src/gromacs/ewald/tests/pmetestcommon.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2016,2017,2018,2019,2020, 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  * \brief
  37  * Describes common routines and types for PME tests.
  38  *
  39  * \author Aleksei Iupinov <a.yupinov@gmail.com>
  40  * \ingroup module_ewald
  41  */
  42 #ifndef GMX_EWALD_PME_TEST_COMMON_H
  43 #define GMX_EWALD_PME_TEST_COMMON_H
  44
  45 #include <array>
  46 #include <map>
  47 #include <vector>
  48
  49 #include "gromacs/ewald/pme.h"
  50 #include "gromacs/ewald/pme_gpu_internal.h"
  51 #include "gromacs/math/gmxcomplex.h"
  52 #include "gromacs/mdtypes/state_propagator_data_gpu.h"
  53 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  54 #include "gromacs/utility/unique_cptr.h"
  55
  56 namespace gmx
  57 {
  58
  59 class DeviceStreamManager;
  60 namespace test
  61 {
  62
  63 // Forward declaration
  64 enum class CodePath;
  65
  66 // Convenience typedefs
  67 //! A safe pointer type for PME.
  68 typedef gmx::unique_cptr<gmx_pme_t, gmx_pme_destroy> PmeSafePointer;
  69 //! Charges
  70 typedef ArrayRef<const real> ChargesVector;
  71 //! Coordinates
  72 typedef std::vector<RVec> CoordinatesVector;
  73 //! Forces
  74 typedef ArrayRef<RVec> ForcesVector;
  75 //! Gridline indices
  76 typedef ArrayRef<const IVec> GridLineIndicesVector;
  77 /*! \brief Spline parameters (theta or dtheta).
  78  * A reference to a single dimension's spline data; this means (atomCount * pmeOrder) values or derivatives.
  79  */
  80 typedef ArrayRef<const real> SplineParamsDimVector;
  81 /*! \brief Spline parameters (theta or dtheta) in all 3 dimensions
  82  */
  83 typedef std::array<SplineParamsDimVector, DIM> SplineParamsVector;
  84
  85 //! Non-zero grid values for test input; keys are 3d indices (IVec)
  86 template<typename ValueType>
  87 using SparseGridValuesInput = std::map<IVec, ValueType>;
  88 //! Non-zero real grid values
  89 typedef SparseGridValuesInput<real> SparseRealGridValuesInput;
  90 //! Non-zero complex grid values
  91 typedef SparseGridValuesInput<t_complex> SparseComplexGridValuesInput;
  92 //! Non-zero grid values for test output; keys are string representations of the cells' 3d indices (IVec); this allows for better sorting.
  93 template<typename ValueType>
  94 using SparseGridValuesOutput = std::map<std::string, ValueType>;
  95 //! Non-zero real grid values
  96 typedef SparseGridValuesOutput<real> SparseRealGridValuesOutput;
  97 //! Non-zero complex grid values
  98 typedef SparseGridValuesOutput<t_complex> SparseComplexGridValuesOutput;
  99 //! TODO: make proper C++ matrix for the whole Gromacs, get rid of this
 100 typedef std::array<real, DIM * DIM> Matrix3x3;
 101 //! PME solver type
 102 enum class PmeSolveAlgorithm
 103 {
 104     Coulomb,
 105     LennardJones,
 106 };
 107
 108 // Misc.
 109
 110 //! Tells if this generally valid PME input is supported for this mode
 111 bool pmeSupportsInputForMode(const gmx_hw_info_t& hwinfo, const t_inputrec* inputRec, CodePath mode);
 112
 113 //! Spline moduli are computed in double precision, so they're very good in single precision
 114 constexpr int64_t c_splineModuliSinglePrecisionUlps = 1;
 115 /*! \brief For double precision checks, the recursive interpolation
 116  * and use of trig functions in make_dft_mod require a lot more flops,
 117  * and thus opportunity for deviation between implementations. */
 118 uint64_t getSplineModuliDoublePrecisionUlps(int splineOrder);
 119
 120 // PME stages
 121
 122 //! PME initialization
 123 PmeSafePointer pmeInitWrapper(const t_inputrec*    inputRec,
 124                               CodePath             mode,
 125                               const DeviceContext* deviceContext,
 126                               const DeviceStream*  deviceStream,
 127                               const PmeGpuProgram* pmeGpuProgram,
 128                               const Matrix3x3&     box,
 129                               real                 ewaldCoeff_q  = 1.0F,
 130                               real                 ewaldCoeff_lj = 1.0F);
 131 //! Simple PME initialization (no atom data)
 132 PmeSafePointer pmeInitEmpty(const t_inputrec*    inputRec,
 133                             CodePath             mode,
 134                             const DeviceContext* deviceContext,
 135                             const DeviceStream*  deviceStream,
 136                             const PmeGpuProgram* pmeGpuProgram,
 137                             const Matrix3x3&     box,
 138                             real                 ewaldCoeff_q,
 139                             real                 ewaldCoeff_lj);
 140
 141 //! Simple PME initialization based on inputrec only
 142 PmeSafePointer pmeInitEmpty(const t_inputrec* inputRec);
 143
 144 //! Make a GPU state-propagator manager
 145 std::unique_ptr<StatePropagatorDataGpu> makeStatePropagatorDataGpu(const gmx_pme_t&     pme,
 146                                                                    const DeviceContext* deviceContext,
 147                                                                    const DeviceStream* deviceStream);
 148 //! PME initialization with atom data and system box
 149 void pmeInitAtoms(gmx_pme_t*               pme,
 150                   StatePropagatorDataGpu*  stateGpu,
 151                   CodePath                 mode,
 152                   const CoordinatesVector& coordinates,
 153                   const ChargesVector&     charges);
 154 //! PME spline computation and charge spreading
 155 void pmePerformSplineAndSpread(gmx_pme_t* pme, CodePath mode, bool computeSplines, bool spreadCharges);
 156 //! PME solving
 157 void pmePerformSolve(const gmx_pme_t*  pme,
 158                      CodePath          mode,
 159                      PmeSolveAlgorithm method,
 160                      real              cellVolume,
 161                      GridOrdering      gridOrdering,
 162                      bool              computeEnergyAndVirial);
 163 //! PME force gathering
 164 void pmePerformGather(gmx_pme_t*    pme,
 165                       CodePath      mode,
 166                       ForcesVector& forces); //NOLINT(google-runtime-references)
 167 //! PME test finalization before fetching the outputs
 168 void pmeFinalizeTest(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode);
 169
 170 // PME state setters
 171
 172 //! Setting atom spline values or derivatives to be used in spread/gather
 173 void pmeSetSplineData(const gmx_pme_t*             pme,
 174                       CodePath                     mode,
 175                       const SplineParamsDimVector& splineValues,
 176                       PmeSplineDataType            type,
 177                       int                          dimIndex);
 178
 179 //! Setting gridline indices be used in spread/gather
 180 void pmeSetGridLineIndices(gmx_pme_t* pme, CodePath mode, const GridLineIndicesVector& gridLineIndices);
 181 //! Setting real grid to be used in gather
 182 void pmeSetRealGrid(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode, const SparseRealGridValuesInput& gridValues);
 183 void pmeSetComplexGrid(const gmx_pme_t*                    pme,
 184                        CodePath                            mode,
 185                        GridOrdering                        gridOrdering,
 186                        const SparseComplexGridValuesInput& gridValues);
 187
 188 // PME state getters
 189
 190 //! Getting the single dimension's spline values or derivatives
 191 SplineParamsDimVector pmeGetSplineData(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode, PmeSplineDataType type, int dimIndex);
 192 //! Getting the gridline indices
 193 GridLineIndicesVector pmeGetGridlineIndices(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode);
 194 //! Getting the real grid (spreading output of pmePerformSplineAndSpread())
 195 SparseRealGridValuesOutput pmeGetRealGrid(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode);
 196 //! Getting the complex grid output of pmePerformSolve()
 197 SparseComplexGridValuesOutput pmeGetComplexGrid(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode, GridOrdering gridOrdering);
 198 //! Getting the reciprocal energy and virial
 199 PmeOutput pmeGetReciprocalEnergyAndVirial(const gmx_pme_t* pme, CodePath mode, PmeSolveAlgorithm method);
 200 } // namespace test
 201 } // namespace gmx
 202
 203 #endif