src/gromacs/gpu_utils/oclutils.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014,2015,2016,2017,2018 by the GROMACS development team.
   5  * Copyright (c) 2019,2020, by the GROMACS development team, led by
   6  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   7  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   8  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   9  *
  10  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  12  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  13  * of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  18  * Lesser General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  21  * License along with GROMACS; if not, see
  22  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  23  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  24  *
  25  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  26  * consider that scientific software is very special. Version
  27  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  28  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  29  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  30  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  31  * official version at http://www.gromacs.org.
  32  *
  33  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  34  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  35  */
  36 /*! \libinternal \file
  37  *  \brief Declare utility routines for OpenCL
  38  *
  39  *  \author Anca Hamuraru <anca@streamcomputing.eu>
  40  *  \inlibraryapi
  41  */
  42 #ifndef GMX_GPU_UTILS_OCLUTILS_H
  43 #define GMX_GPU_UTILS_OCLUTILS_H
  44
  45 #include <string>
  46
  47 #include "gromacs/gpu_utils/device_context.h"
  48 #include "gromacs/gpu_utils/gmxopencl.h"
  49 #include "gromacs/gpu_utils/gputraits_ocl.h"
  50 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  51 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  52
  53 enum class GpuApiCallBehavior;
  54
  55 /*! \internal
  56  * \brief OpenCL GPU runtime data
  57  *
  58  * The device runtime data is meant to hold objects associated with a GROMACS rank's
  59  * (thread or process) use of a single device (multiple devices per rank is not
  60  * implemented). These objects should be constructed at ther point where a device
  61  * dets assigned to a rank and released at when this assignment is no longer valid
  62  * (i.e. at cleanup in the current implementation).
  63  *
  64  */
  65 struct gmx_device_runtime_data_t
  66 {
  67     //! OpenCL context
  68     DeviceContext deviceContext;
  69     //! OpenCL program
  70     cl_program program;
  71 };
  72
  73 /*! \brief Launches synchronous or asynchronous device to host memory copy.
  74  *
  75  *  If copy_event is not NULL, on return it will contain an event object
  76  *  identifying this particular device to host operation. The event can further
  77  *  be used to queue a wait for this operation or to query profiling information.
  78  */
  79 int ocl_copy_D2H(void*              h_dest,
  80                  cl_mem             d_src,
  81                  size_t             offset,
  82                  size_t             bytes,
  83                  GpuApiCallBehavior transferKind,
  84                  cl_command_queue   command_queue,
  85                  cl_event*          copy_event);
  86
  87
  88 /*! \brief Launches asynchronous device to host memory copy. */
  89 int ocl_copy_D2H_async(void*            h_dest,
  90                        cl_mem           d_src,
  91                        size_t           offset,
  92                        size_t           bytes,
  93                        cl_command_queue command_queue,
  94                        cl_event*        copy_event);
  95
  96 /*! \brief Launches synchronous or asynchronous host to device memory copy.
  97  *
  98  *  If copy_event is not NULL, on return it will contain an event object
  99  *  identifying this particular host to device operation. The event can further
 100  *  be used to queue a wait for this operation or to query profiling information.
 101  */
 102 int ocl_copy_H2D(cl_mem             d_dest,
 103                  const void*        h_src,
 104                  size_t             offset,
 105                  size_t             bytes,
 106                  GpuApiCallBehavior transferKind,
 107                  cl_command_queue   command_queue,
 108                  cl_event*          copy_event);
 109
 110 /*! \brief Launches asynchronous host to device memory copy. */
 111 int ocl_copy_H2D_async(cl_mem           d_dest,
 112                        const void*      h_src,
 113                        size_t           offset,
 114                        size_t           bytes,
 115                        cl_command_queue command_queue,
 116                        cl_event*        copy_event);
 117
 118 /*! \brief Launches synchronous host to device memory copy. */
 119 int ocl_copy_H2D_sync(cl_mem d_dest, const void* h_src, size_t offset, size_t bytes, cl_command_queue command_queue);
 120
 121 /*! \brief Allocate host memory in malloc style */
 122 void pmalloc(void** h_ptr, size_t nbytes);
 123
 124 /*! \brief Free host memory in malloc style */
 125 void pfree(void* h_ptr);
 126
 127 /*! \brief Convert error code to diagnostic string */
 128 std::string ocl_get_error_string(cl_int error);
 129
 130 /*! \brief Calls clFinish() in the stream \p s.
 131  *
 132  * \param[in] s stream to synchronize with
 133  */
 134 static inline void gpuStreamSynchronize(cl_command_queue s)
 135 {
 136     cl_int cl_error = clFinish(s);
 137     GMX_RELEASE_ASSERT(CL_SUCCESS == cl_error,
 138                        ("Error caught during clFinish:" + ocl_get_error_string(cl_error)).c_str());
 139 }
 140
 141 //! A debug checker to track cl_events being released correctly
 142 inline void ensureReferenceCount(const cl_event& event, unsigned int refCount)
 143 {
 144 #ifndef NDEBUG
 145     cl_int clError = clGetEventInfo(event, CL_EVENT_REFERENCE_COUNT, sizeof(refCount), &refCount, nullptr);
 146     GMX_ASSERT(CL_SUCCESS == clError, ocl_get_error_string(clError).c_str());
 147     GMX_ASSERT(refCount == refCount, "Unexpected reference count");
 148 #else
 149     GMX_UNUSED_VALUE(event);
 150     GMX_UNUSED_VALUE(refCount);
 151 #endif
 152 }
 153
 154 /*! \brief Pretend to synchronize an OpenCL stream (dummy implementation).
 155  *
 156  * \param[in] s queue to check
 157  *
 158  *  \returns     True if all tasks enqueued in the stream \p s (at the time of this call) have completed.
 159  */
 160 static inline bool haveStreamTasksCompleted(cl_command_queue gmx_unused s)
 161 {
 162     GMX_RELEASE_ASSERT(false, "haveStreamTasksCompleted is not implemented for OpenCL");
 163     return false;
 164 }
 165
 166 /* Kernel launch helpers */
 167
 168 /*! \brief
 169  * A function for setting up a single OpenCL kernel argument.
 170  * This is the tail of the compile-time recursive function below.
 171  * It has to be seen by the compiler first.
 172  * As NB kernels might be using dynamic local memory as the last argument,
 173  * this function also manages that, using sharedMemorySize from \p config.
 174  *
 175  * \param[in]     kernel          Kernel function handle
 176  * \param[in]     config          Kernel configuration for launching
 177  * \param[in]     argIndex        Index of the current argument
 178  */
 179 void inline prepareGpuKernelArgument(cl_kernel kernel, const KernelLaunchConfig& config, size_t argIndex)
 180 {
 181     if (config.sharedMemorySize > 0)
 182     {
 183         cl_int gmx_used_in_debug clError =
 184                 clSetKernelArg(kernel, argIndex, config.sharedMemorySize, nullptr);
 185         GMX_ASSERT(CL_SUCCESS == clError, ocl_get_error_string(clError).c_str());
 186     }
 187 }
 188
 189 /*! \brief
 190  * Compile-time recursive function for setting up a single OpenCL kernel argument.
 191  * This function uses one kernel argument pointer \p argPtr to call clSetKernelArg(),
 192  * and calls itself on the next argument, eventually calling the tail function above.
 193  *
 194  * \tparam        CurrentArg      Type of the current argument
 195  * \tparam        RemainingArgs   Types of remaining arguments after the current one
 196  * \param[in]     kernel          Kernel function handle
 197  * \param[in]     config          Kernel configuration for launching
 198  * \param[in]     argIndex        Index of the current argument
 199  * \param[in]     argPtr          Pointer to the current argument
 200  * \param[in]     otherArgsPtrs   Pack of pointers to arguments remaining to process after the current one
 201  */
 202 template<typename CurrentArg, typename... RemainingArgs>
 203 void prepareGpuKernelArgument(cl_kernel                 kernel,
 204                               const KernelLaunchConfig& config,
 205                               size_t                    argIndex,
 206                               const CurrentArg*         argPtr,
 207                               const RemainingArgs*... otherArgsPtrs)
 208 {
 209     cl_int gmx_used_in_debug clError = clSetKernelArg(kernel, argIndex, sizeof(CurrentArg), argPtr);
 210     GMX_ASSERT(CL_SUCCESS == clError, ocl_get_error_string(clError).c_str());
 211
 212     // Assert on types not allowed to be passed to a kernel
 213     // (as per section 6.9 of the OpenCL spec).
 214     static_assert(!std::is_same<CurrentArg, bool>::value && !std::is_same<CurrentArg, size_t>::value
 215                           && !std::is_same<CurrentArg, ptrdiff_t>::value
 216                           && !std::is_same<CurrentArg, intptr_t>::value
 217                           && !std::is_same<CurrentArg, uintptr_t>::value,
 218                   "Invalid type passed to OpenCL kernel functions (see OpenCL spec section 6.9).");
 219
 220     prepareGpuKernelArgument(kernel, config, argIndex + 1, otherArgsPtrs...);
 221 }
 222
 223 /*! \brief
 224  * A wrapper function for setting up all the OpenCL kernel arguments.
 225  * Calls the recursive functions above.
 226  *
 227  * \tparam    Args            Types of all the kernel arguments
 228  * \param[in] kernel          Kernel function handle
 229  * \param[in] config          Kernel configuration for launching
 230  * \param[in] argsPtrs        Pointers to all the kernel arguments
 231  * \returns A handle for the prepared parameter pack to be used with launchGpuKernel() as the last argument
 232  * - currently always nullptr for OpenCL, as it manages kernel/arguments association by itself.
 233  */
 234 template<typename... Args>
 235 void* prepareGpuKernelArguments(cl_kernel kernel, const KernelLaunchConfig& config, const Args*... argsPtrs)
 236 {
 237     prepareGpuKernelArgument(kernel, config, 0, argsPtrs...);
 238     return nullptr;
 239 }
 240
 241 /*! \brief Launches the OpenCL kernel and handles the errors.
 242  *
 243  * \param[in] kernel          Kernel function handle
 244  * \param[in] config          Kernel configuration for launching
 245  * \param[in] timingEvent     Timing event, fetched from GpuRegionTimer
 246  * \param[in] kernelName      Human readable kernel description, for error handling only
 247  * \throws gmx::InternalError on kernel launch failure
 248  */
 249 inline void launchGpuKernel(cl_kernel                 kernel,
 250                             const KernelLaunchConfig& config,
 251                             CommandEvent*             timingEvent,
 252                             const char*               kernelName,
 253                             const void* /*kernelArgs*/)
 254 {
 255     const int       workDimensions   = 3;
 256     const size_t*   globalWorkOffset = nullptr;
 257     const size_t    waitListSize     = 0;
 258     const cl_event* waitList         = nullptr;
 259     size_t          globalWorkSize[3];
 260     for (int i = 0; i < workDimensions; i++)
 261     {
 262         globalWorkSize[i] = config.gridSize[i] * config.blockSize[i];
 263     }
 264     cl_int clError = clEnqueueNDRangeKernel(config.stream, kernel, workDimensions, globalWorkOffset,
 265                                             globalWorkSize, config.blockSize, waitListSize,
 266                                             waitList, timingEvent);
 267     if (CL_SUCCESS != clError)
 268     {
 269         const std::string errorMessage = "GPU kernel (" + std::string(kernelName)
 270                                          + ") failed to launch: " + ocl_get_error_string(clError);
 271         GMX_THROW(gmx::InternalError(errorMessage));
 272     }
 273 }
 274
 275 #endif