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/device_context.h"
  52 #include "gromacs/gpu_utils/device_stream.h"
  53 #include "gromacs/gpu_utils/devicebuffer.h"
  54 #include "gromacs/gpu_utils/gpueventsynchronizer.cuh"
  55 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
  56
  57 namespace gmx
  58 {
  59
  60 PmePpCommGpu::Impl::Impl(MPI_Comm             comm,
  61                          int                  pmeRank,
  62                          const DeviceContext& deviceContext,
  63                          const DeviceStream&  deviceStream) :
  64     deviceContext_(deviceContext),
  65     pmePpCommStream_(deviceStream),
  66     comm_(comm),
  67     pmeRank_(pmeRank)
  68 {
  69     GMX_RELEASE_ASSERT(
  70             GMX_THREAD_MPI,
  71             "PME-PP GPU Communication is currently only supported with thread-MPI enabled");
  72 }
  73
  74 PmePpCommGpu::Impl::~Impl() = default;
  75
  76 void PmePpCommGpu::Impl::reinit(int size)
  77 {
  78     // This rank will access PME rank memory directly, so needs to receive the remote PME buffer addresses.
  79 #if GMX_MPI
  80     MPI_Recv(&remotePmeXBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  81     MPI_Recv(&remotePmeFBuffer_, sizeof(void**), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
  82
  83     // Reallocate buffer used for staging PME force on GPU
  84     reallocateDeviceBuffer(&d_pmeForces_, size, &d_pmeForcesSize_, &d_pmeForcesSizeAlloc_, deviceContext_);
  85 #else
  86     GMX_UNUSED_VALUE(size);
  87 #endif
  88     return;
  89 }
  90
  91 // TODO make this asynchronous by splitting into this into
  92 // launchRecvForceFromPmeCudaDirect() and sycnRecvForceFromPmeCudaDirect()
  93 void PmePpCommGpu::Impl::receiveForceFromPmeCudaDirect(void* recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
  94 {
  95 #if GMX_MPI
  96     // Receive event from PME task and add to stream, to ensure pull of data doesn't
  97     // occur before PME force calc is completed
  98     GpuEventSynchronizer* pmeSync;
  99     MPI_Recv(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_, MPI_STATUS_IGNORE);
 100     pmeSync->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
 101
 102     // Pull force data from remote GPU
 103     void*       pmeForcePtr = receivePmeForceToGpu ? static_cast<void*>(d_pmeForces_) : recvPtr;
 104     cudaError_t stat = cudaMemcpyAsync(pmeForcePtr, remotePmeFBuffer_, recvSize * DIM * sizeof(float),
 105                                        cudaMemcpyDefault, pmePpCommStream_.stream());
 106     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Recv from PME CUDA direct data transfer failed");
 107
 108     if (receivePmeForceToGpu)
 109     {
 110         // Record event to be enqueued in the GPU local buffer operations, to
 111         // satisfy dependency on receiving the PME force data before
 112         // reducing it with the other force contributions.
 113         forcesReadySynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 114     }
 115     else
 116     {
 117         // Ensure CPU waits for PME forces to be copied before reducing
 118         // them with other forces on the CPU
 119         cudaStreamSynchronize(pmePpCommStream_.stream());
 120     }
 121 #else
 122     GMX_UNUSED_VALUE(recvPtr);
 123     GMX_UNUSED_VALUE(recvSize);
 124     GMX_UNUSED_VALUE(receivePmeForceToGpu);
 125 #endif
 126 }
 127
 128 void PmePpCommGpu::Impl::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void* sendPtr,
 129                                                         int   sendSize,
 130                                                         bool gmx_unused sendPmeCoordinatesFromGpu,
 131                                                         GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 132 {
 133 #if GMX_MPI
 134     // ensure stream waits until coordinate data is available on device
 135     coordinatesReadyOnDeviceEvent->enqueueWaitEvent(pmePpCommStream_);
 136
 137     cudaError_t stat = cudaMemcpyAsync(remotePmeXBuffer_, sendPtr, sendSize * DIM * sizeof(float),
 138                                        cudaMemcpyDefault, pmePpCommStream_.stream());
 139     CU_RET_ERR(stat, "cudaMemcpyAsync on Send to PME CUDA direct data transfer failed");
 140
 141     // Record and send event to allow PME task to sync to above transfer before commencing force calculations
 142     pmeCoordinatesSynchronizer_.markEvent(pmePpCommStream_);
 143     GpuEventSynchronizer* pmeSync = &pmeCoordinatesSynchronizer_;
 144     MPI_Send(&pmeSync, sizeof(GpuEventSynchronizer*), MPI_BYTE, pmeRank_, 0, comm_);
 145 #else
 146     GMX_UNUSED_VALUE(sendPtr);
 147     GMX_UNUSED_VALUE(sendSize);
 148     GMX_UNUSED_VALUE(sendPmeCoordinatesFromGpu);
 149     GMX_UNUSED_VALUE(coordinatesReadyOnDeviceEvent);
 150 #endif
 151 }
 152 void* PmePpCommGpu::Impl::getGpuForceStagingPtr()
 153 {
 154     return static_cast<void*>(d_pmeForces_);
 155 }
 156
 157 GpuEventSynchronizer* PmePpCommGpu::Impl::getForcesReadySynchronizer()
 158 {
 159     return &forcesReadySynchronizer_;
 160 }
 161
 162 PmePpCommGpu::PmePpCommGpu(MPI_Comm             comm,
 163                            int                  pmeRank,
 164                            const DeviceContext& deviceContext,
 165                            const DeviceStream&  deviceStream) :
 166     impl_(new Impl(comm, pmeRank, deviceContext, deviceStream))
 167 {
 168 }
 169
 170 PmePpCommGpu::~PmePpCommGpu() = default;
 171
 172 void PmePpCommGpu::reinit(int size)
 173 {
 174     impl_->reinit(size);
 175 }
 176
 177 void PmePpCommGpu::receiveForceFromPmeCudaDirect(void* recvPtr, int recvSize, bool receivePmeForceToGpu)
 178 {
 179     impl_->receiveForceFromPmeCudaDirect(recvPtr, recvSize, receivePmeForceToGpu);
 180 }
 181
 182 void PmePpCommGpu::sendCoordinatesToPmeCudaDirect(void*                 sendPtr,
 183                                                   int                   sendSize,
 184                                                   bool                  sendPmeCoordinatesFromGpu,
 185                                                   GpuEventSynchronizer* coordinatesReadyOnDeviceEvent)
 186 {
 187     impl_->sendCoordinatesToPmeCudaDirect(sendPtr, sendSize, sendPmeCoordinatesFromGpu,
 188                                           coordinatesReadyOnDeviceEvent);
 189 }
 190
 191 void* PmePpCommGpu::getGpuForceStagingPtr()
 192 {
 193     return impl_->getGpuForceStagingPtr();
 194 }
 195
 196 GpuEventSynchronizer* PmePpCommGpu::getForcesReadySynchronizer()
 197 {
 198     return impl_->getForcesReadySynchronizer();
 199 }
 200
 201 } // namespace gmx