/utility/strconvert.h"
84
85 #include "pme_internal.h"
86 #include "pme_pp.h"
87
88 /*! \brief Parameters and settings for one PP-PME setup */
89 struct pme_setup_t
90 {
91     real rcut_coulomb;         /**< Coulomb cut-off                              */
92     real rlistOuter;           /**< cut-off for the outer pair-list              */
93     real rlistInner;           /**< cut-off for the inner pair-list              */
94     real spacing;              /**< (largest) PME grid spacing                   */
95     ivec grid;                 /**< the PME grid dimensions                      */
96     real grid_efficiency;      /**< ineffiency factor for non-uniform grids <= 1 */
97     real ewaldcoeff_q;         /**< Electrostatic Ewald coefficient            */
98     real ewaldcoeff_lj;        /**< LJ Ewald coefficient, only for the call to send_switchgrid */
99     struct gmx_pme_t* pmedata; /**< the data structure used in the PME code      */
100     int               count;   /**< number of times this setup has been timed    */
101     double            cycles;  /**< the fastest time for this setup in cycles    */
102 };
103
104 /*! \brief After 50 nstlist periods of not observing imbalance: never tune PME */
105 const int PMETunePeriod = 50;
106 /*! \brief Trigger PME load balancing at more than 5% PME overload */
107 const real loadBalanceTriggerFactor = 1.05;
108 /*! \brief Scale the grid by a most at factor 1.7.
109  *
110  * This still leaves room for about 4-4.5x decrease in grid spacing while limiting the cases where
111  * large imbalance leads to extreme cutoff scaling for marginal benefits.
112  *
113  * This should help to avoid:
114  *   - large increase in power consumption for little performance gain
115  *   - increasing communication volume
116  *   - limiting DLB
117  */
118 const real c_maxSpacingScaling = 1.7;
119 /*! \brief In the initial scan, step by grids that are at least a factor 0.8 coarser */
120 const real gridpointsScaleFactor = 0.8;
121 /*! \brief In the initial scan, try to skip grids with uneven x/y/z spacing,
122  * checking if the "efficiency" is more than 5% worse than the previous grid.
123  */
124 const real relativeEfficiencyFactor = 1.05;
125 /*! \brief Rerun until a run is 12% slower setups than the fastest run so far */
126 const real maxRelativeSlowdownAccepted = 1.12;
127 /*! \brief If setups get more than 2% faster, do another round to avoid
128  * choosing a slower setup due to acceleration or fluctuations.
129  */
130 const real maxFluctuationAccepted = 1.02;
131
132 //! \brief Number of nstlist long tuning intervals to skip before starting
133 //         load-balancing at the beginning of the run.
134 const int c_numFirstTuningIntervalSkip = 5;
135 //! \brief Number of nstlist long tuning intervals to skip before starting
136 //         load-balancing at the beginning of the run with separate PME ranks. */
137 const int c_numFirstTuningIntervalSkipWithSepPme = 3;
138 //! \brief Number of nstlist long tuning intervals to skip after switching to a new setting
139 //         during balancing.
140 const int c_numPostSwitchTuningIntervalSkip = 1;
141 //! \brief Number of seconds to delay the tuning at startup to allow processors clocks to ramp up.
142 const double c_startupTimeDelay = 5.0;
143
144 /*! \brief Enumeration whose values describe the effect limiting the load balancing */
145 enum epmelb
146 {
147     epmelblimNO,
148     epmelblimBOX,
149     epmelblimDD,
150     epmelblimPMEGRID,
151     epmelblimMAXSCALING,
152     epmelblimNR
153 };
154
155 /*! \brief Descriptive strings matching ::epmelb */
156 static const char* pmelblim_str[epmelblimNR] = { "no",
157                                                  "box size",
158                                                  "domain decompostion",
159                                                  "PME grid restriction",
160                                                  "maximum allowed grid scaling" };
161
162 struct pme_load_balancing_t
163 {
164     gmx_bool bSepPMERanks;  /**< do we have separate PME ranks? */
165     gmx_bool bActive;       /**< is PME tuning active? */
166     int64_t  step_rel_stop; /**< stop the tuning after this value of step_rel */
167     gmx_bool bTriggerOnDLB; /**< trigger balancing only on DD DLB */
168     gmx_bool bBalance;      /**< are we in the balancing phase, i.e. trying different setups? */
169     int      nstage;        /**< the current maximum number of stages */
170     bool     startupTimeDelayElapsed; /**< Has the c_startupTimeDelay elapsed indicating that the balancing can start. */
171
172     real                     cut_spacing;        /**< the minimum cutoff / PME grid spacing ratio */
173     real                     rcut_vdw;           /**< Vdw cutoff (does not change) */
174     real                     rcut_coulomb_start; /**< Initial electrostatics cutoff */
175     real                     rbufOuter_coulomb;  /**< the outer pairlist buffer size */
176     real                     rbufOuter_vdw;      /**< the outer pairlist buffer size */
177     real                     rbufInner_coulomb;  /**< the inner pairlist buffer size */
178     real                     rbufInner_vdw;      /**< the inner pairlist buffer size */
179     matrix                   box_start;          /**< the initial simulation box */
180     std::vector<pme_setup_t> setup;              /**< the PME+cutoff setups */
181     int                      cur;                /**< the index (in setup) of the current setup */
182     int                      fastest;            /**< index of the fastest setup up till now */
183     int                      lower_limit;        /**< don't go below this setup index */
184     int                      start;    /**< start of setup index range to consider in stage>0 */
185     int                      end;      /**< end   of setup index range to consider in stage>0 */
186     int                      elimited; /**< was the balancing limited, uses enum above */
187     CutoffScheme             cutoff_scheme; /**< Verlet or group cut-offs */
188
189     int stage; /**< the current stage */
190
191     int    cycles_n;  /**< step cycle counter cumulative count */
192     double cycles_c;  /**< step cycle counter cumulative cycles */
193     double startTime; /**< time stamp when the balancing was started on the master rank (relative to the UNIX epoch start).*/
194 };
195
196 /* TODO The code in this file should call this getter, rather than
197  * read bActive anywhere */
198 bool pme_loadbal_is_active(const pme_load_balancing_t* pme_lb)
199 {
200     return pme_lb != nullptr && pme_lb->bActive;
201 }
202
203 // TODO Return a unique_ptr to pme_load_balancing_t
204 void pme_loadbal_init(pme_load_balancing_t**     pme_lb_p,
205                       t_commrec*                 cr,
206                       const gmx::MDLogger&       mdlog,
207                       const t_inputrec&          ir,
208                       const matrix               box,
209                       const interaction_const_t& ic,
210                       const nonbonded_verlet_t&  nbv,
211                       gmx_pme_t*                 pmedata,
212                       gmx_bool                   bUseGPU)
213 {
214
215     pme_load_balancing_t* pme_lb;
216     real                  spm, sp;
217     int                   d;
218
219     // Note that we don't (yet) support PME load balancing with LJ-PME only.
220     GMX_RELEASE_ASSERT(EEL_PME(ir.coulombtype),
221                        "pme_loadbal_init called without PME electrostatics");
222     // To avoid complexity, we require a single cut-off with PME for q+LJ.
223     // This is checked by grompp, but it doesn't hurt to check again.
224     GMX_RELEASE_ASSERT(!(EEL_PME(ir.coulombtype) && EVDW_PME(ir.vdwtype) && ir.rcoulomb != ir.rvdw),
225                        "With Coulomb and LJ PME, rcoulomb should be equal to rvdw");
226
227     pme_lb = new pme_load_balancing_t;
228
229     pme_lb->bSepPMERanks = !thisRankHasDuty(cr, DUTY_PME);
230
231     /* Initially we turn on balancing directly on based on PP/PME imbalance */
232     pme_lb->bTriggerOnDLB = FALSE;
233
234     /* Any number of stages >= 2 is supported */
235     pme_lb->nstage = 2;
236
237     pme_lb->cutoff_scheme = ir.cutoff_scheme;
238
239     pme_lb->rbufOuter_coulomb = nbv.pairlistOuterRadius() - ic.rcoulomb;
240     pme_lb->rbufOuter_vdw     = nbv.pairlistOuterRadius() - ic.rvdw;
241     pme_lb->rbufInner_coulomb = nbv.pairlistInnerRadius() - ic.rcoulomb;
242     pme_lb->rbufInner_vdw     = nbv.pairlistInnerRadius() - ic.rvdw;
243
244     /* Scale box with Ewald wall factor; note that we pmedata->boxScaler
245      * can't always usedd as it's not available with separate PME ranks.
246      */
247     EwaldBoxZScaler boxScaler(ir);
248     boxScaler.scaleBox(box, pme_lb->box_start);
249
250     pme_lb->setup.resize(1);
251
252     pme_lb->rcut_vdw           = ic.rvdw;
253     pme_lb->rcut_coulomb_start = ir.rcoulomb;
254
255     pme_lb->cur                    = 0;
256     pme_lb->setup[0].rcut_coulomb  = ic.rcoulomb;
257     pme_lb->setup[0].rlistOuter    = nbv.pairlistOuterRadius();
258     pme_lb->setup[0].rlistInner    = nbv.pairlistInnerRadius();
259     pme_lb->setup[0].grid[XX]      = ir.nkx;
260     pme_lb->setup[0].grid[YY]      = ir.nky;
261     pme_lb->setup[0].grid[ZZ]      = ir.nkz;
262     pme_lb->setup[0].ewaldcoeff_q  = ic.ewaldcoeff_q;
263     pme_lb->setup[0].ewaldcoeff_lj = ic.ewaldcoeff_lj;
264
265     if (!pme_lb->bSepPMERanks)
266     {
267         GMX_RELEASE_ASSERT(pmedata, "On ranks doing both PP and PME we need a valid pmedata object");
268         pme_lb->setup[0].pmedata = pmedata;
269     }
270
271     spm = 0;
272     for (d = 0; d < DIM; d++)
273     {
274         sp = norm(pme_lb->box_start[d]) / pme_lb->setup[0].grid[d];
275         if (sp > spm)
276         {
277             spm = sp;
278         }
279     }
280     pme_lb->setup[0].spacing = spm;
281
282     if (ir.fourier_spacing > 0)
283     {
284         pme_lb->cut_spacing = ir.rcoulomb / ir.fourier_spacing;
285     }
286     else
287     {
288         pme_lb->cut_spacing = ir.rcoulomb / pme_lb->setup[0].spacing;
289     }
290
291     pme_lb->stage = 0;
292
293     pme_lb->fastest     = 0;
294     pme_lb->lower_limit = 0;
295     pme_lb->start       = 0;
296     pme_lb->end         = 0;
297     pme_lb->elimited    = epmelblimNO;
298
299     pme_lb->cycles_n = 0;
300     pme_lb->cycles_c = 0;
301     // only master ranks do timing
302     if (!PAR(cr) || (DOMAINDECOMP(cr) && DDMASTER(cr->dd)))
303     {
304         pme_lb->startTime = gmx_gettime();
305     }
306
307     if (!wallcycle_have_counter())
308     {
309         GMX_LOG(mdlog.warning)
310                 .asParagraph()
311                 .appendText(
312                         "NOTE: Cycle counters unsupported or not enabled in kernel. Cannot use "
313                         "PME-PP balancing.");
314     }
315
316     /* Tune with GPUs and/or separate PME ranks.
317      * When running only on a CPU without PME ranks, PME tuning will only help
318      * with small numbers of atoms in the cut-off sphere.
319      */
320     pme_lb->bActive = (wallcycle_have_counter() && (bUseGPU || pme_lb->bSepPMERanks));
321
322     /* With GPUs and no separate PME ranks we can't measure the PP/PME
323      * imbalance, so we start balancing right away.
324      * Otherwise we only start balancing after we observe imbalance.
325      */
326     pme_lb->bBalance = (pme_lb->bActive && (bUseGPU && !pme_lb->bSepPMERanks));
327
328     pme_lb->step_rel_stop = PMETunePeriod * ir.nstlist;
329
330     /* Delay DD load balancing when GPUs are used */
331     if (pme_lb->bActive && DOMAINDECOMP(cr) && cr->dd->nnodes > 1 && bUseGPU)
332     {
333         /* Lock DLB=auto to off (does nothing when DLB=yes/no.
334          * With GPUs and separate PME nodes, we want to first
335          * do PME tuning without DLB, since DLB might limit
336          * the cut-off, which never improves performance.
337          * We allow for DLB + PME tuning after a first round of tuning.
338          */
339         dd_dlb_lock(cr->dd);
340         if (dd_dlb_is_locked(cr->dd))
341         {
342             GMX_LOG(mdlog.warning)
343                     .asParagraph()
344                     .appendText("NOTE: DLB will not turn on during the first phase of PME tuning");
345         }
346     }
347
348     *pme_lb_p = pme_lb;
349 }
350
351 /*! \brief Try to increase the cutoff during load balancing */
352 static gmx_bool pme_loadbal_increase_cutoff(pme_load_balancing_t* pme_lb, int pme_order, const gmx_domdec_t* dd)
353 {
354     real fac, sp;
355     real tmpr_coulomb, tmpr_vdw;
356     int  d;
357     bool grid_ok;
358
359     /* Try to add a new setup with next larger cut-off to the list */
360     pme_setup_t set;
361
362     set.pmedata = nullptr;
363
364     NumPmeDomains numPmeDomains = getNumPmeDomains(dd);
365
366     fac = 1;
367     do
368     {
369         /* Avoid infinite while loop, which can occur at the minimum grid size.
370          * Note that in practice load balancing will stop before this point.
371          * The factor 2.1 allows for the extreme case in which only grids
372          * of powers of 2 are allowed (the current code supports more grids).
373          */
374         if (fac > 2.1)
375         {
376             return FALSE;
377         }
378
379         fac *= 1.01;
380         clear_ivec(set.grid);
381         sp = calcFftGrid(nullptr,
382                          pme_lb->box_start,
383                          fac * pme_lb->setup[pme_lb->cur].spacing,
384                          minimalPmeGridSize(pme_order),
385                          &set.grid[XX],
386                          &set.grid[YY],
387                          &set.grid[ZZ]);
388
389         /* As here we can't easily check if one of the PME ranks
390          * uses threading, we do a conservative grid check.
391          * This means we can't use pme_order or less grid lines
392          * per PME rank along x, which is not a strong restriction.
393          */
394         grid_ok = gmx_pme_check_restrictions(
395                 pme_order, set.grid[XX], set.grid[YY], set.grid[ZZ], numPmeDomains.x, true, false);
396     } while (sp <= 1.001 * pme_lb->setup[pme_lb->cur].spacing || !grid_ok);
397
398     set.rcut_coulomb = pme_lb->cut_spacing * sp;
399     if (set.rcut_coulomb < pme_lb->rcut_coulomb_start)
400     {
401         /* This is unlikely, but can happen when e.g. continuing from
402          * a checkpoint after equilibration where the box shrank a lot.
403          * We want to avoid rcoulomb getting smaller than rvdw
404          * and there might be more issues with decreasing rcoulomb.
405          */
406         set.rcut_coulomb = pme_lb->rcut_coulomb_start;
407     }
408
409     if (pme_lb->cutoff_scheme == CutoffScheme::Verlet)
410     {
411         /* Never decrease the Coulomb and VdW list buffers */
412         set.rlistOuter = std::max(set.rcut_coulomb + pme_lb->rbufOuter_coulomb,
413                                   pme_lb->rcut_vdw + pme_lb->rbufOuter_vdw);
414         set.rlistInner = std::max(set.rcut_coulomb + pme_lb->rbufInner_coulomb,
415                                   pme_lb->rcut_vdw + pme_lb->rbufInner_vdw);
416     }
417     else
418     {
419         /* TODO Remove these lines and pme_lb->cutoff_scheme */
420         tmpr_coulomb = set.rcut_coulomb + pme_lb->rbufOuter_coulomb;
421         tmpr_vdw     = pme_lb->rcut_vdw + pme_lb->rbufOuter_vdw;
422         /* Two (known) bugs with cutoff-scheme=group here:
423          * - This modification of rlist results in incorrect DD comunication.
424          * - We should set fr->bTwinRange = (fr->rlistlong > fr->rlist).
425          */
426         set.rlistOuter = std::min(tmpr_coulomb, tmpr_vdw);
427         set.rlistInner = set.rlistOuter;
428     }
429
430     set.spacing = sp;
431     /* The grid efficiency is the size wrt a grid with uniform x/y/z spacing */
432     set.grid_efficiency = 1;
433     for (d = 0; d < DIM; d++)
434     {
435         set.grid_efficiency *= (set.grid[d] * sp) / norm(pme_lb->box_start[d]);
436     }
437     /* The Ewald coefficient is inversly proportional to the cut-off */
438     set.ewaldcoeff_q = pme_lb->setup[0].ewaldcoeff_q * pme_lb->setup[0].rcut_coulomb / set.rcut_coulomb;
439     /* We set ewaldcoeff_lj in set, even when LJ-PME is not used */
440     set.ewaldcoeff_lj = pme_lb->setup[0].ewaldcoeff_lj * pme_lb->setup[0].rcut_coulomb / set.rcut_coulomb;
441
442     set.count  = 0;
443     set.cycles = 0;
444
445     if (debug)
446     {
447         fprintf(debug,
448                 "PME loadbal: grid %d %d %d, coulomb cutoff %f\n",
449                 set.grid[XX],
450                 set.grid[YY],
451                 set.grid[ZZ],
452                 set.rcut_coulomb);
453     }
454     pme_lb->setup.push_back(set);
455     return TRUE;
456 }
457
458 /*! \brief Print the PME grid */
459 static void print_grid(FILE* fp_err, FILE* fp_log, const char* pre, const char* desc, const pme_setup_t* set, double cycles)
460 {
461     auto buf = gmx::formatString("%-11s%10s pme grid %d %d %d, coulomb cutoff %.3f",
462                                  pre,
463                                  desc,
464                                  set->grid[XX],
465                                  set->grid[YY],
466                                  set->grid[ZZ],
467                                  set->rcut_coulomb);
468     if (cycles >= 0)
469     {
470         buf += gmx::formatString(": %.1f M-cycles", cycles * 1e-6);
471     }
472     if (fp_err != nullptr)
473     {
474         fprintf(fp_err, "\r%s\n", buf.c_str());
475         fflush(fp_err);
476     }
477     if (fp_log != nullptr)
478     {
479         fprintf(fp_log, "%s\n", buf.c_str());
480     }
481 }
482
483 /*! \brief Return the index of the last setup used in PME load balancing */
484 static int pme_loadbal_end(pme_load_balancing_t* pme_lb)
485 {
486     /* In the initial stage only n is set; end is not set yet */
487     if (pme_lb->end > 0)
488     {
489         return pme_lb->end;
490     }
491     else
492     {
493         return pme_lb->setup.size();
494     }
495 }
496
497 /*! \brief Print descriptive string about what limits PME load balancing */
498 static void print_loadbal_limited(FILE* fp_err, FILE* fp_log, int64_t step, pme_load_balancing_t* pme_lb)
499 {
500     auto buf = gmx::formatString(
501             "step %4s: the %s limits the PME load balancing to a coulomb cut-off of %.3f",
502             gmx::int64ToString(step).c_str(),
503             pmelblim_str[pme_lb->elimited],
504             pme_lb->setup[pme_loadbal_end(pme_lb) - 1].rcut_coulomb);
505     if (fp_err != nullptr)
506     {
507         fprintf(fp_err, "\r%s\n", buf.c_str());
508         fflush(fp_err);
509     }
510     if (fp_log != nullptr)
511     {
512         fprintf(fp_log, "%s\n", buf.c_str());
513     }
514 }
515
516 /*! \brief Switch load balancing to stage 1
517  *
518  * In this stage, only reasonably fast setups are run again. */
519 static void switch_to_stage1(pme_load_balancing_t* pme_lb)
520 {
521     /* Increase start until we find a setup that is not slower than
522      * maxRelativeSlowdownAccepted times the fastest setup.
523      */
524     pme_lb->start = pme_lb->lower_limit;
525     while (pme_lb->start + 1 < gmx::ssize(pme_lb->setup)
526            && (pme_lb->setup[pme_lb->start].count == 0
527                || pme_lb->setup[pme_lb->start].cycles
528                           > pme_lb->setup[pme_lb->fastest].cycles * maxRelativeSlowdownAccepted))
529     {
530         pme_lb->start++;
531     }
532     /* While increasing start, we might have skipped setups that we did not
533      * time during stage 0. We want to extend the range for stage 1 to include
534      * any skipped setups that lie between setups that were measured to be
535      * acceptably fast and too slow.
536      */
537     while (pme_lb->start > pme_lb->lower_limit && pme_lb->setup[pme_lb->start - 1].count == 0)
538     {
539         pme_lb->start--;
540     }
541
542     /* Decrease end only with setups that we timed and that are slow. */
543     pme_lb->end = pme_lb->setup.size();
544     if (pme_lb->setup[pme_lb->end - 1].count > 0
545         && pme_lb->setup[pme_lb->end - 1].cycles
546                    > pme_lb->setup[pme_lb->fastest].cycles * maxRelativeSlowdownAccepted)
547     {
548         pme_lb->end--;
549     }
550
551     pme_lb->stage = 1;
552
553     /* Next we want to choose setup pme_lb->end-1, but as we will decrease
554      * pme_lb->cur by one right after returning, we set cur to end.
555      */
556     pme_lb->cur = pme_lb->end;
557 }
558
559 /*! \brief Process the timings and try to adjust the PME grid and Coulomb cut-off
560  *
561  * The adjustment is done to generate a different non-bonded PP and PME load.
562  * With separate PME ranks (PP and PME on different processes) or with
563  * a GPU (PP on GPU, PME on CPU), PP and PME run on different resources
564  * and changing the load will affect the load balance and performance.
565  * The total time for a set of integration steps is monitored and a range
566  * of grid/cut-off setups is scanned. After calling pme_load_balance many
567  * times and acquiring enough statistics, the best performing setup is chosen.
568  * Here we try to take into account fluctuations and changes due to external
569  * factors as well as DD load balancing.
570  */
571 static void pme_load_balance(pme_load_balancing_t*          pme_lb,
572                              t_commrec*                     cr,
573                              FILE*                          fp_err,
574                              FILE*                          fp_log,
575                              const gmx::MDLogger&           mdlog,
576                              const t_inputrec&              ir,
577                              const matrix                   box,
578                              gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> x,
579                              double                         cycles,
580                              interaction_const_t*           ic,
581                              struct nonbonded_verlet_t*     nbv,
582                              struct gmx_pme_t**             pmedata,
583                              int64_t                        step)
584 {
585     gmx_bool     OK;
586     pme_setup_t* set;
587     double       cycles_fast;
588     char         buf[STRLEN], sbuf[22];
589
590     if (PAR(cr))
591     {
592         gmx_sumd(1, &cycles, cr);
593         cycles /= cr->nnodes;
594     }
595
596     set = &pme_lb->setup[pme_lb->cur];
597     set->count++;
598
599     /* Skip the first c_numPostSwitchTuningIntervalSkip cycles because the first step
600      * after a switch is much slower due to allocation and/or caching effects.
601      */
602     if (set->count % (c_numPostSwitchTuningIntervalSkip + 1) != 0)
603     {
604         return;
605     }
606
607     sprintf(buf, "step %4s: ", gmx_step_str(step, sbuf));
608     print_grid(fp_err, fp_log, buf, "timed with", set, cycles);
609
610     GMX_RELEASE_ASSERT(set->count > c_numPostSwitchTuningIntervalSkip, "We should skip cycles");
611     if (set->count == (c_numPostSwitchTuningIntervalSkip + 1))
612     {
613         set->cycles = cycles;
614     }
615     else
616     {
617         if (cycles * maxFluctuationAccepted < set->cycles && pme_lb->stage == pme_lb->nstage - 1)
618         {
619             /* The performance went up a lot (due to e.g. DD load balancing).
620              * Add a stage, keep the minima, but rescan all setups.
621              */
622             pme_lb->nstage++;
623
624             if (debug)
625             {
626                 fprintf(debug,
627                         "The performance for grid %d %d %d went from %.3f to %.1f M-cycles, this "
628                         "is more than %f\n"
629                         "Increased the number stages to %d"
630                         " and ignoring the previous performance\n",
631                         set->grid[XX],
632                         set->grid[YY],
633                         set->grid[ZZ],
634                         set->cycles * 1e-6,
635                         cycles * 1e-6,
636                         maxFluctuationAccepted,
637                         pme_lb->nstage);
638             }
639         }
640         set->cycles = std::min(set->cycles, cycles);
641     }
642
643     if (set->cycles < pme_lb->setup[pme_lb->fastest].cycles)
644     {
645         pme_lb->fastest = pme_lb->cur;
646
647         if (DOMAINDECOMP(cr))
648         {
649             /* We found a new fastest setting, ensure that with subsequent
650              * shorter cut-off's the dynamic load balancing does not make
651              * the use of the current cut-off impossible. This solution is
652              * a trade-off, as the PME load balancing and DD domain size
653              * load balancing can interact in complex ways.
654              * With the Verlet kernels, DD load imbalance will usually be
655              * mainly due to bonded interaction imbalance, which will often
656              * quickly push the domain boundaries beyond the limit for the
657              * optimal, PME load balanced, cut-off. But it could be that
658              * better overal performance can be obtained with a slightly
659              * shorter cut-off and better DD load balancing.
660              */
661             set_dd_dlb_max_cutoff(cr, pme_lb->setup[pme_lb->fastest].rlistOuter);
662         }
663     }
664     cycles_fast = pme_lb->setup[pme_lb->fastest].cycles;
665
666     /* Check in stage 0 if we should stop scanning grids.
667      * Stop when the time is more than maxRelativeSlowDownAccepted longer than the fastest.
668      */
669     if (pme_lb->stage == 0 && pme_lb->cur > 0
670         && cycles > pme_lb->setup[pme_lb->fastest].cycles * maxRelativeSlowdownAccepted)
671     {
672         pme_lb->setup.resize(pme_lb->cur + 1);
673         /* Done with scanning, go to stage 1 */
674         switch_to_stage1(pme_lb);
675     }
676
677     if (pme_lb->stage == 0)
678     {
679         int gridsize_start;
680
681         gridsize_start = set->grid[XX] * set->grid[YY] * set->grid[ZZ];
682
683         do
684         {
685             if (pme_lb->cur + 1 < gmx::ssize(pme_lb->setup))
686             {
687                 /* We had already generated the next setup */
688                 OK = TRUE;
689             }
690             else
691             {
692                 /* Find the next setup */
693                 OK = pme_loadbal_increase_cutoff(pme_lb, ir.pme_order, cr->dd);
694
695                 if (!OK)
696                 {
697                     pme_lb->elimited = epmelblimPMEGRID;
698                 }
699             }
700
701             if (OK
702                 && pme_lb->setup[pme_lb->cur + 1].spacing > c_maxSpacingScaling * pme_lb->setup[0].spacing)
703             {
704                 OK               = FALSE;
705                 pme_lb->elimited = epmelblimMAXSCALING;
706             }
707
708             if (OK && ir.pbcType != PbcType::No)
709             {
710                 OK = (gmx::square(pme_lb->setup[pme_lb->cur + 1].rlistOuter)
711                       <= max_cutoff2(ir.pbcType, box));
712                 if (!OK)
713                 {
714                     pme_lb->elimited = epmelblimBOX;
715                 }
716             }
717
718             if (OK)
719             {
720                 pme_lb->cur++;
721
722                 if (DOMAINDECOMP(cr))
723                 {
724                     OK = change_dd_cutoff(cr, box, x, pme_lb->setup[pme_lb->cur].rlistOuter);
725                     if (!OK)
726                     {
727                         /* Failed: do not use this setup */
728                         pme_lb->cur--;
729                         pme_lb->elimited = epmelblimDD;
730                     }
731                 }
732             }
733             if (!OK)
734             {
735                 /* We hit the upper limit for the cut-off,
736                  * the setup should not go further than cur.
737                  */
738                 pme_lb->setup.resize(pme_lb->cur + 1);
739                 print_loadbal_limited(fp_err, fp_log, step, pme_lb);
740                 /* Switch to the next stage */
741                 switch_to_stage1(pme_lb);
742             }
743         } while (OK
744                  && !(pme_lb->setup[pme_lb->cur].grid[XX] * pme_lb->setup[pme_lb->cur].grid[YY]
745                                       * pme_lb->setup[pme_lb->cur].grid[ZZ]
746                               < gridsize_start * gridpointsScaleFactor
747                       && pme_lb->setup[pme_lb->cur].grid_efficiency
748                                  < pme_lb->setup[pme_lb->cur - 1].grid_efficiency * relativeEfficiencyFactor));
749     }
750
751     if (pme_lb->stage > 0 && pme_lb->end == 1)
752     {
753         pme_lb->cur   = pme_lb->lower_limit;
754         pme_lb->stage = pme_lb->nstage;
755     }
756     else if (pme_lb->stage > 0 && pme_lb->end > 1)
757     {
758         /* If stage = nstage-1:
759          *   scan over all setups, rerunning only those setups
760          *   which are not much slower than the fastest
761          * else:
762          *   use the next setup
763          * Note that we loop backward to minimize the risk of the cut-off
764          * getting limited by DD DLB, since the DLB cut-off limit is set
765          * to the fastest PME setup.
766          */
767         do
768         {
769             if (pme_lb->cur > pme_lb->start)
770             {
771                 pme_lb->cur--;
772             }
773             else
774             {
775                 pme_lb->stage++;
776
777                 pme_lb->cur = pme_lb->end - 1;
778             }
779         } while (pme_lb->stage == pme_lb->nstage - 1 && pme_lb->setup[pme_lb->cur].count > 0
780                  && pme_lb->setup[pme_lb->cur].cycles > cycles_fast * maxRelativeSlowdownAccepted);
781
782         if (pme_lb->stage == pme_lb->nstage)
783         {
784             /* We are done optimizing, use the fastest setup we found */
785             pme_lb->cur = pme_lb->fastest;
786         }
787     }
788
789     if (DOMAINDECOMP(cr) && pme_lb->stage > 0)
790     {
791         OK = change_dd_cutoff(cr, box, x, pme_lb->setup[pme_lb->cur].rlistOuter);
792         if (!OK)
793         {
794             /* For some reason the chosen cut-off is incompatible with DD.
795              * We should continue scanning a more limited range of cut-off's.
796              */
797             if (pme_lb->cur > 1 && pme_lb->stage == pme_lb->nstage)
798             {
799                 /* stage=nstage says we're finished, but we should continue
800                  * balancing, so we set back stage which was just incremented.
801                  */
802                 pme_lb->stage--;
803             }
804             if (pme_lb->cur <= pme_lb->fastest)
805             {
806                 /* This should not happen, as we set limits on the DLB bounds.
807                  * But we implement a complete failsafe solution anyhow.
808                  */
809                 GMX_LOG(mdlog.warning)
810                         .asParagraph()
811                         .appendTextFormatted(
812                                 "The fastest PP/PME load balancing setting (cutoff %.3d nm) is no "
813                                 "longer available due to DD DLB or box size limitations",
814                                 pme_lb->fastest);
815                 pme_lb->fastest = pme_lb->lower_limit;
816                 pme_lb->start   = pme_lb->lower_limit;
817             }
818             /* Limit the range to below the current cut-off, scan from start */
819             pme_lb->end      = pme_lb->cur;
820             pme_lb->cur      = pme_lb->start;
821             pme_lb->elimited = epmelblimDD;
822             print_loadbal_limited(fp_err, fp_log, step, pme_lb);
823         }
824     }
825
826     /* Change the Coulomb cut-off and the PME grid */
827
828     set = &pme_lb->setup[pme_lb->cur];
829
830     ic->rcoulomb = set->rcut_coulomb;
831     nbv->changePairlistRadii(set->rlistOuter, set->rlistInner);
832     ic->ewaldcoeff_q = set->ewaldcoeff_q;
833     /* TODO: centralize the code that sets the potentials shifts */
834     if (ic->coulomb_modifier == InteractionModifiers::PotShift)
835     {
836         GMX_RELEASE_ASSERT(ic->rcoulomb != 0, "Cutoff radius cannot be zero");
837         ic->sh_ewald = std::erfc(ic->ewaldcoeff_q * ic->rcoulomb) / ic->rcoulomb;
838     }
839     if (EVDW_PME(ic->vdwtype))
840     {
841         /* We have PME for both Coulomb and VdW, set rvdw equal to rcoulomb */
842         ic->rvdw          = set->rcut_coulomb;
843         ic->ewaldcoeff_lj = set->ewaldcoeff_lj;
844         if (ic->vdw_modifier == InteractionModifiers::PotShift)
845         {
846             real crc2;
847
848             ic->dispersion_shift.cpot = -1.0 / gmx::power6(static_cast<double>(ic->rvdw));
849             ic->repulsion_shift.cpot  = -1.0 / gmx::power12(static_cast<double>(ic->rvdw));
850             crc2                      = gmx::square(ic->ewaldcoeff_lj * ic->rvdw);
851             ic->sh_lj_ewald =
852                     (std::exp(-crc2) * (1 + crc2 + 0.5 * crc2 * crc2) - 1) / gmx::power6(ic->rvdw);
853         }
854     }
855
856     /* We always re-initialize the tables whether they are used or not */
857     init_interaction_const_tables(nullptr, ic, set->rlistOuter, ir.tabext);
858
859     Nbnxm::gpu_pme_loadbal_update_param(nbv, ic);
860
861     if (!pme_lb->bSepPMERanks)
862     {
863         /* FIXME:
864          * CPU PME keeps a list of allocated pmedata's, that's why pme_lb->setup[pme_lb->cur].pmedata is not always nullptr.
865          * GPU PME, however, currently needs the gmx_pme_reinit always called on load balancing
866          * (pme_gpu_reinit might be not sufficiently decoupled from gmx_pme_init).
867          * This can lead to a lot of reallocations for PME GPU.
868          * Would be nicer if the allocated grid list was hidden within a single pmedata structure.
869          */
870         if ((pme_lb->setup[pme_lb->cur].pmedata == nullptr)
871             || pme_gpu_task_enabled(pme_lb->setup[pme_lb->cur].pmedata))
872         {
873             /* Generate a new PME data structure,
874              * copying part of the old pointers.
875              */
876             gmx_pme_reinit(
877                     &set->pmedata, cr, pme_lb->setup[0].pmedata, &ir, set->grid, set->ewaldcoeff_q, set->ewaldcoeff_lj);
878         }
879         *pmedata = set->pmedata;
880     }
881     else
882     {
883         /* Tell our PME-only rank to switch grid */
884         gmx_pme_send_switchgrid(cr, set->grid, set->ewaldcoeff_q, set->ewaldcoeff_lj);
885     }
886
887     if (debug)
888     {
889         print_grid(nullptr, debug, "", "switched to", set, -1);
890     }
891
892     if (pme_lb->stage == pme_lb->nstage)
893     {
894         print_grid(fp_err, fp_log, "", "optimal", set, -1);
895     }
896 }
897
898 /*! \brief Prepare for another round of PME load balancing
899  *
900  * \param[in,out] pme_lb       Pointer to PME load balancing struct
901  * \param[in]     bDlbUnlocked TRUE is DLB was locked and is now unlocked
902  *
903  * If the conditions (e.g. DLB off/on, CPU/GPU throttling etc.) changed,
904  * the PP/PME balance might change and re-balancing can improve performance.
905  * This function adds 2 stages and adjusts the considered setup range.
906  */
907 static void continue_pme_loadbal(pme_load_balancing_t* pme_lb, gmx_bool bDlbUnlocked)
908 {
909     /* Add 2 tuning stages, keep the detected end of the setup range */
910     pme_lb->nstage += 2;
911     if (bDlbUnlocked && pme_lb->bSepPMERanks)
912     {
913         /* With separate PME ranks, DLB should always lower the PP load and
914          * can only increase the PME load (more communication and imbalance),
915          * so we only need to scan longer cut-off's.
916          */
917         pme_lb->lower_limit = pme_lb->cur;
918     }
919     pme_lb->start = pme_lb->lower_limit;
920 }
921
922 void pme_loadbal_do(pme_load_balancing_t*          pme_lb,
923                     t_commrec*                     cr,
924                     FILE*                          fp_err,
925                     FILE*                          fp_log,
926                     const gmx::MDLogger&           mdlog,
927                     const t_inputrec&              ir,
928                     t_forcerec*                    fr,
929                     const matrix                   box,
930                     gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> x,
931                     gmx_wallcycle_t                wcycle,
932                     int64_t                        step,
933                     int64_t                        step_rel,
934                     gmx_bool*                      bPrinting,
935                     bool                           useGpuPmePpCommunication)
936 {
937     int    n_prev;
938     double cycles_prev;
939
940     assert(pme_lb != nullptr);
941
942     if (!pme_lb->bActive)
943     {
944         return;
945     }
946
947     n_prev      = pme_lb->cycles_n;
948     cycles_prev = pme_lb->cycles_c;
949     wallcycle_get(wcycle, ewcSTEP, &pme_lb->cycles_n, &pme_lb->cycles_c);
950
951     /* Before the first step we haven't done any steps yet.
952      * Also handle cases where ir.init_step % ir.nstlist != 0.
953      * We also want to skip a number of steps and seconds while
954      * the CPU and GPU, when used, performance stabilizes.
955      */
956     if (!PAR(cr) || (DOMAINDECOMP(cr) && DDMASTER(cr->dd)))
957     {
958         pme_lb->startupTimeDelayElapsed = (gmx_gettime() - pme_lb->startTime < c_startupTimeDelay);
959     }
960     if (DOMAINDECOMP(cr))
961     {
962         dd_bcast(cr->dd, sizeof(bool), &pme_lb->startupTimeDelayElapsed);
963     }
964
965     if (pme_lb->cycles_n == 0 || step_rel < c_numFirstTuningIntervalSkip * ir.nstlist
966         || pme_lb->startupTimeDelayElapsed)
967     {
968         *bPrinting = FALSE;
969         return;
970     }
971     /* Sanity check, we expect nstlist cycle counts */
972     if (pme_lb->cycles_n - n_prev != ir.nstlist)
973     {
974         /* We could return here, but it's safer to issue an error and quit */
975         gmx_incons("pme_loadbal_do called at an interval != nstlist");
976     }
977
978     /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME ranks */
979     if (!pme_lb->bBalance && pme_lb->bSepPMERanks)
980     {
981         if (pme_lb->bTriggerOnDLB)
982         {
983             pme_lb->bBalance = dd_dlb_is_on(cr->dd);
984         }
985         /* We should ignore the first timing to avoid timing allocation
986          * overhead. And since the PME load balancing is called just
987          * before DD repartitioning, the ratio returned by dd_pme_f_ratio
988          * is not over the last nstlist steps, but the nstlist steps before
989          * that. So the first useful ratio is available at step_rel=3*nstlist.
990          */
991         else if (step_rel >= c_numFirstTuningIntervalSkipWithSepPme * ir.nstlist)
992         {
993             GMX_ASSERT(DOMAINDECOMP(cr), "Domain decomposition should be active here");
994             if (DDMASTER(cr->dd))
995             {
996                 /* If PME rank load is too high, start tuning. If
997                    PME-PP direct GPU communication is active,
998                    unconditionally start tuning since ratio will be
999                    unreliable due to CPU-GPU asynchronicity in codepath */
1000                 pme_lb->bBalance = useGpuPmePpCommunication
1001                                            ? true
1002                                            : (dd_pme_f_ratio(cr->dd) >= loadBalanceTriggerFactor);
1003             }
1004             dd_bcast(cr->dd, sizeof(gmx_bool), &pme_lb->bBalance);
1005         }
1006
1007         pme_lb->bActive = (pme_lb->bBalance || step_rel <= pme_lb->step_rel_stop);
1008     }
1009
1010     /* The location in the code of this balancing termination is strange.
1011      * You would expect to have it after the call to pme_load_balance()
1012      * below, since there pme_lb->stage is updated.
1013      * But when terminating directly after deciding on and selecting the
1014      * optimal setup, DLB will turn on right away if it was locked before.
1015      * This might be due to PME reinitialization. So we check stage here
1016      * to allow for another nstlist steps with DLB locked to stabilize
1017      * the performance.
1018      */
1019     if (pme_lb->bBalance && pme_lb->stage == pme_lb->nstage)
1020     {
1021         pme_lb->bBalance = FALSE;
1022
1023         if (DOMAINDECOMP(cr) && dd_dlb_is_locked(cr->dd))
1024         {
1025             /* Unlock the DLB=auto, DLB is allowed to activate */
1026             dd_dlb_unlock(cr->dd);
1027             GMX_LOG(mdlog.warning)
1028                     .asParagraph()
1029                     .appendText("NOTE: DLB can now turn on, when beneficial");
1030
1031             /* We don't deactivate the tuning yet, since we will balance again
1032              * after DLB gets turned on, if it does within PMETune_period.
1033              */
1034             continue_pme_loadbal(pme_lb, TRUE);
1035             pme_lb->bTriggerOnDLB = TRUE;
1036             pme_lb->step_rel_stop = step_rel + PMETunePeriod * ir.nstlist;
1037         }
1038         else
1039         {
1040             /* We're completely done with PME tuning */
1041             pme_lb->bActive = FALSE;
1042         }
1043
1044         if (DOMAINDECOMP(cr))
1045         {
1046             /* Set the cut-off limit to the final selected cut-off,
1047              * so we don't have artificial DLB limits.
1048              * This also ensures that we won't disable the currently
1049              * optimal setting during a second round of PME balancing.
1050              */
1051             set_dd_dlb_max_cutoff(cr, fr->nbv->pairlistOuterRadius());
1052         }
1053     }
1054
1055     if (pme_lb->bBalance)
1056     {
1057         /* We might not have collected nstlist steps in cycles yet,
1058          * since init_step might not be a multiple of nstlist,
1059          * but the first data collected is skipped anyhow.
1060          */
1061         pme_load_balance(pme_lb,
1062                          cr,
1063                          fp_err,
1064                          fp_log,
1065                          mdlog,
1066                          ir,
1067                          box,
1068                          x,
1069                          pme_lb->cycles_c - cycles_prev,
1070                          fr->ic.get(),
1071                          fr->nbv.get(),
1072                          &fr->pmedata,
1073                          step);
1074
1075         /* Update deprecated rlist in forcerec to stay in sync with fr->nbv */
1076         fr->rlist = fr->nbv->pairlistOuterRadius();
1077
1078         if (ir.eDispCorr != DispersionCorrectionType::No)
1079         {
1080             fr->dispersionCorrection->setParameters(*fr->ic);
1081         }
1082     }
1083
1084     if (!pme_lb->bBalance && (!pme_lb->bSepPMERanks || step_rel > pme_lb->step_rel_stop))
1085     {
1086         /* We have just deactivated the balancing and we're not measuring PP/PME
1087          * imbalance during the first steps of the run: deactivate the tuning.
1088          */
1089         pme_lb->bActive = FALSE;
1090     }
1091
1092     if (!(pme_lb->bActive) && DOMAINDECOMP(cr) && dd_dlb_is_locked(cr->dd))
1093     {
1094         /* Make sure DLB is allowed when we deactivate PME tuning */
1095         dd_dlb_unlock(cr->dd);
1096         GMX_LOG(mdlog.warning)
1097                 .asParagraph()
1098                 .appendText("NOTE: DLB can now turn on, when beneficial");
1099     }
1100
1101     *bPrinting = pme_lb->bBalance;
1102 }
1103
1104 /*! \brief Return product of the number of PME grid points in each dimension */
1105 static int pme_grid_points(const pme_setup_t* setup)
1106 {
1107     return setup->grid[XX] * setup->grid[YY] * setup->grid[ZZ];
1108 }
1109
1110 /*! \brief Print one load-balancing setting */
1111 static void print_pme_loadbal_setting(FILE* fplog, const char* name, const pme_setup_t* setup)
1112 {
1113     fprintf(fplog,
1114             "   %-7s %6.3f nm %6.3f nm     %3d %3d %3d   %5.3f nm  %5.3f nm\n",
1115             name,
1116             setup->rcut_coulomb,
1117             setup->rlistInner,
1118             setup->grid[XX],
1119             setup->grid[YY],
1120             setup->grid[ZZ],
1121             setup->spacing,
1122             1 / setup->ewaldcoeff_q);
1123 }
1124
1125 /*! \brief Print all load-balancing settings */
1126 static void print_pme_loadbal_settings(pme_load_balancing_t* pme_lb,
1127                                        FILE*                 fplog,
1128                                        const gmx::MDLogger&  mdlog,
1129                                        gmx_bool              bNonBondedOnGPU)
1130 {
1131     double pp_ratio, grid_ratio;
1132     real   pp_ratio_temporary;
1133
1134     pp_ratio_temporary = pme_lb->setup[pme_lb->cur].rlistInner / pme_lb->setup[0].rlistInner;
1135     pp_ratio           = gmx::power3(pp_ratio_temporary);
1136     grid_ratio         = pme_grid_points(&pme_lb->setup[pme_lb->cur])
1137                  / static_cast<double>(pme_grid_points(&pme_lb->setup[0]));
1138
1139     fprintf(fplog, "\n");
1140     fprintf(fplog, "       P P   -   P M E   L O A D   B A L A N C I N G\n");
1141     fprintf(fplog, "\n");
1142     /* Here we only warn when the optimal setting is the last one */
1143     if (pme_lb->elimited != epmelblimNO && pme_lb->cur == pme_loadbal_end(pme_lb) - 1)
1144     {
1145         fprintf(fplog,
1146                 " NOTE: The PP/PME load balancing was limited by the %s,\n",
1147                 pmelblim_str[pme_lb->elimited]);
1148         fprintf(fplog, "       you might not have reached a good load balance.\n");
1149         if (pme_lb->elimited == epmelblimDD)
1150         {
1151             fprintf(fplog, "       Try different mdrun -dd settings or lower the -dds value.\n");
1152         }
1153         fprintf(fplog, "\n");
1154     }
1155     fprintf(fplog, " PP/PME load balancing changed the cut-off and PME settings:\n");
1156     fprintf(fplog, "           particle-particle                    PME\n");
1157     fprintf(fplog, "            rcoulomb  rlist            grid      spacing   1/beta\n");
1158     print_pme_loadbal_setting(fplog, "initial", &pme_lb->setup[0]);
1159     print_pme_loadbal_setting(fplog, "final", &pme_lb->setup[pme_lb->cur]);
1160     fprintf(fplog, " cost-ratio           %4.2f             %4.2f\n", pp_ratio, grid_ratio);
1161     fprintf(fplog, " (note that these numbers concern only part of the total PP and PME load)\n");
1162
1163     if (pp_ratio > 1.5 && !bNonBondedOnGPU)
1164     {
1165         GMX_LOG(mdlog.warning)
1166                 .asParagraph()
1167                 .appendText(
1168                         "NOTE: PME load balancing increased the non-bonded workload by more than "
1169                         "50%.\n"
1170                         "      For better performance, use (more) PME ranks (mdrun -npme),\n"
1171                         "      or if you are beyond the scaling limit, use fewer total ranks (or "
1172                         "nodes).");
1173     }
1174     else
1175     {
1176         fprintf(fplog, "\n");
1177     }
1178 }
1179
1180 void pme_loadbal_done(pme_load_balancing_t* pme_lb, FILE* fplog, const gmx::MDLogger& mdlog, gmx_bool bNonBondedOnGPU)
1181 {
1182     if (fplog != nullptr && (pme_lb->cur > 0 || pme_lb->elimited != epmelblimNO))
1183     {
1184         print_pme_loadbal_settings(pme_lb, fplog, mdlog, bNonBondedOnGPU);
1185     }
1186
1187     delete pme_lb;
1188 }