src/gromacs/legacyheaders/types/nbnxn_pairlist.h

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  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) 2001-2012, 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  * Gallium Rubidium Oxygen Manganese Argon Carbon Silicon
  34  */
  35
  36 #ifndef _nbnxn_pairlist_h
  37 #define _nbnxn_pairlist_h
  38
  39 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  40 #  include <config.h>
  41 #endif
  42
  43 #ifdef __cplusplus
  44 extern "C" {
  45 #endif
  46
  47 /* A buffer data structure of 64 bytes
  48  * to be placed at the beginning and end of structs
  49  * to avoid cache invalidation of the real contents
  50  * of the struct by writes to neighboring memory.
  51  */
  52 typedef struct {
  53     int dummy[16];
  54 } gmx_cache_protect_t;
  55
  56 /* Abstract type for pair searching data */
  57 typedef struct nbnxn_search * nbnxn_search_t;
  58
  59 /* Function that should return a pointer *ptr to memory
  60  * of size nbytes.
  61  * Error handling should be done within this function.
  62  */
  63 typedef void nbnxn_alloc_t (void **ptr, size_t nbytes);
  64
  65 /* Function that should free the memory pointed to by *ptr.
  66  * NULL should not be passed to this function.
  67  */
  68 typedef void nbnxn_free_t (void *ptr);
  69
  70 /* This is the actual cluster-pair list j-entry.
  71  * cj is the j-cluster.
  72  * The interaction bits in excl are indexed i-major, j-minor.
  73  * The cj entries are sorted such that ones with exclusions come first.
  74  * This means that once a full mask (=NBNXN_INTERACTION_MASK_ALL)
  75  * is found, all subsequent j-entries in the i-entry also have full masks.
  76  */
  77 typedef struct {
  78     int      cj;    /* The j-cluster                    */
  79     unsigned excl;  /* The exclusion (interaction) bits */
  80 #ifdef GMX_CPU_ACCELERATION_IBM_QPX
  81     /* Indices into the arrays of SIMD interaction masks. */
  82     char     interaction_mask_indices[4];
  83 #endif
  84 } nbnxn_cj_t;
  85
  86 /* In nbnxn_ci_t the integer shift contains the shift in the lower 7 bits.
  87  * The upper bits contain information for non-bonded kernel optimization.
  88  * Simply calculating LJ and Coulomb for all pairs in a cluster pair is fine.
  89  * But three flags can be used to skip interactions, currently only for subc=0
  90  * !(shift & NBNXN_CI_DO_LJ(subc))   => we can skip LJ for all pairs
  91  * shift & NBNXN_CI_HALF_LJ(subc)    => we can skip LJ for the second half of i
  92  * !(shift & NBNXN_CI_DO_COUL(subc)) => we can skip Coulomb for all pairs
  93  */
  94 #define NBNXN_CI_SHIFT          127
  95 #define NBNXN_CI_DO_LJ(subc)    (1<<(7+3*(subc)))
  96 #define NBNXN_CI_HALF_LJ(subc)  (1<<(8+3*(subc)))
  97 #define NBNXN_CI_DO_COUL(subc)  (1<<(9+3*(subc)))
  98
  99 /* Simple pair-list i-unit */
 100 typedef struct {
 101     int ci;             /* i-cluster             */
 102     int shift;          /* Shift vector index plus possible flags, see above */
 103     int cj_ind_start;   /* Start index into cj   */
 104     int cj_ind_end;     /* End index into cj     */
 105 } nbnxn_ci_t;
 106
 107 /* Grouped pair-list i-unit */
 108 typedef struct {
 109     int sci;            /* i-super-cluster       */
 110     int shift;          /* Shift vector index plus possible flags */
 111     int cj4_ind_start;  /* Start index into cj4  */
 112     int cj4_ind_end;    /* End index into cj4    */
 113 } nbnxn_sci_t;
 114
 115 typedef struct {
 116     unsigned imask;        /* The i-cluster interactions mask for 1 warp  */
 117     int      excl_ind;     /* Index into the exclusion array for 1 warp   */
 118 } nbnxn_im_ei_t;
 119
 120 typedef struct {
 121     int           cj[4];   /* The 4 j-clusters                            */
 122     nbnxn_im_ei_t imei[2]; /* The i-cluster mask data       for 2 warps   */
 123 } nbnxn_cj4_t;
 124
 125 typedef struct {
 126     unsigned pair[32];     /* Topology exclusion interaction bits for one warp,
 127                             * each unsigned has bitS for 4*8 i clusters
 128                             */
 129 } nbnxn_excl_t;
 130
 131 typedef struct {
 132     gmx_cache_protect_t cp0;
 133
 134     nbnxn_alloc_t      *alloc;
 135     nbnxn_free_t       *free;
 136
 137     gmx_bool            bSimple;         /* Simple list has na_sc=na_s and uses cj   *
 138                                           * Complex list uses cj4                    */
 139
 140     int                     na_ci;       /* The number of atoms per i-cluster        */
 141     int                     na_cj;       /* The number of atoms per j-cluster        */
 142     int                     na_sc;       /* The number of atoms per super cluster    */
 143     real                    rlist;       /* The radius for constructing the list     */
 144     int                     nci;         /* The number of i-clusters in the list     */
 145     nbnxn_ci_t             *ci;          /* The i-cluster list, size nci             */
 146     int                     ci_nalloc;   /* The allocation size of ci                */
 147     int                     nsci;        /* The number of i-super-clusters in the list */
 148     nbnxn_sci_t            *sci;         /* The i-super-cluster list                 */
 149     int                     sci_nalloc;  /* The allocation size of sci               */
 150
 151     int                     ncj;         /* The number of j-clusters in the list     */
 152     nbnxn_cj_t             *cj;          /* The j-cluster list, size ncj             */
 153     int                     cj_nalloc;   /* The allocation size of cj                */
 154
 155     int                     ncj4;        /* The total number of 4*j clusters         */
 156     nbnxn_cj4_t            *cj4;         /* The 4*j cluster list, size ncj4          */
 157     int                     cj4_nalloc;  /* The allocation size of cj4               */
 158     int                     nexcl;       /* The count for excl                       */
 159     nbnxn_excl_t           *excl;        /* Atom interaction bits (non-exclusions)   */
 160     int                     excl_nalloc; /* The allocation size for excl             */
 161     int                     nci_tot;     /* The total number of i clusters           */
 162
 163     struct nbnxn_list_work *work;
 164
 165     gmx_cache_protect_t     cp1;
 166 } nbnxn_pairlist_t;
 167
 168 typedef struct {
 169     int                nnbl;        /* number of lists */
 170     nbnxn_pairlist_t **nbl;         /* lists */
 171     gmx_bool           bCombined;   /* TRUE if lists get combined into one (the 1st) */
 172     gmx_bool           bSimple;     /* TRUE if the list of of type "simple"
 173                                        (na_sc=na_s, no super-clusters used) */
 174     int                natpair_ljq; /* Total number of atom pairs for LJ+Q kernel */
 175     int                natpair_lj;  /* Total number of atom pairs for LJ kernel   */
 176     int                natpair_q;   /* Total number of atom pairs for Q kernel    */
 177 } nbnxn_pairlist_set_t;
 178
 179 enum {
 180     nbatXYZ, nbatXYZQ, nbatX4, nbatX8
 181 };
 182
 183 typedef struct {
 184     real *f;      /* f, size natoms*fstride                             */
 185     real *fshift; /* Shift force array, size SHIFTS*DIM                 */
 186     int   nV;     /* The size of *Vvdw and *Vc                          */
 187     real *Vvdw;   /* Temporary Van der Waals group energy storage       */
 188     real *Vc;     /* Temporary Coulomb group energy storage             */
 189     int   nVS;    /* The size of *VSvdw and *VSc                        */
 190     real *VSvdw;  /* Temporary SIMD Van der Waals group energy storage  */
 191     real *VSc;    /* Temporary SIMD Coulomb group energy storage        */
 192 } nbnxn_atomdata_output_t;
 193
 194 /* Block size in atoms for the non-bonded thread force-buffer reduction,
 195  * should be a multiple of all cell and x86 SIMD sizes (i.e. 2, 4 and 8).
 196  * Should be small to reduce the reduction and zeroing cost,
 197  * but too small will result in overhead.
 198  * Currently the block size is NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE*3*sizeof(real)=192 bytes.
 199  */
 200 #ifdef GMX_DOUBLE
 201 #define NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE   8
 202 #else
 203 #define NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE  16
 204 #endif
 205
 206 /* We currently store the reduction flags as bits in an unsigned int.
 207  * In most cases this limits the number of flags to 32.
 208  * The reduction will automatically disable the flagging and do a full
 209  * reduction when the flags won't fit, but this will lead to very slow
 210  * reduction. As we anyhow don't expect reasonable performance with
 211  * more than 32 threads, we put in this hard limit.
 212  * You can increase this number, but the reduction will be very slow.
 213  */
 214 #define NBNXN_BUFFERFLAG_MAX_THREADS  32
 215
 216 /* Flags for telling if threads write to force output buffers */
 217 typedef struct {
 218     int       nflag;       /* The number of flag blocks                         */
 219     unsigned *flag;        /* Bit i is set when thread i writes to a cell-block */
 220     int       flag_nalloc; /* Allocation size of cxy_flag                       */
 221 } nbnxn_buffer_flags_t;
 222
 223 /* LJ combination rules: geometric, Lorentz-Berthelot, none */
 224 enum {
 225     ljcrGEOM, ljcrLB, ljcrNONE, ljcrNR
 226 };
 227
 228 typedef struct {
 229     nbnxn_alloc_t           *alloc;
 230     nbnxn_free_t            *free;
 231     int                      ntype;           /* The number of different atom types                 */
 232     real                    *nbfp;            /* Lennard-Jones 6*C6 and 12*C12 params, size ntype^2*2 */
 233     int                      comb_rule;       /* Combination rule, see enum above                   */
 234     real                    *nbfp_comb;       /* LJ parameter per atom type, size ntype*2           */
 235     real                    *nbfp_s4;         /* As nbfp, but with stride 4, size ntype^2*4. This
 236                                                * might suit 4-wide SIMD loads of two values (e.g.
 237                                                * two floats in single precision on x86).            */
 238     int                      natoms;          /* Number of atoms                                    */
 239     int                      natoms_local;    /* Number of local atoms                           */
 240     int                     *type;            /* Atom types                                         */
 241     real                    *lj_comb;         /* LJ parameters per atom for combining for pairs     */
 242     int                      XFormat;         /* The format of x (and q), enum                      */
 243     int                      FFormat;         /* The format of f, enum                              */
 244     real                    *q;               /* Charges, can be NULL if incorporated in x          */
 245     int                      na_c;            /* The number of atoms per cluster                    */
 246     int                      nenergrp;        /* The number of energy groups                        */
 247     int                      neg_2log;        /* Log2 of nenergrp                                   */
 248     int                     *energrp;         /* The energy groups per cluster, can be NULL         */
 249     gmx_bool                 bDynamicBox;     /* Do we need to update shift_vec every step?    */
 250     rvec                    *shift_vec;       /* Shift vectors, copied from t_forcerec              */
 251     int                      xstride;         /* stride for a coordinate in x (usually 3 or 4)      */
 252     int                      fstride;         /* stride for a coordinate in f (usually 3 or 4)      */
 253     real                    *x;               /* x and possibly q, size natoms*xstride              */
 254
 255     /* j-atom minus i-atom index for generating self and Newton exclusions
 256      * cluster-cluster pairs of the diagonal, for 4xn and 2xnn kernels.
 257      */
 258     real                    *simd_4xn_diagonal_j_minus_i;
 259     real                    *simd_2xnn_diagonal_j_minus_i;
 260     /* Filters for topology exclusion masks for the SIMD kernels.
 261      * filter2 is the same as filter1, but with each element duplicated.
 262      */
 263     unsigned                *simd_exclusion_filter1;
 264     unsigned                *simd_exclusion_filter2;
 265 #ifdef GMX_CPU_ACCELERATION_IBM_QPX
 266     real                    *simd_interaction_array; /* Array of masks needed for exclusions on QPX */
 267 #endif
 268     int                      nout;                   /* The number of force arrays                         */
 269     nbnxn_atomdata_output_t *out;                    /* Output data structures               */
 270     int                      nalloc;                 /* Allocation size of all arrays (for x/f *x/fstride) */
 271     gmx_bool                 bUseBufferFlags;        /* Use the flags or operate on all atoms     */
 272     nbnxn_buffer_flags_t     buffer_flags;           /* Flags for buffer zeroing+reduc.  */
 273 } nbnxn_atomdata_t;
 274
 275 #ifdef __cplusplus
 276 }
 277 #endif
 278
 279 #endif