src/gromacs/ewald/tests/pmetestcommon.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2016,2017, 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 <gtest/gtest.h>
  50
  51 #include "gromacs/ewald/pme.h"
  52 #include "gromacs/ewald/pme-gpu-internal.h"
  53 #include "gromacs/math/gmxcomplex.h"
  54 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  55 #include "gromacs/utility/unique_cptr.h"
  56
  57 #include "testhardwarecontexts.h"
  58
  59 namespace gmx
  60 {
  61 namespace test
  62 {
  63
  64 // Convenience typedefs
  65 //! A safe pointer type for PME.
  66 typedef gmx::unique_cptr<gmx_pme_t, gmx_pme_destroy> PmeSafePointer;
  67 //! Charges
  68 typedef ArrayRef<const real> ChargesVector;
  69 //! Coordinates
  70 typedef std::vector<RVec> CoordinatesVector;
  71 //! Forces
  72 typedef ArrayRef<RVec> ForcesVector;
  73 //! Gridline indices
  74 typedef ArrayRef<const IVec> GridLineIndicesVector;
  75 /*! \brief Spline parameters (theta or dtheta).
  76  * A reference to a single dimension's spline data; this means (atomCount * pmeOrder) values or derivatives.
  77  */
  78 typedef ArrayRef<const real> SplineParamsDimVector;
  79 /*! \brief Spline parameters (theta or dtheta) in all 3 dimensions
  80  */
  81 typedef std::array<SplineParamsDimVector, DIM> SplineParamsVector;
  82
  83 //! Non-zero grid values for test input; keys are 3d indices (IVec)
  84 template<typename ValueType>using SparseGridValuesInput = std::map<IVec, ValueType>;
  85 //! Non-zero real grid values
  86 typedef SparseGridValuesInput<real> SparseRealGridValuesInput;
  87 //! Non-zero complex grid values
  88 typedef SparseGridValuesInput<t_complex> SparseComplexGridValuesInput;
  89 //! Non-zero grid values for test output; keys are string representations of the cells' 3d indices (IVec); this allows for better sorting.
  90 template<typename ValueType>using SparseGridValuesOutput = std::map<std::string, ValueType>;
  91 //! Non-zero real grid values
  92 typedef SparseGridValuesOutput<real> SparseRealGridValuesOutput;
  93 //! Non-zero complex grid values
  94 typedef SparseGridValuesOutput<t_complex> SparseComplexGridValuesOutput;
  95 //! TODO: make proper C++ matrix for the whole Gromacs, get rid of this
  96 typedef std::array<real, DIM * DIM> Matrix3x3;
  97 //! PME solver type
  98 enum class PmeSolveAlgorithm
  99 {
 100     Coulomb,
 101     LennardJones,
 102 };
 103 //! PME solver results - reciprocal energy and virial
 104 typedef std::tuple<real, Matrix3x3> PmeSolveOutput;
 105
 106 // Misc.
 107
 108 //! Tells if this generally valid PME input is supported for this mode
 109 bool pmeSupportsInputForMode(const t_inputrec *inputRec, CodePath mode);
 110
 111 //! Spline moduli are computed in double precision, so they're very good in single precision
 112 constexpr gmx_int64_t c_splineModuliSinglePrecisionUlps = 1;
 113 //! Otherwise, there is lots of multiplication and addition
 114 constexpr gmx_int64_t c_splineModuliDoublePrecisionUlps = 12;
 115
 116 // PME stages
 117
 118 // TODO: currently PME initializations do not store CodePath. They probably should (unless we would need mixed CPU-GPU execution?).
 119 //! Simple PME initialization (no atom data)
 120 PmeSafePointer pmeInitEmpty(const t_inputrec *inputRec,
 121                             CodePath mode = CodePath::CPU,
 122                             gmx_device_info_t *gpuInfo = nullptr,
 123                             const Matrix3x3 &box = {{1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f}},
 124                             real ewaldCoeff_q = 0.0f, real ewaldCoeff_lj = 0.0f);
 125 //! PME initialization with atom data and system box
 126 PmeSafePointer pmeInitAtoms(const t_inputrec         *inputRec,
 127                             CodePath                  mode,
 128                             gmx_device_info_t        *gpuInfo,
 129                             const CoordinatesVector  &coordinates,
 130                             const ChargesVector      &charges,
 131                             const Matrix3x3          &box
 132                             );
 133 //! PME spline computation and charge spreading
 134 void pmePerformSplineAndSpread(gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 135                                bool computeSplines, bool spreadCharges);
 136 //! PME solving
 137 void pmePerformSolve(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 138                      PmeSolveAlgorithm method, real cellVolume,
 139                      GridOrdering gridOrdering, bool computeEnergyAndVirial);
 140 //! PME force gathering
 141 void pmePerformGather(gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 142                       PmeForceOutputHandling inputTreatment, ForcesVector &forces);
 143 //! PME test finalization before fetching the outputs
 144 void pmeFinalizeTest(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode);
 145
 146 // PME state setters
 147
 148 //! Setting atom spline values or derivatives to be used in spread/gather
 149 void pmeSetSplineData(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 150                       const SplineParamsDimVector &splineValues, PmeSplineDataType type, int dimIndex);
 151 //! Setting gridline indices be used in spread/gather
 152 void pmeSetGridLineIndices(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 153                            const GridLineIndicesVector &gridLineIndices);
 154 //! Setting real grid to be used in gather
 155 void pmeSetRealGrid(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 156                     const SparseRealGridValuesInput &gridValues);
 157 void pmeSetComplexGrid(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode, GridOrdering gridOrdering,
 158                        const SparseComplexGridValuesInput &gridValues);
 159
 160 // PME state getters
 161
 162 //! Getting the single dimension's spline values or derivatives
 163 SplineParamsDimVector pmeGetSplineData(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 164                                        PmeSplineDataType type, int dimIndex);
 165 //! Getting the gridline indices
 166 GridLineIndicesVector pmeGetGridlineIndices(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode);
 167 //! Getting the real grid (spreading output of pmePerformSplineAndSpread())
 168 SparseRealGridValuesOutput pmeGetRealGrid(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode);
 169 //! Getting the complex grid output of pmePerformSolve()
 170 SparseComplexGridValuesOutput pmeGetComplexGrid(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 171                                                 GridOrdering gridOrdering);
 172 //! Getting the reciprocal energy and virial
 173 PmeSolveOutput pmeGetReciprocalEnergyAndVirial(const gmx_pme_t *pme, CodePath mode,
 174                                                PmeSolveAlgorithm method);
 175 }
 176 }
 177
 178 #endif