src/gromacs/gmxlib/nrnb.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * GROningen Mixture of Alchemy and Childrens' Stories
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include <string.h>
  40 #include "types/commrec.h"
  41 #include "sysstuff.h"
  42 #include "gmx_fatal.h"
  43 #include "names.h"
  44 #include "macros.h"
  45 #include "nrnb.h"
  46 #include "main.h"
  47 #include "smalloc.h"
  48 #include "copyrite.h"
  49
  50
  51
  52
  53
  54 typedef struct {
  55     const char *name;
  56     int         flop;
  57 } t_nrnb_data;
  58
  59
  60 static const t_nrnb_data nbdata[eNRNB] = {
  61     /* These are re-used for different NB kernels, since there are so many.
  62      * The actual number of flops is set dynamically.
  63      */
  64     { "NB VdW [V&F]",                    1 },
  65     { "NB VdW [F]",                      1 },
  66     { "NB Elec. [V&F]",                  1 },
  67     { "NB Elec. [F]",                    1 },
  68     { "NB Elec. [W3,V&F]",               1 },
  69     { "NB Elec. [W3,F]",                 1 },
  70     { "NB Elec. [W3-W3,V&F]",            1 },
  71     { "NB Elec. [W3-W3,F]",              1 },
  72     { "NB Elec. [W4,V&F]",               1 },
  73     { "NB Elec. [W4,F]",                 1 },
  74     { "NB Elec. [W4-W4,V&F]",            1 },
  75     { "NB Elec. [W4-W4,F]",              1 },
  76     { "NB VdW & Elec. [V&F]",            1 },
  77     { "NB VdW & Elec. [F]",              1 },
  78     { "NB VdW & Elec. [W3,V&F]",         1 },
  79     { "NB VdW & Elec. [W3,F]",           1 },
  80     { "NB VdW & Elec. [W3-W3,V&F]",      1 },
  81     { "NB VdW & Elec. [W3-W3,F]",        1 },
  82     { "NB VdW & Elec. [W4,V&F]",         1 },
  83     { "NB VdW & Elec. [W4,F]",           1 },
  84     { "NB VdW & Elec. [W4-W4,V&F]",      1 },
  85     { "NB VdW & Elec. [W4-W4,F]",        1 },
  86
  87     { "NB Generic kernel",               1 },
  88     { "NB Generic charge grp kernel",    1 },
  89     { "NB Generic AdResS kernel",        1 },
  90     { "NB Free energy kernel",           1 },
  91     { "NB All-vs-all",                   1 },
  92     { "NB All-vs-all, GB",               1 },
  93
  94     { "Pair Search distance check",      9 }, /* nbnxn pair dist. check */
  95     /* nbnxn kernel flops are based on inner-loops without exclusion checks.
  96      * Plain Coulomb runs through the RF kernels, except with CUDA.
  97      * invsqrt is counted as 6 flops: 1 for _mm_rsqt_ps + 5 for iteration.
  98      * The flops are equal for plain-C, x86 SIMD and CUDA, except for:
  99      * - plain-C kernel uses one flop more for Coulomb-only (F) than listed
 100      * - x86 SIMD LJ geom-comb.rule kernels (fastest) use 2 more flops
 101      * - x86 SIMD LJ LB-comb.rule kernels (fast) use 3 (8 for F+E) more flops
 102      * - GPU always does exclusions, which requires 2-4 flops, but as invsqrt
 103      *   is always counted as 6 flops, this roughly compensates.
 104      */
 105     { "NxN RF Elec. + VdW [F]",         38 }, /* nbnxn kernel LJ+RF, no ener */
 106     { "NxN RF Elec. + VdW [V&F]",       54 },
 107     { "NxN QSTab Elec. + VdW [F]",      41 }, /* nbnxn kernel LJ+tab, no en */
 108     { "NxN QSTab Elec. + VdW [V&F]",    59 },
 109     { "NxN Ewald Elec. + VdW [F]",      66 }, /* nbnxn kernel LJ+Ewald, no en */
 110     { "NxN Ewald Elec. + VdW [V&F]",   107 },
 111     { "NxN VdW [F]",                    33 }, /* nbnxn kernel LJ, no ener */
 112     { "NxN VdW [V&F]",                  43 },
 113     { "NxN RF Electrostatics [F]",      31 }, /* nbnxn kernel RF, no ener */
 114     { "NxN RF Electrostatics [V&F]",    36 },
 115     { "NxN QSTab Elec. [F]",            34 }, /* nbnxn kernel tab, no ener */
 116     { "NxN QSTab Elec. [V&F]",          41 },
 117     { "NxN Ewald Elec. [F]",            61 }, /* nbnxn kernel Ewald, no ener */
 118     { "NxN Ewald Elec. [V&F]",          84 },
 119     { "1,4 nonbonded interactions",     90 },
 120     { "Born radii (Still)",             47 },
 121     { "Born radii (HCT/OBC)",          183 },
 122     { "Born force chain rule",          15 },
 123     { "All-vs-All Still radii",          1 },
 124     { "All-vs-All HCT/OBC radii",        1 },
 125     { "All-vs-All Born chain rule",      1 },
 126     { "Calc Weights",                   36 },
 127     { "Spread Q",                        6 },
 128     { "Spread Q Bspline",                2 },
 129     { "Gather F",                      23  },
 130     { "Gather F Bspline",              6   },
 131     { "3D-FFT",                        8   },
 132     { "Convolution",                   4   },
 133     { "Solve PME",                     64  },
 134     { "NS-Pairs",                      21  },
 135     { "Reset In Box",                  3   },
 136     { "Shift-X",                       6   },
 137     { "CG-CoM",                        3   },
 138     { "Sum Forces",                    1   },
 139     { "Bonds",                         59  },
 140     { "G96Bonds",                      44  },
 141     { "FENE Bonds",                    58  },
 142     { "Tab. Bonds",                    62  },
 143     { "Restraint Potential",           86  },
 144     { "Linear Angles",                 57  },
 145     { "Angles",                        168 },
 146     { "G96Angles",                     150 },
 147     { "Quartic Angles",                160 },
 148     { "Tab. Angles",                   169 },
 149     { "Propers",                       229 },
 150     { "Impropers",                     208 },
 151     { "RB-Dihedrals",                  247 },
 152     { "Four. Dihedrals",               247 },
 153     { "Tab. Dihedrals",                227 },
 154     { "Dist. Restr.",                  200 },
 155     { "Orient. Restr.",                200 },
 156     { "Dihedral Restr.",               200 },
 157     { "Pos. Restr.",                   50  },
 158     { "Flat-bottom posres",            50  },
 159     { "Angle Restr.",                  191 },
 160     { "Angle Restr. Z",                164 },
 161     { "Morse Potent.",                 83  },
 162     { "Cubic Bonds",                   54  },
 163     { "Walls",                         31  },
 164     { "Polarization",                  59  },
 165     { "Anharmonic Polarization",       72  },
 166     { "Water Pol.",                    62  },
 167     { "Thole Pol.",                    296 },
 168     { "Virial",                        18  },
 169     { "Update",                        31  },
 170     { "Ext.ens. Update",               54  },
 171     { "Stop-CM",                       10  },
 172     { "P-Coupling",                    6   },
 173     { "Calc-Ekin",                     27  },
 174     { "Lincs",                         60  },
 175     { "Lincs-Mat",                     4   },
 176     { "Shake",                         30  },
 177     { "Constraint-V",                   8  },
 178     { "Shake-Init",                    10  },
 179     { "Constraint-Vir",                24  },
 180     { "Settle",                        323 },
 181     { "Virtual Site 2",                23  },
 182     { "Virtual Site 3",                37  },
 183     { "Virtual Site 3fd",              95  },
 184     { "Virtual Site 3fad",             176 },
 185     { "Virtual Site 3out",             87  },
 186     { "Virtual Site 4fd",              110 },
 187     { "Virtual Site 4fdn",             254 },
 188     { "Virtual Site N",                 15 },
 189     { "Mixed Generalized Born stuff",   10 }
 190 };
 191
 192
 193 void init_nrnb(t_nrnb *nrnb)
 194 {
 195     int i;
 196
 197     for (i = 0; (i < eNRNB); i++)
 198     {
 199         nrnb->n[i] = 0.0;
 200     }
 201 }
 202
 203 void cp_nrnb(t_nrnb *dest, t_nrnb *src)
 204 {
 205     int i;
 206
 207     for (i = 0; (i < eNRNB); i++)
 208     {
 209         dest->n[i] = src->n[i];
 210     }
 211 }
 212
 213 void add_nrnb(t_nrnb *dest, t_nrnb *s1, t_nrnb *s2)
 214 {
 215     int i;
 216
 217     for (i = 0; (i < eNRNB); i++)
 218     {
 219         dest->n[i] = s1->n[i]+s2->n[i];
 220     }
 221 }
 222
 223 void print_nrnb(FILE *out, t_nrnb *nrnb)
 224 {
 225     int i;
 226
 227     for (i = 0; (i < eNRNB); i++)
 228     {
 229         if (nrnb->n[i] > 0)
 230         {
 231             fprintf(out, " %-26s %10.0f.\n", nbdata[i].name, nrnb->n[i]);
 232         }
 233     }
 234 }
 235
 236 void _inc_nrnb(t_nrnb *nrnb, int enr, int inc, char *file, int line)
 237 {
 238     nrnb->n[enr] += inc;
 239 #ifdef DEBUG_NRNB
 240     printf("nrnb %15s(%2d) incremented with %8d from file %s line %d\n",
 241            nbdata[enr].name, enr, inc, file, line);
 242 #endif
 243 }
 244
 245 void print_flop(FILE *out, t_nrnb *nrnb, double *nbfs, double *mflop)
 246 {
 247     int           i;
 248     double        mni, frac, tfrac, tflop;
 249     const char   *myline = "-----------------------------------------------------------------------------";
 250
 251     *nbfs = 0.0;
 252     for (i = 0; (i < eNR_NBKERNEL_ALLVSALLGB); i++)
 253     {
 254         if (strstr(nbdata[i].name, "W3-W3") != NULL)
 255         {
 256             *nbfs += 9e-6*nrnb->n[i];
 257         }
 258         else if (strstr(nbdata[i].name, "W3") != NULL)
 259         {
 260             *nbfs += 3e-6*nrnb->n[i];
 261         }
 262         else if (strstr(nbdata[i].name, "W4-W4") != NULL)
 263         {
 264             *nbfs += 10e-6*nrnb->n[i];
 265         }
 266         else if (strstr(nbdata[i].name, "W4") != NULL)
 267         {
 268             *nbfs += 4e-6*nrnb->n[i];
 269         }
 270         else
 271         {
 272             *nbfs += 1e-6*nrnb->n[i];
 273         }
 274     }
 275     tflop = 0;
 276     for (i = 0; (i < eNRNB); i++)
 277     {
 278         tflop += 1e-6*nrnb->n[i]*nbdata[i].flop;
 279     }
 280
 281     if (tflop == 0)
 282     {
 283         fprintf(out, "No MEGA Flopsen this time\n");
 284         return;
 285     }
 286     if (out)
 287     {
 288         fprintf(out, "\n\tM E G A - F L O P S   A C C O U N T I N G\n\n");
 289     }
 290
 291     if (out)
 292     {
 293         fprintf(out, " NB=Group-cutoff nonbonded kernels    NxN=N-by-N cluster Verlet kernels\n");
 294         fprintf(out, " RF=Reaction-Field  VdW=Van der Waals  QSTab=quadratic-spline table\n");
 295         fprintf(out, " W3=SPC/TIP3p  W4=TIP4p (single or pairs)\n");
 296         fprintf(out, " V&F=Potential and force  V=Potential only  F=Force only\n\n");
 297
 298         fprintf(out, " %-32s %16s %15s  %7s\n",
 299                 "Computing:", "M-Number", "M-Flops", "% Flops");
 300         fprintf(out, "%s\n", myline);
 301     }
 302     *mflop = 0.0;
 303     tfrac  = 0.0;
 304     for (i = 0; (i < eNRNB); i++)
 305     {
 306         mni     = 1e-6*nrnb->n[i];
 307         *mflop += mni*nbdata[i].flop;
 308         frac    = 100.0*mni*nbdata[i].flop/tflop;
 309         tfrac  += frac;
 310         if (out && mni != 0)
 311         {
 312             fprintf(out, " %-32s %16.6f %15.3f  %6.1f\n",
 313                     nbdata[i].name, mni, mni*nbdata[i].flop, frac);
 314         }
 315     }
 316     if (out)
 317     {
 318         fprintf(out, "%s\n", myline);
 319         fprintf(out, " %-32s %16s %15.3f  %6.1f\n",
 320                 "Total", "", *mflop, tfrac);
 321         fprintf(out, "%s\n\n", myline);
 322     }
 323 }
 324
 325 void print_perf(FILE *out, double nodetime, double realtime, int nprocs,
 326                 gmx_large_int_t nsteps, real delta_t,
 327                 double nbfs, double mflop,
 328                 int omp_nth_pp)
 329 {
 330     real runtime;
 331
 332     fprintf(out, "\n");
 333
 334     if (realtime > 0)
 335     {
 336         fprintf(out, "%12s %12s %12s %10s\n", "", "Core t (s)", "Wall t (s)", "(%)");
 337         fprintf(out, "%12s %12.3f %12.3f %10.1f\n", "Time:",
 338                 nodetime, realtime, 100.0*nodetime/realtime);
 339         /* only print day-hour-sec format if realtime is more than 30 min */
 340         if (realtime > 30*60)
 341         {
 342             fprintf(out, "%12s %12s", "", "");
 343             pr_difftime(out, realtime);
 344         }
 345         if (delta_t > 0)
 346         {
 347             mflop   = mflop/realtime;
 348             runtime = nsteps*delta_t;
 349
 350             if (getenv("GMX_DETAILED_PERF_STATS") == NULL)
 351             {
 352                 fprintf(out, "%12s %12s %12s\n",
 353                         "", "(ns/day)", "(hour/ns)");
 354                 fprintf(out, "%12s %12.3f %12.3f\n", "Performance:",
 355                         runtime*24*3.6/realtime, 1000*realtime/(3600*runtime));
 356             }
 357             else
 358             {
 359                 fprintf(out, "%12s %12s %12s %12s %12s\n",
 360                         "", "(Mnbf/s)", (mflop > 1000) ? "(GFlops)" : "(MFlops)",
 361                         "(ns/day)", "(hour/ns)");
 362                 fprintf(out, "%12s %12.3f %12.3f %12.3f %12.3f\n", "Performance:",
 363                         nbfs/realtime, (mflop > 1000) ? (mflop/1000) : mflop,
 364                         runtime*24*3.6/realtime, 1000*realtime/(3600*runtime));
 365             }
 366         }
 367         else
 368         {
 369             if (getenv("GMX_DETAILED_PERF_STATS") == NULL)
 370             {
 371                 fprintf(out, "%12s %14s\n",
 372                         "", "(steps/hour)");
 373                 fprintf(out, "%12s %14.1f\n", "Performance:",
 374                         nsteps*3600.0/realtime);
 375             }
 376             else
 377             {
 378                 fprintf(out, "%12s %12s %12s %14s\n",
 379                         "", "(Mnbf/s)", (mflop > 1000) ? "(GFlops)" : "(MFlops)",
 380                         "(steps/hour)");
 381                 fprintf(out, "%12s %12.3f %12.3f %14.1f\n", "Performance:",
 382                         nbfs/realtime, (mflop > 1000) ? (mflop/1000) : mflop,
 383                         nsteps*3600.0/realtime);
 384             }
 385         }
 386     }
 387 }
 388
 389 int cost_nrnb(int enr)
 390 {
 391     return nbdata[enr].flop;
 392 }
 393
 394 const char *nrnb_str(int enr)
 395 {
 396     return nbdata[enr].name;
 397 }
 398
 399 static const int    force_index[] = {
 400     eNR_BONDS,  eNR_ANGLES,  eNR_PROPER, eNR_IMPROPER,
 401     eNR_RB,     eNR_DISRES,  eNR_ORIRES, eNR_POSRES,
 402     eNR_FBPOSRES, eNR_NS,
 403 };
 404 #define NFORCE_INDEX asize(force_index)
 405
 406 static const int    constr_index[] = {
 407     eNR_SHAKE,     eNR_SHAKE_RIJ, eNR_SETTLE,       eNR_UPDATE,       eNR_PCOUPL,
 408     eNR_CONSTR_VIR, eNR_CONSTR_V
 409 };
 410 #define NCONSTR_INDEX asize(constr_index)
 411
 412 static double pr_av(FILE *log, t_commrec *cr,
 413                     double fav, double ftot[], const char *title)
 414 {
 415     int    i, perc;
 416     double dperc, unb;
 417
 418     unb = 0;
 419     if (fav > 0)
 420     {
 421         fav /= cr->nnodes - cr->npmenodes;
 422         fprintf(log, "\n %-26s", title);
 423         for (i = 0; (i < cr->nnodes); i++)
 424         {
 425             dperc = (100.0*ftot[i])/fav;
 426             unb   = max(unb, dperc);
 427             perc  = dperc;
 428             fprintf(log, "%3d ", perc);
 429         }
 430         if (unb > 0)
 431         {
 432             perc = 10000.0/unb;
 433             fprintf(log, "%6d%%\n\n", perc);
 434         }
 435         else
 436         {
 437             fprintf(log, "\n\n");
 438         }
 439     }
 440     return unb;
 441 }
 442
 443 void pr_load(FILE *log, t_commrec *cr, t_nrnb nrnb[])
 444 {
 445     int     i, j, perc;
 446     double  dperc, unb, uf, us;
 447     double *ftot, fav;
 448     double *stot, sav;
 449     t_nrnb *av;
 450
 451     snew(av, 1);
 452     snew(ftot, cr->nnodes);
 453     snew(stot, cr->nnodes);
 454     init_nrnb(av);
 455     for (i = 0; (i < cr->nnodes); i++)
 456     {
 457         add_nrnb(av, av, &(nrnb[i]));
 458         /* Cost due to forces */
 459         for (j = 0; (j < eNR_NBKERNEL_ALLVSALLGB); j++)
 460         {
 461             ftot[i] += nrnb[i].n[j]*cost_nrnb(j);
 462         }
 463         for (j = 0; (j < NFORCE_INDEX); j++)
 464         {
 465             ftot[i] += nrnb[i].n[force_index[j]]*cost_nrnb(force_index[j]);
 466         }
 467         /* Due to shake */
 468         for (j = 0; (j < NCONSTR_INDEX); j++)
 469         {
 470             stot[i] += nrnb[i].n[constr_index[j]]*cost_nrnb(constr_index[j]);
 471         }
 472     }
 473     for (j = 0; (j < eNRNB); j++)
 474     {
 475         av->n[j] = av->n[j]/(double)(cr->nnodes - cr->npmenodes);
 476     }
 477
 478     fprintf(log, "\nDetailed load balancing info in percentage of average\n");
 479
 480     fprintf(log, " Type                 NODE:");
 481     for (i = 0; (i < cr->nnodes); i++)
 482     {
 483         fprintf(log, "%3d ", i);
 484     }
 485     fprintf(log, "Scaling\n");
 486     fprintf(log, "---------------------------");
 487     for (i = 0; (i < cr->nnodes); i++)
 488     {
 489         fprintf(log, "----");
 490     }
 491     fprintf(log, "-------\n");
 492
 493     for (j = 0; (j < eNRNB); j++)
 494     {
 495         unb = 100.0;
 496         if (av->n[j] > 0)
 497         {
 498             fprintf(log, " %-26s", nrnb_str(j));
 499             for (i = 0; (i < cr->nnodes); i++)
 500             {
 501                 dperc = (100.0*nrnb[i].n[j])/av->n[j];
 502                 unb   = max(unb, dperc);
 503                 perc  = dperc;
 504                 fprintf(log, "%3d ", perc);
 505             }
 506             if (unb > 0)
 507             {
 508                 perc = 10000.0/unb;
 509                 fprintf(log, "%6d%%\n", perc);
 510             }
 511             else
 512             {
 513                 fprintf(log, "\n");
 514             }
 515         }
 516     }
 517     fav = sav = 0;
 518     for (i = 0; (i < cr->nnodes); i++)
 519     {
 520         fav += ftot[i];
 521         sav += stot[i];
 522     }
 523     uf = pr_av(log, cr, fav, ftot, "Total Force");
 524     us = pr_av(log, cr, sav, stot, "Total Constr.");
 525
 526     unb = (uf*fav+us*sav)/(fav+sav);
 527     if (unb > 0)
 528     {
 529         unb = 10000.0/unb;
 530         fprintf(log, "\nTotal Scaling: %.0f%% of max performance\n\n", unb);
 531     }
 532 }