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, 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)
  59     : comm_(comm),
  60       pmeRank_(pmeRank)
  61 {
  62     GMX_RELEASE_ASSERT(GMX_THREAD_MPI, "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     MPI_Recv(&remotePmeXBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_,
  72              0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  73     MPI_Recv(&remotePmeFBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_,
  74              0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  75
  76     // Reallocate buffer used for staging PME force on GPU
  77     reallocateDeviceBuffer(&d_pmeForces_, size, &d_pmeForcesSize_, &d_pmeForcesSizeAlloc_, nullptr);
  78
  79     return;
  80 }
  81
  82 // TODO make this asynchronous by splitting into this into
  83 // launchRecvForceFromPmeCudaDirect() and sycnRecvForceFromPmeCudaDirect()
  84 void PmePpCommGpu::Impl::receiveForceFromPmeCudaDirect(void *recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
  85 {
  86
  87     // Receive event from PME task and add to stream, to ensure pull of data doesn't
  88     // occur before PME force calc is completed
  89     GpuEventSynchronizer *pmeSync;
  90     MPI_Recv(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*),
  91              MPI_BYTE, pmeRank_, 0,
  92              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_,
  98                                               recvSize*DIM*sizeof(float), cudaMemcpyDefault,
  99                                               pmePpCommStream_);
 100     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Recv from PME CUDA direct data transfer failed");
 101
 102     if (receivePmeForceToGpu)
 103     {
 104         // Record event to be enqueued in the GPU local buffer operations, to
 105         // satisfy dependency on receiving the PME force data before
 106         // reducing it with the other force contributions.
 107         forcesReadySynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 108     }
 109     else
 110     {
 111         // Ensure CPU waits for PME forces to be copied before reducing
 112         // them with other forces on the CPU
 113         cudaStreamSynchronize(pmePpCommStream_);
 114     }
 115 }
 116
 117 void PmePpCommGpu::Impl::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void *sendPtr, int sendSize, bool gmx_unused sendPmeCoordinatesFromGpu, GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 118 {
 119
 120     //ensure stream waits until coordinate data is available on device
 121     coordinatesReadyOnDeviceEvent->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
 122
 123     cudaError_t stat        = cudaMemcpyAsync(remotePmeXBuffer_, sendPtr,
 124                                               sendSize*DIM*sizeof(float), cudaMemcpyDefault,
 125                                               pmePpCommStream_);
 126     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Send to PME CUDA direct data transfer failed");
 127
 128     // Record and send event to allow PME task to sync to above transfer before commencing force calculations
 129     pmeCoordinatesSynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 130     GpuEventSynchronizer *pmeSync = &pmeCoordinatesSynchronizer_;
 131     MPI_Send(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*),
 132              MPI_BYTE, pmeRank_, 0,
 133              comm_);
 134
 135 }
 136 void* PmePpCommGpu::Impl::getGpuForceStagingPtr()
 137 {
 138     return static_cast<void*> (d_pmeForces_);
 139 }
 140
 141 void* PmePpCommGpu::Impl::getForcesReadySynchronizer()
 142 {
 143     return static_cast<void*> (&forcesReadySynchronizer_);
 144 }
 145
 146 PmePpCommGpu::PmePpCommGpu(MPI_Comm comm, int pmeRank)
 147     : impl_(new Impl(comm,  pmeRank))
 148 {
 149 }
 150
 151 PmePpCommGpu::~PmePpCommGpu() = default;
 152
 153 void PmePpCommGpu::reinit(int size)
 154 {
 155     impl_->reinit(size);
 156 }
 157
 158 void PmePpCommGpu::receiveForceFromPmeCudaDirect(void *recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
 159 {
 160     impl_->receiveForceFromPmeCudaDirect(recvPtr, recvSize, receivePmeForceToGpu);
 161 }
 162
 163 void PmePpCommGpu::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void *sendPtr, int sendSize, bool sendPmeCoordinatesFromGpu, GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 164 {
 165     impl_->sendCoordinatesToPmeCudaDirect(sendPtr, sendSize, sendPmeCoordinatesFromGpu, coordinatesReadyOnDeviceEvent);
 166 }
 167
 168 void* PmePpCommGpu::getGpuForceStagingPtr()
 169 {
 170     return impl_->getGpuForceStagingPtr();
 171 }
 172
 173 void* PmePpCommGpu::getForcesReadySynchronizer()
 174 {
 175     return impl_->getForcesReadySynchronizer();
 176 }
 177
 178 } //namespace gmx