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/device_stream.h"
  49 #include "gromacs/gpu_utils/gmxopencl.h"
  50 #include "gromacs/gpu_utils/gputraits_ocl.h"
  51 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  52 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  53
  54 enum class GpuApiCallBehavior;
  55
  56 /*! \internal
  57  * \brief OpenCL GPU runtime data
  58  *
  59  * The device runtime data is meant to hold objects associated with a GROMACS rank's
  60  * (thread or process) use of a single device (multiple devices per rank is not
  61  * implemented). These objects should be constructed at ther point where a device
  62  * dets assigned to a rank and released at when this assignment is no longer valid
  63  * (i.e. at cleanup in the current implementation).
  64  *
  65  */
  66 struct gmx_device_runtime_data_t
  67 {
  68     //! Constructor
  69     gmx_device_runtime_data_t(const DeviceContext& deviceContext) : deviceContext_(deviceContext) {}
  70
  71     //! OpenCL context
  72     const DeviceContext& deviceContext_;
  73     //! OpenCL program
  74     cl_program program;
  75 };
  76
  77 /*! \brief Launches synchronous or asynchronous device to host memory copy.
  78  *
  79  *  If copy_event is not NULL, on return it will contain an event object
  80  *  identifying this particular device to host operation. The event can further
  81  *  be used to queue a wait for this operation or to query profiling information.
  82  */
  83 int ocl_copy_D2H(void*              h_dest,
  84                  cl_mem             d_src,
  85                  size_t             offset,
  86                  size_t             bytes,
  87                  GpuApiCallBehavior transferKind,
  88                  cl_command_queue   command_queue,
  89                  cl_event*          copy_event);
  90
  91
  92 /*! \brief Launches asynchronous device to host memory copy. */
  93 int ocl_copy_D2H_async(void*            h_dest,
  94                        cl_mem           d_src,
  95                        size_t           offset,
  96                        size_t           bytes,
  97                        cl_command_queue command_queue,
  98                        cl_event*        copy_event);
  99
 100 /*! \brief Launches synchronous or asynchronous host to device memory copy.
 101  *
 102  *  If copy_event is not NULL, on return it will contain an event object
 103  *  identifying this particular host to device operation. The event can further
 104  *  be used to queue a wait for this operation or to query profiling information.
 105  */
 106 int ocl_copy_H2D(cl_mem             d_dest,
 107                  const void*        h_src,
 108                  size_t             offset,
 109                  size_t             bytes,
 110                  GpuApiCallBehavior transferKind,
 111                  cl_command_queue   command_queue,
 112                  cl_event*          copy_event);
 113
 114 /*! \brief Launches asynchronous host to device memory copy. */
 115 int ocl_copy_H2D_async(cl_mem           d_dest,
 116                        const void*      h_src,
 117                        size_t           offset,
 118                        size_t           bytes,
 119                        cl_command_queue command_queue,
 120                        cl_event*        copy_event);
 121
 122 /*! \brief Launches synchronous host to device memory copy. */
 123 int ocl_copy_H2D_sync(cl_mem d_dest, const void* h_src, size_t offset, size_t bytes, cl_command_queue command_queue);
 124
 125 /*! \brief Allocate host memory in malloc style */
 126 void pmalloc(void** h_ptr, size_t nbytes);
 127
 128 /*! \brief Free host memory in malloc style */
 129 void pfree(void* h_ptr);
 130
 131 /*! \brief Convert error code to diagnostic string */
 132 std::string ocl_get_error_string(cl_int error);
 133
 134 //! A debug checker to track cl_events being released correctly
 135 inline void ensureReferenceCount(const cl_event& event, unsigned int refCount)
 136 {
 137 #ifndef NDEBUG
 138     cl_int clError = clGetEventInfo(event, CL_EVENT_REFERENCE_COUNT, sizeof(refCount), &refCount, nullptr);
 139     GMX_ASSERT(CL_SUCCESS == clError, ocl_get_error_string(clError).c_str());
 140     GMX_ASSERT(refCount == refCount, "Unexpected reference count");
 141 #else
 142     GMX_UNUSED_VALUE(event);
 143     GMX_UNUSED_VALUE(refCount);
 144 #endif
 145 }
 146
 147 /*! \brief Pretend to synchronize an OpenCL stream (dummy implementation).
 148  *
 149  *  \returns  Not implemented in OpenCL.
 150  */
 151 static inline bool haveStreamTasksCompleted(const DeviceStream& /* deviceStream */)
 152 {
 153     GMX_RELEASE_ASSERT(false, "haveStreamTasksCompleted is not implemented for OpenCL");
 154     return false;
 155 }
 156
 157 /* Kernel launch helpers */
 158
 159 /*! \brief
 160  * A function for setting up a single OpenCL kernel argument.
 161  * This is the tail of the compile-time recursive function below.
 162  * It has to be seen by the compiler first.
 163  * As NB kernels might be using dynamic local memory as the last argument,
 164  * this function also manages that, using sharedMemorySize from \p config.
 165  *
 166  * \param[in]     kernel          Kernel function handle
 167  * \param[in]     config          Kernel configuration for launching
 168  * \param[in]     argIndex        Index of the current argument
 169  */
 170 void inline prepareGpuKernelArgument(cl_kernel kernel, const KernelLaunchConfig& config, size_t argIndex)
 171 {
 172     if (config.sharedMemorySize > 0)
 173     {
 174         cl_int gmx_used_in_debug clError =
 175                 clSetKernelArg(kernel, argIndex, config.sharedMemorySize, nullptr);
 176         GMX_ASSERT(CL_SUCCESS == clError, ocl_get_error_string(clError).c_str());
 177     }
 178 }
 179
 180 /*! \brief
 181  * Compile-time recursive function for setting up a single OpenCL kernel argument.
 182  * This function uses one kernel argument pointer \p argPtr to call clSetKernelArg(),
 183  * and calls itself on the next argument, eventually calling the tail function above.
 184  *
 185  * \tparam        CurrentArg      Type of the current argument
 186  * \tparam        RemainingArgs   Types of remaining arguments after the current one
 187  * \param[in]     kernel          Kernel function handle
 188  * \param[in]     config          Kernel configuration for launching
 189  * \param[in]     argIndex        Index of the current argument
 190  * \param[in]     argPtr          Pointer to the current argument
 191  * \param[in]     otherArgsPtrs   Pack of pointers to arguments remaining to process after the current one
 192  */
 193 template<typename CurrentArg, typename... RemainingArgs>
 194 void prepareGpuKernelArgument(cl_kernel                 kernel,
 195                               const KernelLaunchConfig& config,
 196                               size_t                    argIndex,
 197                               const CurrentArg*         argPtr,
 198                               const RemainingArgs*... otherArgsPtrs)
 199 {
 200     cl_int gmx_used_in_debug clError = clSetKernelArg(kernel, argIndex, sizeof(CurrentArg), argPtr);
 201     GMX_ASSERT(CL_SUCCESS == clError, ocl_get_error_string(clError).c_str());
 202
 203     // Assert on types not allowed to be passed to a kernel
 204     // (as per section 6.9 of the OpenCL spec).
 205     static_assert(!std::is_same<CurrentArg, bool>::value && !std::is_same<CurrentArg, size_t>::value
 206                           && !std::is_same<CurrentArg, ptrdiff_t>::value
 207                           && !std::is_same<CurrentArg, intptr_t>::value
 208                           && !std::is_same<CurrentArg, uintptr_t>::value,
 209                   "Invalid type passed to OpenCL kernel functions (see OpenCL spec section 6.9).");
 210
 211     prepareGpuKernelArgument(kernel, config, argIndex + 1, otherArgsPtrs...);
 212 }
 213
 214 /*! \brief
 215  * A wrapper function for setting up all the OpenCL kernel arguments.
 216  * Calls the recursive functions above.
 217  *
 218  * \tparam    Args            Types of all the kernel arguments
 219  * \param[in] kernel          Kernel function handle
 220  * \param[in] config          Kernel configuration for launching
 221  * \param[in] argsPtrs        Pointers to all the kernel arguments
 222  * \returns A handle for the prepared parameter pack to be used with launchGpuKernel() as the last argument
 223  * - currently always nullptr for OpenCL, as it manages kernel/arguments association by itself.
 224  */
 225 template<typename... Args>
 226 void* prepareGpuKernelArguments(cl_kernel kernel, const KernelLaunchConfig& config, const Args*... argsPtrs)
 227 {
 228     prepareGpuKernelArgument(kernel, config, 0, argsPtrs...);
 229     return nullptr;
 230 }
 231
 232 /*! \brief Launches the OpenCL kernel and handles the errors.
 233  *
 234  * \param[in] kernel          Kernel function handle
 235  * \param[in] config          Kernel configuration for launching
 236  * \param[in] deviceStream    GPU stream to launch kernel in
 237  * \param[in] timingEvent     Timing event, fetched from GpuRegionTimer
 238  * \param[in] kernelName      Human readable kernel description, for error handling only
 239  * \throws gmx::InternalError on kernel launch failure
 240  */
 241 inline void launchGpuKernel(cl_kernel                 kernel,
 242                             const KernelLaunchConfig& config,
 243                             const DeviceStream&       deviceStream,
 244                             CommandEvent*             timingEvent,
 245                             const char*               kernelName,
 246                             const void* /*kernelArgs*/)
 247 {
 248     const int       workDimensions   = 3;
 249     const size_t*   globalWorkOffset = nullptr;
 250     const size_t    waitListSize     = 0;
 251     const cl_event* waitList         = nullptr;
 252     size_t          globalWorkSize[3];
 253     for (int i = 0; i < workDimensions; i++)
 254     {
 255         globalWorkSize[i] = config.gridSize[i] * config.blockSize[i];
 256     }
 257     cl_int clError = clEnqueueNDRangeKernel(deviceStream.stream(), kernel, workDimensions,
 258                                             globalWorkOffset, globalWorkSize, config.blockSize,
 259                                             waitListSize, waitList, timingEvent);
 260     if (CL_SUCCESS != clError)
 261     {
 262         const std::string errorMessage = "GPU kernel (" + std::string(kernelName)
 263                                          + ") failed to launch: " + ocl_get_error_string(clError);
 264         GMX_THROW(gmx::InternalError(errorMessage));
 265     }
 266 }
 267
 268 #endif