src/gromacs/fft/calcgrid.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2012,2014,2015,2016,2017 by the GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2019,2020, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "calcgrid.h"
  41
  42 #include <cmath>
  43
  44 #include <algorithm>
  45
  46 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  47
  48 /* The grid sizes below are based on timing of a 3D cubic grid in fftw
  49  * compiled with SSE using 4 threads in fft5d.c.
  50  * A grid size is removed when a larger grid is faster.
  51  */
  52
  53 /* Small grid size array */
  54 constexpr int g_initNR            = 15;
  55 constexpr int grid_init[g_initNR] = { 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24, 25, 28, 32, 36, 40, 42, 44 };
  56
  57 /* For larger grid sizes, a prefactor with any power of 2 can be added.
  58  * Only sizes divisible by 4 should be used, 90 is allowed, 140 not.
  59  */
  60 constexpr int g_baseNR            = 14;
  61 constexpr int grid_base[g_baseNR] = { 45, 48, 50, 52, 54, 56, 60, 64, 70, 72, 75, 80, 81, 84 };
  62
  63 real calcFftGrid(FILE* fp, const matrix box, real gridSpacing, int minGridPointsPerDim, int* nx, int* ny, int* nz)
  64 {
  65     int  d, n[DIM];
  66     int  i;
  67     rvec box_size;
  68     int  nmin, fac2, attempt;
  69     rvec spacing;
  70     real max_spacing;
  71
  72     if ((*nx <= 0 || *ny <= 0 || *nz <= 0) && gridSpacing <= 0)
  73     {
  74         gmx_fatal(FARGS, "invalid fourier grid spacing: %g", gridSpacing);
  75     }
  76
  77     static_assert(grid_base[g_baseNR - 1] % 4 == 0,
  78                   "the last entry in grid_base is not a multiple of 4");
  79
  80     /* New grid calculation setup:
  81      *
  82      * To maintain similar accuracy for triclinic PME grids as for rectangular
  83      * ones, the max grid spacing should set along the box vectors rather than
  84      * cartesian X/Y/Z directions. This will lead to slightly larger grids, but
  85      * it is much better than having to go to pme_order=6.
  86      *
  87      * Thus, instead of just extracting the diagonal elements to box_size[d], we
  88      * now calculate the cartesian length of the vectors.
  89      *
  90      * /Erik Lindahl, 20060402.
  91      */
  92     for (d = 0; d < DIM; d++)
  93     {
  94         box_size[d] = 0;
  95         for (i = 0; i < DIM; i++)
  96         {
  97             box_size[d] += box[d][i] * box[d][i];
  98         }
  99         box_size[d] = std::sqrt(box_size[d]);
 100     }
 101
 102     n[XX] = *nx;
 103     n[YY] = *ny;
 104     n[ZZ] = *nz;
 105
 106     if ((*nx <= 0) || (*ny <= 0) || (*nz <= 0))
 107     {
 108         if (nullptr != fp)
 109         {
 110             fprintf(fp, "Calculating fourier grid dimensions for%s%s%s\n", *nx > 0 ? "" : " X",
 111                     *ny > 0 ? "" : " Y", *nz > 0 ? "" : " Z");
 112         }
 113     }
 114
 115     max_spacing = 0;
 116     for (d = 0; d < DIM; d++)
 117     {
 118         if (n[d] <= 0)
 119         {
 120             nmin = static_cast<int>(box_size[d] / gridSpacing + 0.999);
 121             nmin = std::max(nmin, minGridPointsPerDim);
 122
 123             i = g_initNR - 1;
 124             if (grid_init[i] >= nmin)
 125             {
 126                 /* Take the smallest possible grid in the list */
 127                 while (i > 0 && grid_init[i - 1] >= nmin)
 128                 {
 129                     i--;
 130                 }
 131                 n[d] = grid_init[i];
 132             }
 133             else
 134             {
 135                 /* Determine how many pre-factors of 2 we need */
 136                 fac2 = 1;
 137                 i    = g_baseNR - 1;
 138                 while (fac2 * grid_base[i] < nmin)
 139                 {
 140                     fac2 *= 2;
 141                 }
 142                 /* Find the smallest grid that is >= nmin */
 143                 do
 144                 {
 145                     attempt = fac2 * grid_base[i];
 146                     /* We demand a factor of 4, avoid 140, allow 90 */
 147                     if (((attempt % 4 == 0 && attempt != 140) || attempt == 90) && attempt >= nmin)
 148                     {
 149                         n[d] = attempt;
 150                     }
 151                     i--;
 152                 } while (i > 0);
 153             }
 154         }
 155
 156         spacing[d]  = box_size[d] / n[d];
 157         max_spacing = std::max(max_spacing, spacing[d]);
 158     }
 159     *nx = n[XX];
 160     *ny = n[YY];
 161     *nz = n[ZZ];
 162     if (nullptr != fp)
 163     {
 164         fprintf(fp, "Using a fourier grid of %dx%dx%d, spacing %.3f %.3f %.3f\n", *nx, *ny, *nz,
 165                 spacing[XX], spacing[YY], spacing[ZZ]);
 166     }
 167
 168     return max_spacing;
 169 }