src/gromacs/ewald/pme_pp_comm_gpu_impl.cu

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 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 /*! \internal \file
  36  *
  37  * \brief Implements PME-PP communication using CUDA
  38  *
  39  *
  40  * \author Alan Gray <alang@nvidia.com>
  41  *
  42  * \ingroup module_ewald
  43  */
  44 #include "gmxpre.h"
  45
  46 #include "pme_pp_comm_gpu_impl.h"
  47
  48 #include "config.h"
  49
  50 #include "gromacs/gpu_utils/cudautils.cuh"
  51 #include "gromacs/gpu_utils/devicebuffer.h"
  52 #include "gromacs/gpu_utils/gpueventsynchronizer.cuh"
  53 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
  54
  55 namespace gmx
  56 {
  57
  58 PmePpCommGpu::Impl::Impl(MPI_Comm comm, int pmeRank) : comm_(comm), pmeRank_(pmeRank)
  59 {
  60     GMX_RELEASE_ASSERT(
  61             GMX_THREAD_MPI,
  62             "PME-PP GPU Communication is currently only supported with thread-MPI enabled");
  63     cudaStreamCreate(&pmePpCommStream_);
  64 }
  65
  66 PmePpCommGpu::Impl::~Impl() = default;
  67
  68 void PmePpCommGpu::Impl::reinit(int size)
  69 {
  70     // This rank will access PME rank memory directly, so needs to receive the remote PME buffer addresses.
  71 #if GMX_MPI
  72     MPI_Recv(&remotePmeXBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  73     MPI_Recv(&remotePmeFBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  74
  75     // Reallocate buffer used for staging PME force on GPU
  76     reallocateDeviceBuffer(&d_pmeForces_, size, &d_pmeForcesSize_, &d_pmeForcesSizeAlloc_,
  77                            DeviceContext());
  78 #else
  79     GMX_UNUSED_VALUE(size);
  80 #endif
  81     return;
  82 }
  83
  84 // TODO make this asynchronous by splitting into this into
  85 // launchRecvForceFromPmeCudaDirect() and sycnRecvForceFromPmeCudaDirect()
  86 void PmePpCommGpu::Impl::receiveForceFromPmeCudaDirect(void* recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
  87 {
  88 #if GMX_MPI
  89     // Receive event from PME task and add to stream, to ensure pull of data doesn't
  90     // occur before PME force calc is completed
  91     GpuEventSynchronizer* pmeSync;
  92     MPI_Recv(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  93     pmeSync->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
  94
  95     // Pull force data from remote GPU
  96     void*       pmeForcePtr = receivePmeForceToGpu ? static_cast<void*>(d_pmeForces_) : recvPtr;
  97     cudaError_t stat = cudaMemcpyAsync(pmeForcePtr, remotePmeFBuffer_, recvSize * DIM * sizeof(float),
  98                                        cudaMemcpyDefault, pmePpCommStream_);
  99     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Recv from PME CUDA direct data transfer failed");
 100
 101     if (receivePmeForceToGpu)
 102     {
 103         // Record event to be enqueued in the GPU local buffer operations, to
 104         // satisfy dependency on receiving the PME force data before
 105         // reducing it with the other force contributions.
 106         forcesReadySynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 107     }
 108     else
 109     {
 110         // Ensure CPU waits for PME forces to be copied before reducing
 111         // them with other forces on the CPU
 112         cudaStreamSynchronize(pmePpCommStream_);
 113     }
 114 #else
 115     GMX_UNUSED_VALUE(recvPtr);
 116     GMX_UNUSED_VALUE(recvSize);
 117     GMX_UNUSED_VALUE(receivePmeForceToGpu);
 118 #endif
 119 }
 120
 121 void PmePpCommGpu::Impl::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void* sendPtr,
 122                                                         int   sendSize,
 123                                                         bool gmx_unused sendPmeCoordinatesFromGpu,
 124                                                         GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 125 {
 126 #if GMX_MPI
 127     // ensure stream waits until coordinate data is available on device
 128     coordinatesReadyOnDeviceEvent->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
 129
 130     cudaError_t stat = cudaMemcpyAsync(remotePmeXBuffer_, sendPtr, sendSize * DIM * sizeof(float),
 131                                        cudaMemcpyDefault, pmePpCommStream_);
 132     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Send to PME CUDA direct data transfer failed");
 133
 134     // Record and send event to allow PME task to sync to above transfer before commencing force calculations
 135     pmeCoordinatesSynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 136     GpuEventSynchronizer* pmeSync = &pmeCoordinatesSynchronizer_;
 137     MPI_Send(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_);
 138 #else
 139     GMX_UNUSED_VALUE(sendPtr);
 140     GMX_UNUSED_VALUE(sendSize);
 141     GMX_UNUSED_VALUE(sendPmeCoordinatesFromGpu);
 142     GMX_UNUSED_VALUE(coordinatesReadyOnDeviceEvent);
 143 #endif
 144 }
 145 void* PmePpCommGpu::Impl::getGpuForceStagingPtr()
 146 {
 147     return static_cast<void*>(d_pmeForces_);
 148 }
 149
 150 void* PmePpCommGpu::Impl::getForcesReadySynchronizer()
 151 {
 152     return static_cast<void*>(&forcesReadySynchronizer_);
 153 }
 154
 155 PmePpCommGpu::PmePpCommGpu(MPI_Comm comm, int pmeRank) : impl_(new Impl(comm, pmeRank)) {}
 156
 157 PmePpCommGpu::~PmePpCommGpu() = default;
 158
 159 void PmePpCommGpu::reinit(int size)
 160 {
 161     impl_->reinit(size);
 162 }
 163
 164 void PmePpCommGpu::receiveForceFromPmeCudaDirect(void* recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
 165 {
 166     impl_->receiveForceFromPmeCudaDirect(recvPtr, recvSize, receivePmeForceToGpu);
 167 }
 168
 169 void PmePpCommGpu::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void*                 sendPtr,
 170                                                   int                   sendSize,
 171                                                   bool                  sendPmeCoordinatesFromGpu,
 172                                                   GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 173 {
 174     impl_->sendCoordinatesToPmeCudaDirect(sendPtr, sendSize, sendPmeCoordinatesFromGpu,
 175                                           coordinatesReadyOnDeviceEvent);
 176 }
 177
 178 void* PmePpCommGpu::getGpuForceStagingPtr()
 179 {
 180     return impl_->getGpuForceStagingPtr();
 181 }
 182
 183 void* PmePpCommGpu::getForcesReadySynchronizer()
 184 {
 185     return impl_->getForcesReadySynchronizer();
 186 }
 187
 188 } // namespace gmx