src/gromacs/gpu_utils/gpu_utils.h

   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) 2001-2010, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 /*! \libinternal \file
  38  *  \brief Declare functions for detection and initialization for GPU devices.
  39  *
  40  *  \author Szilard Pall <pall.szilard@gmail.com>
  41  *  \author Mark Abraham <mark.j.abraham@gmail.com>
  42  *
  43  *  \inlibraryapi
  44  */
  45 #ifndef GMX_GPU_UTILS_GPU_UTILS_H
  46 #define GMX_GPU_UTILS_GPU_UTILS_H
  47
  48 #include <cstdio>
  49
  50 #include <string>
  51 #include <vector>
  52
  53 #include "gromacs/gpu_utils/gpu_macros.h"
  54 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  55
  56 struct gmx_device_info_t;
  57 struct gmx_gpu_info_t;
  58
  59 namespace gmx
  60 {
  61 }
  62
  63 //! Enum which is only used to describe transfer calls at the moment
  64 enum class GpuApiCallBehavior
  65 {
  66     Sync,
  67     Async
  68 };
  69
  70 //! Types of actions associated to waiting or checking the completion of GPU tasks
  71 enum class GpuTaskCompletion
  72 {
  73     Wait, /*<< Issue a blocking wait for the task */
  74     Check /*<< Only check whether the task has completed */
  75 };
  76
  77 /*! \brief Return whether GPUs can be detected
  78  *
  79  * Returns true when this is a build of \Gromacs configured to support
  80  * GPU usage, GPU detection is not disabled by an environment variable
  81  * and a valid device driver, ICD, and/or runtime was detected.
  82  * Does not throw. */
  83 bool canPerformGpuDetection();
  84
  85 /*! \brief Return whether GPU detection is functioning correctly
  86  *
  87  * Returns true when this is a build of \Gromacs configured to support
  88  * GPU usage, and a valid device driver, ICD, and/or runtime was detected.
  89  *
  90  * This function is not intended to be called from build
  91  * configurations that do not support GPUs, and there will be no
  92  * descriptive message in that case.
  93  *
  94  * \param[out] errorMessage  When returning false on a build configured with
  95  *                           GPU support and non-nullptr was passed,
  96  *                           the string contains a descriptive message about
  97  *                           why GPUs cannot be detected.
  98  *
  99  * Does not throw. */
 100 GPU_FUNC_QUALIFIER
 101 bool isGpuDetectionFunctional(std::string *GPU_FUNC_ARGUMENT(errorMessage)) GPU_FUNC_TERM_WITH_RETURN(false);
 102
 103 /*! \brief Find all GPUs in the system.
 104  *
 105  *  Will detect every GPU supported by the device driver in use.
 106  *  Must only be called if canPerformGpuDetection() has returned true.
 107  *  This routine also checks for the compatibility of each and fill the
 108  *  gpu_info->gpu_dev array with the required information on each the
 109  *  device: ID, device properties, status.
 110  *
 111  *  Note that this function leaves the GPU runtime API error state clean;
 112  *  this is implemented ATM in the CUDA flavor.
 113  *  TODO: check if errors do propagate in OpenCL as they do in CUDA and
 114  *  whether there is a mechanism to "clear" them.
 115  *
 116  *  \param[in] gpu_info    pointer to structure holding GPU information.
 117  *
 118  *  \throws                InternalError if a GPU API returns an unexpected failure (because
 119  *                         the call to canDetectGpus() should always prevent this occuring)
 120  */
 121 GPU_FUNC_QUALIFIER
 122 void findGpus(gmx_gpu_info_t *GPU_FUNC_ARGUMENT(gpu_info)) GPU_FUNC_TERM
 123
 124 /*! \brief Return a container of the detected GPUs that are compatible.
 125  *
 126  * This function filters the result of the detection for compatible
 127  * GPUs, based on the previously run compatibility tests.
 128  *
 129  * \param[in]     gpu_info    Information detected about GPUs, including compatibility.
 130  * \return                    vector of IDs of GPUs already recorded as compatible */
 131 std::vector<int> getCompatibleGpus(const gmx_gpu_info_t &gpu_info);
 132
 133 /*! \brief Return a string describing how compatible the GPU with given \c index is.
 134  *
 135  * \param[in]   gpu_info    Information about detected GPUs
 136  * \param[in]   index       index of GPU to ask about
 137  * \returns                 A null-terminated C string describing the compatibility status, useful for error messages.
 138  */
 139 const char *getGpuCompatibilityDescription(const gmx_gpu_info_t &gpu_info,
 140                                            int                   index);
 141
 142 /*! \brief Frees the gpu_dev and dev_use array fields of \p gpu_info.
 143  *
 144  * \param[in]    gpu_info    pointer to structure holding GPU information
 145  */
 146 void free_gpu_info(const gmx_gpu_info_t *gpu_info);
 147
 148 /*! \brief Initializes the GPU described by \c deviceInfo.
 149  *
 150  * TODO Doxygen complains about these - probably a Doxygen bug, since
 151  * the patterns here are the same as elsewhere in this header.
 152  *
 153  * \param[in]    deviceInfo   device info of the GPU to initialize
 154  *
 155  * Issues a fatal error for any critical errors that occur during
 156  * initialization.
 157  */
 158 GPU_FUNC_QUALIFIER
 159 void init_gpu(const gmx_device_info_t *GPU_FUNC_ARGUMENT(deviceInfo)) GPU_FUNC_TERM
 160
 161 /*! \brief Frees up the CUDA GPU used by the active context at the time of calling.
 162  *
 163  * If \c deviceInfo is nullptr, then it is understood that no device
 164  * was selected so no context is active to be freed. Otherwise, the
 165  * context is explicitly destroyed and therefore all data uploaded to
 166  * the GPU is lost. This must only be called when none of this data is
 167  * required anymore, because subsequent attempts to free memory
 168  * associated with the context will otherwise fail.
 169  *
 170  * Calls gmx_warning upon errors.
 171  *
 172  * \param[in]  deviceInfo   device info of the GPU to clean up for
 173  *
 174  * \returns                 true if no error occurs during the freeing.
 175  */
 176 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 177 void free_gpu(const gmx_device_info_t *CUDA_FUNC_ARGUMENT(deviceInfo)) CUDA_FUNC_TERM
 178
 179 /*! \brief Return a pointer to the device info for \c deviceId
 180  *
 181  * \param[in] gpu_info      GPU info of all detected devices in the system.
 182  * \param[in] deviceId      ID for the GPU device requested.
 183  *
 184  * \returns                 Pointer to the device info for \c deviceId.
 185  */
 186 GPU_FUNC_QUALIFIER
 187 gmx_device_info_t *getDeviceInfo(const gmx_gpu_info_t &GPU_FUNC_ARGUMENT(gpu_info),
 188                                  int GPU_FUNC_ARGUMENT(deviceId)) GPU_FUNC_TERM_WITH_RETURN(nullptr)
 189
 190 /*! \brief Returns the device ID of the CUDA GPU currently in use.
 191  *
 192  * The GPU used is the one that is active at the time of the call in the active context.
 193  *
 194  * \returns                 device ID of the GPU in use at the time of the call
 195  */
 196 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 197 int get_current_cuda_gpu_device_id(void) CUDA_FUNC_TERM_WITH_RETURN(-1)
 198
 199 /*! \brief Formats and returns a device information string for a given GPU.
 200  *
 201  * Given an index *directly* into the array of available GPUs (gpu_dev)
 202  * returns a formatted info string for the respective GPU which includes
 203  * ID, name, compute capability, and detection status.
 204  *
 205  * \param[out]  s           pointer to output string (has to be allocated externally)
 206  * \param[in]   gpu_info    Information about detected GPUs
 207  * \param[in]   index       an index *directly* into the array of available GPUs
 208  */
 209 GPU_FUNC_QUALIFIER
 210 void get_gpu_device_info_string(char *GPU_FUNC_ARGUMENT(s),
 211                                 const gmx_gpu_info_t &GPU_FUNC_ARGUMENT(gpu_info),
 212                                 int GPU_FUNC_ARGUMENT(index)) GPU_FUNC_TERM
 213
 214 /*! \brief Returns whether all compatible OpenCL devices are from AMD.
 215  *
 216  * This is currently the most useful and best tested platform for
 217  * supported OpenCL devices, so some modules may need to check what
 218  * degree of support they should offer.
 219  *
 220  * \todo An enumeration visible in the hardware module would make such
 221  * checks more configurable, if we discover other needs in future.
 222  *
 223  * \returns whether all detected compatible devices have AMD for the vendor.
 224  */
 225 OPENCL_FUNC_QUALIFIER
 226 bool areAllGpuDevicesFromAmd(const gmx_gpu_info_t &OPENCL_FUNC_ARGUMENT(gpuInfo))
 227 OPENCL_FUNC_TERM_WITH_RETURN(false)
 228
 229 /*! \brief Returns the size of the gpu_dev_info struct.
 230  *
 231  * The size of gpu_dev_info can be used for allocation and communication.
 232  *
 233  * \returns                 size in bytes of gpu_dev_info
 234  */
 235 GPU_FUNC_QUALIFIER
 236 size_t sizeof_gpu_dev_info() GPU_FUNC_TERM_WITH_RETURN(0)
 237
 238 //! Get status of device with specified index
 239 int gpu_info_get_stat(const gmx_gpu_info_t &info, int index);
 240
 241 /*! \brief Check if GROMACS has been built with GPU support.
 242  *
 243  * \param[in] error Pointer to error string or nullptr.
 244  * \todo Move this to NB module once it exists.
 245  */
 246 bool buildSupportsNonbondedOnGpu(std::string *error);
 247
 248 /*! \brief Starts the GPU profiler if mdrun is being profiled.
 249  *
 250  *  When a profiler run is in progress (based on the presence of the NVPROF_ID
 251  *  env. var.), the profiler is started to begin collecting data during the
 252  *  rest of the run (or until stopGpuProfiler is called).
 253  *
 254  *  Note that this is implemented only for the CUDA API.
 255  */
 256 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 257 void startGpuProfiler(void) CUDA_FUNC_TERM
 258
 259
 260 /*! \brief Resets the GPU profiler if mdrun is being profiled.
 261  *
 262  * When a profiler run is in progress (based on the presence of the NVPROF_ID
 263  * env. var.), the profiler data is restet in order to eliminate the data collected
 264  * from the preceding part fo the run.
 265  *
 266  * This function should typically be called at the mdrun counter reset time.
 267  *
 268  * Note that this is implemented only for the CUDA API.
 269  */
 270 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 271 void resetGpuProfiler(void) CUDA_FUNC_TERM
 272
 273
 274 /*! \brief Stops the CUDA profiler if mdrun is being profiled.
 275  *
 276  *  This function can be called at cleanup when skipping recording
 277  *  recording subsequent API calls from being traces/profiled is desired,
 278  *  e.g. before uninitialization.
 279  *
 280  *  Note that this is implemented only for the CUDA API.
 281  */
 282 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 283 void stopGpuProfiler(void) CUDA_FUNC_TERM
 284
 285 //! Tells whether the host buffer was pinned for non-blocking transfers. Only implemented for CUDA.
 286 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 287 bool isHostMemoryPinned(const void *CUDA_FUNC_ARGUMENT(h_ptr)) CUDA_FUNC_TERM_WITH_RETURN(false)
 288
 289 #endif