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 class MDLogger;
  62 }
  63
  64 //! Enum which is only used to describe transfer calls at the moment
  65 enum class GpuApiCallBehavior
  66 {
  67     Sync,
  68     Async
  69 };
  70
  71 //! Types of actions associated to waiting or checking the completion of GPU tasks
  72 enum class GpuTaskCompletion
  73 {
  74     Wait, /*<< Issue a blocking wait for the task */
  75     Check /*<< Only check whether the task has completed */
  76 };
  77
  78 /*! \brief Return whether GPUs can be detected
  79  *
  80  * Returns true when this is a build of \Gromacs configured to support
  81  * GPU usage, GPU detection is not disabled by an environment variable
  82  * and a valid device driver, ICD, and/or runtime was detected.
  83  * Does not throw. */
  84 bool canPerformGpuDetection();
  85
  86 /*! \brief Return whether GPU detection is functioning correctly
  87  *
  88  * Returns true when this is a build of \Gromacs configured to support
  89  * GPU usage, and a valid device driver, ICD, and/or runtime was detected.
  90  *
  91  * This function is not intended to be called from build
  92  * configurations that do not support GPUs, and there will be no
  93  * descriptive message in that case.
  94  *
  95  * \param[out] errorMessage  When returning false on a build configured with
  96  *                           GPU support and non-nullptr was passed,
  97  *                           the string contains a descriptive message about
  98  *                           why GPUs cannot be detected.
  99  *
 100  * Does not throw. */
 101 GPU_FUNC_QUALIFIER
 102 bool isGpuDetectionFunctional(std::string* GPU_FUNC_ARGUMENT(errorMessage))
 103         GPU_FUNC_TERM_WITH_RETURN(false);
 104
 105 /*! \brief Find all GPUs in the system.
 106  *
 107  *  Will detect every GPU supported by the device driver in use.
 108  *  Must only be called if canPerformGpuDetection() has returned true.
 109  *  This routine also checks for the compatibility of each and fill the
 110  *  gpu_info->gpu_dev array with the required information on each the
 111  *  device: ID, device properties, status.
 112  *
 113  *  Note that this function leaves the GPU runtime API error state clean;
 114  *  this is implemented ATM in the CUDA flavor.
 115  *  TODO: check if errors do propagate in OpenCL as they do in CUDA and
 116  *  whether there is a mechanism to "clear" them.
 117  *
 118  *  \param[in] gpu_info    pointer to structure holding GPU information.
 119  *
 120  *  \throws                InternalError if a GPU API returns an unexpected failure (because
 121  *                         the call to canDetectGpus() should always prevent this occuring)
 122  */
 123 GPU_FUNC_QUALIFIER
 124 void findGpus(gmx_gpu_info_t* GPU_FUNC_ARGUMENT(gpu_info)) GPU_FUNC_TERM;
 125
 126 /*! \brief Return a container of the detected GPUs that are compatible.
 127  *
 128  * This function filters the result of the detection for compatible
 129  * GPUs, based on the previously run compatibility tests.
 130  *
 131  * \param[in]     gpu_info    Information detected about GPUs, including compatibility.
 132  * \return                    vector of IDs of GPUs already recorded as compatible */
 133 std::vector<int> getCompatibleGpus(const gmx_gpu_info_t& gpu_info);
 134
 135 /*! \brief Return a string describing how compatible the GPU with given \c index is.
 136  *
 137  * \param[in]   gpu_info    Information about detected GPUs
 138  * \param[in]   index       index of GPU to ask about
 139  * \returns                 A null-terminated C string describing the compatibility status, useful for error messages.
 140  */
 141 const char* getGpuCompatibilityDescription(const gmx_gpu_info_t& gpu_info, int index);
 142
 143 /*! \brief Frees the gpu_dev and dev_use array fields of \p gpu_info.
 144  *
 145  * \param[in]    gpu_info    pointer to structure holding GPU information
 146  */
 147 void free_gpu_info(const gmx_gpu_info_t* gpu_info);
 148
 149 /*! \brief Initializes the GPU described by \c deviceInfo.
 150  *
 151  * TODO Doxygen complains about these - probably a Doxygen bug, since
 152  * the patterns here are the same as elsewhere in this header.
 153  *
 154  * \param[in]    deviceInfo   device info of the GPU to initialize
 155  *
 156  * Issues a fatal error for any critical errors that occur during
 157  * initialization.
 158  */
 159 GPU_FUNC_QUALIFIER
 160 void init_gpu(const gmx_device_info_t* GPU_FUNC_ARGUMENT(deviceInfo)) GPU_FUNC_TERM;
 161
 162 /*! \brief Frees up the CUDA GPU used by the active context at the time of calling.
 163  *
 164  * If \c deviceInfo is nullptr, then it is understood that no device
 165  * was selected so no context is active to be freed. Otherwise, the
 166  * context is explicitly destroyed and therefore all data uploaded to
 167  * the GPU is lost. This must only be called when none of this data is
 168  * required anymore, because subsequent attempts to free memory
 169  * associated with the context will otherwise fail.
 170  *
 171  * Calls gmx_warning upon errors.
 172  *
 173  * \param[in]  deviceInfo   device info of the GPU to clean up for
 174  *
 175  * \returns                 true if no error occurs during the freeing.
 176  */
 177 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 178 void free_gpu(const gmx_device_info_t* CUDA_FUNC_ARGUMENT(deviceInfo)) CUDA_FUNC_TERM;
 179
 180 /*! \brief Return a pointer to the device info for \c deviceId
 181  *
 182  * \param[in] gpu_info      GPU info of all detected devices in the system.
 183  * \param[in] deviceId      ID for the GPU device requested.
 184  *
 185  * \returns                 Pointer to the device info for \c deviceId.
 186  */
 187 GPU_FUNC_QUALIFIER
 188 gmx_device_info_t* getDeviceInfo(const gmx_gpu_info_t& GPU_FUNC_ARGUMENT(gpu_info),
 189                                  int GPU_FUNC_ARGUMENT(deviceId)) GPU_FUNC_TERM_WITH_RETURN(nullptr);
 190
 191 /*! \brief Returns the device ID of the CUDA GPU currently in use.
 192  *
 193  * The GPU used is the one that is active at the time of the call in the active context.
 194  *
 195  * \returns                 device ID of the GPU in use at the time of the call
 196  */
 197 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 198 int get_current_cuda_gpu_device_id() CUDA_FUNC_TERM_WITH_RETURN(-1);
 199
 200 /*! \brief Formats and returns a device information string for a given GPU.
 201  *
 202  * Given an index *directly* into the array of available GPUs (gpu_dev)
 203  * returns a formatted info string for the respective GPU which includes
 204  * ID, name, compute capability, and detection status.
 205  *
 206  * \param[out]  s           pointer to output string (has to be allocated externally)
 207  * \param[in]   gpu_info    Information about detected GPUs
 208  * \param[in]   index       an index *directly* into the array of available GPUs
 209  */
 210 GPU_FUNC_QUALIFIER
 211 void get_gpu_device_info_string(char*                 GPU_FUNC_ARGUMENT(s),
 212                                 const gmx_gpu_info_t& GPU_FUNC_ARGUMENT(gpu_info),
 213                                 int                   GPU_FUNC_ARGUMENT(index)) GPU_FUNC_TERM;
 214
 215
 216 /*! \brief Returns the size of the gpu_dev_info struct.
 217  *
 218  * The size of gpu_dev_info can be used for allocation and communication.
 219  *
 220  * \returns                 size in bytes of gpu_dev_info
 221  */
 222 GPU_FUNC_QUALIFIER
 223 size_t sizeof_gpu_dev_info() GPU_FUNC_TERM_WITH_RETURN(0);
 224
 225 //! Get status of device with specified index
 226 int gpu_info_get_stat(const gmx_gpu_info_t& info, int index);
 227
 228 /*! \brief Check if GROMACS has been built with GPU support.
 229  *
 230  * \param[in] error Pointer to error string or nullptr.
 231  * \todo Move this to NB module once it exists.
 232  */
 233 bool buildSupportsNonbondedOnGpu(std::string* error);
 234
 235 /*! \brief Starts the GPU profiler if mdrun is being profiled.
 236  *
 237  *  When a profiler run is in progress (based on the presence of the NVPROF_ID
 238  *  env. var.), the profiler is started to begin collecting data during the
 239  *  rest of the run (or until stopGpuProfiler is called).
 240  *
 241  *  Note that this is implemented only for the CUDA API.
 242  */
 243 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 244 void startGpuProfiler() CUDA_FUNC_TERM;
 245
 246
 247 /*! \brief Resets the GPU profiler if mdrun is being profiled.
 248  *
 249  * When a profiler run is in progress (based on the presence of the NVPROF_ID
 250  * env. var.), the profiler data is restet in order to eliminate the data collected
 251  * from the preceding part fo the run.
 252  *
 253  * This function should typically be called at the mdrun counter reset time.
 254  *
 255  * Note that this is implemented only for the CUDA API.
 256  */
 257 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 258 void resetGpuProfiler() CUDA_FUNC_TERM;
 259
 260
 261 /*! \brief Stops the CUDA profiler if mdrun is being profiled.
 262  *
 263  *  This function can be called at cleanup when skipping recording
 264  *  recording subsequent API calls from being traces/profiled is desired,
 265  *  e.g. before uninitialization.
 266  *
 267  *  Note that this is implemented only for the CUDA API.
 268  */
 269 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 270 void stopGpuProfiler() CUDA_FUNC_TERM;
 271
 272 //! Tells whether the host buffer was pinned for non-blocking transfers. Only implemented for CUDA.
 273 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 274 bool isHostMemoryPinned(const void* CUDA_FUNC_ARGUMENT(h_ptr)) CUDA_FUNC_TERM_WITH_RETURN(false);
 275
 276 /*! \brief Enable peer access between GPUs where supported
 277  * \param[in] gpuIdsToUse   List of GPU IDs in use
 278  * \param[in] mdlog         Logger object
 279  */
 280 CUDA_FUNC_QUALIFIER
 281 void setupGpuDevicePeerAccess(const std::vector<int>& CUDA_FUNC_ARGUMENT(gpuIdsToUse),
 282                               const gmx::MDLogger&    CUDA_FUNC_ARGUMENT(mdlog)) CUDA_FUNC_TERM;
 283
 284 #endif