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 Free energy kernel",           1 },
  89     { "NB All-vs-all",                   1 },
  90     { "NB All-vs-all, GB",               1 },
  91
  92     { "Pair Search distance check",      9 }, /* nbnxn pair dist. check */
  93     /* nbnxn kernel flops are based on inner-loops without exclusion checks.
  94      * Plain Coulomb runs through the RF kernels, except with CUDA.
  95      * invsqrt is counted as 6 flops: 1 for _mm_rsqt_ps + 5 for iteration.
  96      * The flops are equal for plain-C, x86 SIMD and CUDA, except for:
  97      * - plain-C kernel uses one flop more for Coulomb-only (F) than listed
  98      * - x86 SIMD LJ geom-comb.rule kernels (fastest) use 2 more flops
  99      * - x86 SIMD LJ LB-comb.rule kernels (fast) use 3 (8 for F+E) more flops
 100      * - GPU always does exclusions, which requires 2-4 flops, but as invsqrt
 101      *   is always counted as 6 flops, this roughly compensates.
 102      */
 103     { "NxN RF Elec. + VdW [F]",         38 }, /* nbnxn kernel LJ+RF, no ener */
 104     { "NxN RF Elec. + VdW [V&F]",       54 },
 105     { "NxN QSTab Elec. + VdW [F]",      41 }, /* nbnxn kernel LJ+tab, no en */
 106     { "NxN QSTab Elec. + VdW [V&F]",    59 },
 107     { "NxN Ewald Elec. + VdW [F]",      66 }, /* nbnxn kernel LJ+Ewald, no en */
 108     { "NxN Ewald Elec. + VdW [V&F]",   107 },
 109     { "NxN VdW [F]",                    33 }, /* nbnxn kernel LJ, no ener */
 110     { "NxN VdW [V&F]",                  43 },
 111     { "NxN RF Electrostatics [F]",      31 }, /* nbnxn kernel RF, no ener */
 112     { "NxN RF Electrostatics [V&F]",    36 },
 113     { "NxN QSTab Elec. [F]",            34 }, /* nbnxn kernel tab, no ener */
 114     { "NxN QSTab Elec. [V&F]",          41 },
 115     { "NxN Ewald Elec. [F]",            61 }, /* nbnxn kernel Ewald, no ener */
 116     { "NxN Ewald Elec. [V&F]",          84 },
 117     { "1,4 nonbonded interactions",     90 },
 118     { "Born radii (Still)",             47 },
 119     { "Born radii (HCT/OBC)",          183 },
 120     { "Born force chain rule",          15 },
 121     { "All-vs-All Still radii",          1 },
 122     { "All-vs-All HCT/OBC radii",        1 },
 123     { "All-vs-All Born chain rule",      1 },
 124     { "Calc Weights",                   36 },
 125     { "Spread Q",                        6 },
 126     { "Spread Q Bspline",                2 },
 127     { "Gather F",                      23  },
 128     { "Gather F Bspline",              6   },
 129     { "3D-FFT",                        8   },
 130     { "Convolution",                   4   },
 131     { "Solve PME",                     64  },
 132     { "NS-Pairs",                      21  },
 133     { "Reset In Box",                  3   },
 134     { "Shift-X",                       6   },
 135     { "CG-CoM",                        3   },
 136     { "Sum Forces",                    1   },
 137     { "Bonds",                         59  },
 138     { "G96Bonds",                      44  },
 139     { "FENE Bonds",                    58  },
 140     { "Tab. Bonds",                    62  },
 141     { "Restraint Potential",           86  },
 142     { "Linear Angles",                 57  },
 143     { "Angles",                        168 },
 144     { "G96Angles",                     150 },
 145     { "Quartic Angles",                160 },
 146     { "Tab. Angles",                   169 },
 147     { "Propers",                       229 },
 148     { "Impropers",                     208 },
 149     { "RB-Dihedrals",                  247 },
 150     { "Four. Dihedrals",               247 },
 151     { "Tab. Dihedrals",                227 },
 152     { "Dist. Restr.",                  200 },
 153     { "Orient. Restr.",                200 },
 154     { "Dihedral Restr.",               200 },
 155     { "Pos. Restr.",                   50  },
 156     { "Flat-bottom posres",            50  },
 157     { "Angle Restr.",                  191 },
 158     { "Angle Restr. Z",                164 },
 159     { "Morse Potent.",                 83  },
 160     { "Cubic Bonds",                   54  },
 161     { "Walls",                         31  },
 162     { "Polarization",                  59  },
 163     { "Anharmonic Polarization",       72  },
 164     { "Water Pol.",                    62  },
 165     { "Thole Pol.",                    296 },
 166     { "Virial",                        18  },
 167     { "Update",                        31  },
 168     { "Ext.ens. Update",               54  },
 169     { "Stop-CM",                       10  },
 170     { "P-Coupling",                    6   },
 171     { "Calc-Ekin",                     27  },
 172     { "Lincs",                         60  },
 173     { "Lincs-Mat",                     4   },
 174     { "Shake",                         30  },
 175     { "Constraint-V",                   8  },
 176     { "Shake-Init",                    10  },
 177     { "Constraint-Vir",                24  },
 178     { "Settle",                        323 },
 179     { "Virtual Site 2",                23  },
 180     { "Virtual Site 3",                37  },
 181     { "Virtual Site 3fd",              95  },
 182     { "Virtual Site 3fad",             176 },
 183     { "Virtual Site 3out",             87  },
 184     { "Virtual Site 4fd",              110 },
 185     { "Virtual Site 4fdn",             254 },
 186     { "Virtual Site N",                 15 },
 187     { "Mixed Generalized Born stuff",   10 }
 188 };
 189
 190
 191 void init_nrnb(t_nrnb *nrnb)
 192 {
 193   int i;
 194
 195   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 196     nrnb->n[i]=0.0;
 197 }
 198
 199 void cp_nrnb(t_nrnb *dest, t_nrnb *src)
 200 {
 201   int i;
 202
 203   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 204     dest->n[i]=src->n[i];
 205 }
 206
 207 void add_nrnb(t_nrnb *dest, t_nrnb *s1, t_nrnb *s2)
 208 {
 209   int i;
 210
 211   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 212     dest->n[i]=s1->n[i]+s2->n[i];
 213 }
 214
 215 void print_nrnb(FILE *out, t_nrnb *nrnb)
 216 {
 217   int i;
 218
 219   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 220     if (nrnb->n[i] > 0)
 221       fprintf(out," %-26s %10.0f.\n",nbdata[i].name,nrnb->n[i]);
 222 }
 223
 224 void _inc_nrnb(t_nrnb *nrnb,int enr,int inc,char *file,int line)
 225 {
 226   nrnb->n[enr]+=inc;
 227 #ifdef DEBUG_NRNB
 228   printf("nrnb %15s(%2d) incremented with %8d from file %s line %d\n",
 229           nbdata[enr].name,enr,inc,file,line);
 230 #endif
 231 }
 232
 233 void print_flop(FILE *out,t_nrnb *nrnb,double *nbfs,double *mflop)
 234 {
 235   int    i;
 236   double mni,frac,tfrac,tflop;
 237   const char   *myline = "-----------------------------------------------------------------------------";
 238
 239   *nbfs = 0.0;
 240   for(i=0; (i<eNR_NBKERNEL_ALLVSALLGB); i++) {
 241     if (strstr(nbdata[i].name,"W3-W3") != NULL)
 242       *nbfs += 9e-6*nrnb->n[i];
 243     else if (strstr(nbdata[i].name,"W3") != NULL)
 244       *nbfs += 3e-6*nrnb->n[i];
 245     else if (strstr(nbdata[i].name,"W4-W4") != NULL)
 246       *nbfs += 10e-6*nrnb->n[i];
 247     else if (strstr(nbdata[i].name,"W4") != NULL)
 248       *nbfs += 4e-6*nrnb->n[i];
 249     else
 250       *nbfs += 1e-6*nrnb->n[i];
 251   }
 252   tflop=0;
 253   for(i=0; (i<eNRNB); i++)
 254     tflop+=1e-6*nrnb->n[i]*nbdata[i].flop;
 255
 256   if (tflop == 0) {
 257     fprintf(out,"No MEGA Flopsen this time\n");
 258     return;
 259   }
 260   if (out) {
 261     fprintf(out,"\n\tM E G A - F L O P S   A C C O U N T I N G\n\n");
 262   }
 263
 264   if (out)
 265   {
 266       fprintf(out," NB=Group-cutoff nonbonded kernels    NxN=N-by-N cluster Verlet kernels\n");
 267       fprintf(out," RF=Reaction-Field  VdW=Van der Waals  QSTab=quadratic-spline table\n");
 268       fprintf(out," W3=SPC/TIP3p  W4=TIP4p (single or pairs)\n");
 269       fprintf(out," V&F=Potential and force  V=Potential only  F=Force only\n\n");
 270
 271       fprintf(out," %-32s %16s %15s  %7s\n",
 272               "Computing:","M-Number","M-Flops","% Flops");
 273       fprintf(out,"%s\n",myline);
 274   }
 275   *mflop=0.0;
 276   tfrac=0.0;
 277   for(i=0; (i<eNRNB); i++) {
 278     mni     = 1e-6*nrnb->n[i];
 279     *mflop += mni*nbdata[i].flop;
 280     frac    = 100.0*mni*nbdata[i].flop/tflop;
 281     tfrac  += frac;
 282     if (out && mni != 0)
 283       fprintf(out," %-32s %16.6f %15.3f  %6.1f\n",
 284               nbdata[i].name,mni,mni*nbdata[i].flop,frac);
 285   }
 286   if (out) {
 287     fprintf(out,"%s\n",myline);
 288     fprintf(out," %-32s %16s %15.3f  %6.1f\n",
 289             "Total","",*mflop,tfrac);
 290     fprintf(out,"%s\n\n",myline);
 291   }
 292 }
 293
 294 void print_perf(FILE *out,double nodetime,double realtime,int nprocs,
 295                 gmx_large_int_t nsteps,real delta_t,
 296                 double nbfs,double mflop,
 297                 int omp_nth_pp)
 298 {
 299   real runtime;
 300
 301   fprintf(out,"\n");
 302
 303   if (realtime > 0)
 304   {
 305     fprintf(out,"%12s %12s %12s %10s\n","","Core t (s)","Wall t (s)","(%)");
 306     fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f %10.1f\n","Time:",
 307             nodetime, realtime, 100.0*nodetime/realtime);
 308     /* only print day-hour-sec format if realtime is more than 30 min */
 309     if (realtime > 30*60)
 310     {
 311       fprintf(out,"%12s %12s","","");
 312       pr_difftime(out,realtime);
 313     }
 314     if (delta_t > 0)
 315     {
 316       mflop = mflop/realtime;
 317       runtime = nsteps*delta_t;
 318
 319       if (getenv("GMX_DETAILED_PERF_STATS") == NULL)
 320       {
 321           fprintf(out,"%12s %12s %12s\n",
 322                   "","(ns/day)","(hour/ns)");
 323           fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f\n","Performance:",
 324                   runtime*24*3.6/realtime,1000*realtime/(3600*runtime));
 325       }
 326       else
 327       {
 328         fprintf(out,"%12s %12s %12s %12s %12s\n",
 329                 "","(Mnbf/s)",(mflop > 1000) ? "(GFlops)" : "(MFlops)",
 330                 "(ns/day)","(hour/ns)");
 331         fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f %12.3f %12.3f\n","Performance:",
 332                 nbfs/realtime,(mflop > 1000) ? (mflop/1000) : mflop,
 333                 runtime*24*3.6/realtime,1000*realtime/(3600*runtime));
 334       }
 335     }
 336     else
 337     {
 338       if (getenv("GMX_DETAILED_PERF_STATS") == NULL)
 339       {
 340           fprintf(out,"%12s %14s\n",
 341                   "","(steps/hour)");
 342           fprintf(out,"%12s %14.1f\n","Performance:",
 343                   nsteps*3600.0/realtime);
 344       }
 345       else
 346       {
 347           fprintf(out,"%12s %12s %12s %14s\n",
 348                   "","(Mnbf/s)",(mflop > 1000) ? "(GFlops)" : "(MFlops)",
 349                   "(steps/hour)");
 350           fprintf(out,"%12s %12.3f %12.3f %14.1f\n","Performance:",
 351               nbfs/realtime,(mflop > 1000) ? (mflop/1000) : mflop,
 352               nsteps*3600.0/realtime);
 353       }
 354     }
 355   }
 356 }
 357
 358 int cost_nrnb(int enr)
 359 {
 360   return nbdata[enr].flop;
 361 }
 362
 363 const char *nrnb_str(int enr)
 364 {
 365   return nbdata[enr].name;
 366 }
 367
 368 static const int    force_index[]={
 369   eNR_BONDS,  eNR_ANGLES,  eNR_PROPER, eNR_IMPROPER,
 370   eNR_RB,     eNR_DISRES,  eNR_ORIRES, eNR_POSRES,
 371   eNR_FBPOSRES, eNR_NS,
 372 };
 373 #define NFORCE_INDEX asize(force_index)
 374
 375 static const int    constr_index[]={
 376   eNR_SHAKE,     eNR_SHAKE_RIJ, eNR_SETTLE,       eNR_UPDATE,       eNR_PCOUPL,
 377   eNR_CONSTR_VIR,eNR_CONSTR_V
 378 };
 379 #define NCONSTR_INDEX asize(constr_index)
 380
 381 static double pr_av(FILE *log,t_commrec *cr,
 382                     double fav,double ftot[],const char *title)
 383 {
 384   int    i,perc;
 385   double dperc,unb;
 386
 387   unb=0;
 388   if (fav > 0) {
 389     fav /= cr->nnodes - cr->npmenodes;
 390     fprintf(log,"\n %-26s",title);
 391     for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 392         dperc=(100.0*ftot[i])/fav;
 393         unb=max(unb,dperc);
 394         perc=dperc;
 395         fprintf(log,"%3d ",perc);
 396     }
 397     if (unb > 0) {
 398       perc=10000.0/unb;
 399       fprintf(log,"%6d%%\n\n",perc);
 400     }
 401     else
 402       fprintf(log,"\n\n");
 403   }
 404   return unb;
 405 }
 406
 407 void pr_load(FILE *log,t_commrec *cr,t_nrnb nrnb[])
 408 {
 409   int    i,j,perc;
 410   double dperc,unb,uf,us;
 411   double *ftot,fav;
 412   double *stot,sav;
 413   t_nrnb *av;
 414
 415   snew(av,1);
 416   snew(ftot,cr->nnodes);
 417   snew(stot,cr->nnodes);
 418   init_nrnb(av);
 419   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 420       add_nrnb(av,av,&(nrnb[i]));
 421       /* Cost due to forces */
 422       for(j=0; (j<eNR_NBKERNEL_ALLVSALLGB); j++)
 423         ftot[i]+=nrnb[i].n[j]*cost_nrnb(j);
 424       for(j=0; (j<NFORCE_INDEX); j++)
 425         ftot[i]+=nrnb[i].n[force_index[j]]*cost_nrnb(force_index[j]);
 426       /* Due to shake */
 427       for(j=0; (j<NCONSTR_INDEX); j++) {
 428         stot[i]+=nrnb[i].n[constr_index[j]]*cost_nrnb(constr_index[j]);
 429       }
 430   }
 431   for(j=0; (j<eNRNB); j++)
 432     av->n[j]=av->n[j]/(double)(cr->nnodes - cr->npmenodes);
 433
 434     fprintf(log,"\nDetailed load balancing info in percentage of average\n");
 435
 436   fprintf(log," Type                 NODE:");
 437   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++)
 438       fprintf(log,"%3d ",i);
 439   fprintf(log,"Scaling\n");
 440   fprintf(log,"---------------------------");
 441   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++)
 442       fprintf(log,"----");
 443   fprintf(log,"-------\n");
 444
 445   for(j=0; (j<eNRNB); j++) {
 446     unb=100.0;
 447     if (av->n[j] > 0) {
 448       fprintf(log," %-26s",nrnb_str(j));
 449       for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 450           dperc=(100.0*nrnb[i].n[j])/av->n[j];
 451           unb=max(unb,dperc);
 452           perc=dperc;
 453           fprintf(log,"%3d ",perc);
 454       }
 455       if (unb > 0) {
 456         perc=10000.0/unb;
 457         fprintf(log,"%6d%%\n",perc);
 458       }
 459       else
 460         fprintf(log,"\n");
 461     }
 462   }
 463   fav=sav=0;
 464   for(i=0; (i<cr->nnodes); i++) {
 465     fav+=ftot[i];
 466     sav+=stot[i];
 467   }
 468   uf=pr_av(log,cr,fav,ftot,"Total Force");
 469   us=pr_av(log,cr,sav,stot,"Total Constr.");
 470
 471   unb=(uf*fav+us*sav)/(fav+sav);
 472   if (unb > 0) {
 473     unb=10000.0/unb;
 474     fprintf(log,"\nTotal Scaling: %.0f%% of max performance\n\n",unb);
 475   }
 476 }
 477