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) : 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     MPI_Recv(&remotePmeXBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  72     MPI_Recv(&remotePmeFBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  73
  74     // Reallocate buffer used for staging PME force on GPU
  75     reallocateDeviceBuffer(&d_pmeForces_, size, &d_pmeForcesSize_, &d_pmeForcesSizeAlloc_, nullptr);
  76
  77     return;
  78 }
  79
  80 // TODO make this asynchronous by splitting into this into
  81 // launchRecvForceFromPmeCudaDirect() and sycnRecvForceFromPmeCudaDirect()
  82 void PmePpCommGpu::Impl::receiveForceFromPmeCudaDirect(void* recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
  83 {
  84
  85     // Receive event from PME task and add to stream, to ensure pull of data doesn't
  86     // occur before PME force calc is completed
  87     GpuEventSynchronizer* pmeSync;
  88     MPI_Recv(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  89     pmeSync->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
  90
  91     // Pull force data from remote GPU
  92     void*       pmeForcePtr = receivePmeForceToGpu ? static_cast<void*>(d_pmeForces_) : recvPtr;
  93     cudaError_t stat = cudaMemcpyAsync(pmeForcePtr, remotePmeFBuffer_, recvSize * DIM * sizeof(float),
  94                                        cudaMemcpyDefault, pmePpCommStream_);
  95     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Recv from PME CUDA direct data transfer failed");
  96
  97     if (receivePmeForceToGpu)
  98     {
  99         // Record event to be enqueued in the GPU local buffer operations, to
 100         // satisfy dependency on receiving the PME force data before
 101         // reducing it with the other force contributions.
 102         forcesReadySynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 103     }
 104     else
 105     {
 106         // Ensure CPU waits for PME forces to be copied before reducing
 107         // them with other forces on the CPU
 108         cudaStreamSynchronize(pmePpCommStream_);
 109     }
 110 }
 111
 112 void PmePpCommGpu::Impl::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void* sendPtr,
 113                                                         int   sendSize,
 114                                                         bool gmx_unused sendPmeCoordinatesFromGpu,
 115                                                         GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 116 {
 117
 118     // ensure stream waits until coordinate data is available on device
 119     coordinatesReadyOnDeviceEvent->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
 120
 121     cudaError_t stat = cudaMemcpyAsync(remotePmeXBuffer_, sendPtr, sendSize * DIM * sizeof(float),
 122                                        cudaMemcpyDefault, pmePpCommStream_);
 123     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Send to PME CUDA direct data transfer failed");
 124
 125     // Record and send event to allow PME task to sync to above transfer before commencing force calculations
 126     pmeCoordinatesSynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 127     GpuEventSynchronizer* pmeSync = &pmeCoordinatesSynchronizer_;
 128     MPI_Send(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_);
 129 }
 130 void* PmePpCommGpu::Impl::getGpuForceStagingPtr()
 131 {
 132     return static_cast<void*>(d_pmeForces_);
 133 }
 134
 135 void* PmePpCommGpu::Impl::getForcesReadySynchronizer()
 136 {
 137     return static_cast<void*>(&forcesReadySynchronizer_);
 138 }
 139
 140 PmePpCommGpu::PmePpCommGpu(MPI_Comm comm, int pmeRank) : impl_(new Impl(comm, pmeRank)) {}
 141
 142 PmePpCommGpu::~PmePpCommGpu() = default;
 143
 144 void PmePpCommGpu::reinit(int size)
 145 {
 146     impl_->reinit(size);
 147 }
 148
 149 void PmePpCommGpu::receiveForceFromPmeCudaDirect(void* recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
 150 {
 151     impl_->receiveForceFromPmeCudaDirect(recvPtr, recvSize, receivePmeForceToGpu);
 152 }
 153
 154 void PmePpCommGpu::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void*                 sendPtr,
 155                                                   int                   sendSize,
 156                                                   bool                  sendPmeCoordinatesFromGpu,
 157                                                   GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 158 {
 159     impl_->sendCoordinatesToPmeCudaDirect(sendPtr, sendSize, sendPmeCoordinatesFromGpu,
 160                                           coordinatesReadyOnDeviceEvent);
 161 }
 162
 163 void* PmePpCommGpu::getGpuForceStagingPtr()
 164 {
 165     return impl_->getGpuForceStagingPtr();
 166 }
 167
 168 void* PmePpCommGpu::getForcesReadySynchronizer()
 169 {
 170     return impl_->getForcesReadySynchronizer();
 171 }
 172
 173 } // namespace gmx