src/gromacs/mdlib/forcerec.c

   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  *                        VERSION 3.2.0
  11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  15
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * GROwing Monsters And Cloning Shrimps
  35  */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <math.h>
  41 #include <string.h>
  42 #include <assert.h>
  43 #include "sysstuff.h"
  44 #include "typedefs.h"
  45 #include "vec.h"
  46 #include "maths.h"
  47 #include "macros.h"
  48 #include "smalloc.h"
  49 #include "macros.h"
  50 #include "gmx_fatal.h"
  51 #include "gmx_fatal_collective.h"
  52 #include "physics.h"
  53 #include "force.h"
  54 #include "tables.h"
  55 #include "nonbonded.h"
  56 #include "invblock.h"
  57 #include "names.h"
  58 #include "network.h"
  59 #include "pbc.h"
  60 #include "ns.h"
  61 #include "mshift.h"
  62 #include "txtdump.h"
  63 #include "coulomb.h"
  64 #include "md_support.h"
  65 #include "md_logging.h"
  66 #include "domdec.h"
  67 #include "partdec.h"
  68 #include "qmmm.h"
  69 #include "copyrite.h"
  70 #include "mtop_util.h"
  71 #include "nbnxn_search.h"
  72 #include "nbnxn_atomdata.h"
  73 #include "nbnxn_consts.h"
  74 #include "statutil.h"
  75 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  76 #include "gmx_detect_hardware.h"
  77
  78 #ifdef _MSC_VER
  79 /* MSVC definition for __cpuid() */
  80 #include <intrin.h>
  81 #endif
  82
  83 #include "types/nbnxn_cuda_types_ext.h"
  84 #include "gpu_utils.h"
  85 #include "nbnxn_cuda_data_mgmt.h"
  86 #include "pmalloc_cuda.h"
  87
  88 t_forcerec *mk_forcerec(void)
  89 {
  90     t_forcerec *fr;
  91
  92     snew(fr, 1);
  93
  94     return fr;
  95 }
  96
  97 #ifdef DEBUG
  98 static void pr_nbfp(FILE *fp, real *nbfp, gmx_bool bBHAM, int atnr)
  99 {
 100     int i, j;
 101
 102     for (i = 0; (i < atnr); i++)
 103     {
 104         for (j = 0; (j < atnr); j++)
 105         {
 106             fprintf(fp, "%2d - %2d", i, j);
 107             if (bBHAM)
 108             {
 109                 fprintf(fp, "  a=%10g, b=%10g, c=%10g\n", BHAMA(nbfp, atnr, i, j),
 110                         BHAMB(nbfp, atnr, i, j), BHAMC(nbfp, atnr, i, j)/6.0);
 111             }
 112             else
 113             {
 114                 fprintf(fp, "  c6=%10g, c12=%10g\n", C6(nbfp, atnr, i, j)/6.0,
 115                         C12(nbfp, atnr, i, j)/12.0);
 116             }
 117         }
 118     }
 119 }
 120 #endif
 121
 122 static real *mk_nbfp(const gmx_ffparams_t *idef, gmx_bool bBHAM)
 123 {
 124     real *nbfp;
 125     int   i, j, k, atnr;
 126
 127     atnr = idef->atnr;
 128     if (bBHAM)
 129     {
 130         snew(nbfp, 3*atnr*atnr);
 131         for (i = k = 0; (i < atnr); i++)
 132         {
 133             for (j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 134             {
 135                 BHAMA(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.a;
 136                 BHAMB(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.b;
 137                 /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
 138                 BHAMC(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.c*6.0;
 139             }
 140         }
 141     }
 142     else
 143     {
 144         snew(nbfp, 2*atnr*atnr);
 145         for (i = k = 0; (i < atnr); i++)
 146         {
 147             for (j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 148             {
 149                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
 150                 C6(nbfp, atnr, i, j)   = idef->iparams[k].lj.c6*6.0;
 151                 C12(nbfp, atnr, i, j)  = idef->iparams[k].lj.c12*12.0;
 152             }
 153         }
 154     }
 155
 156     return nbfp;
 157 }
 158
 159 /* This routine sets fr->solvent_opt to the most common solvent in the
 160  * system, e.g. esolSPC or esolTIP4P. It will also mark each charge group in
 161  * the fr->solvent_type array with the correct type (or esolNO).
 162  *
 163  * Charge groups that fulfill the conditions but are not identical to the
 164  * most common one will be marked as esolNO in the solvent_type array.
 165  *
 166  * TIP3p is identical to SPC for these purposes, so we call it
 167  * SPC in the arrays (Apologies to Bill Jorgensen ;-)
 168  *
 169  * NOTE: QM particle should not
 170  * become an optimized solvent. Not even if there is only one charge
 171  * group in the Qm
 172  */
 173
 174 typedef struct
 175 {
 176     int    model;
 177     int    count;
 178     int    vdwtype[4];
 179     real   charge[4];
 180 } solvent_parameters_t;
 181
 182 static void
 183 check_solvent_cg(const gmx_moltype_t    *molt,
 184                  int                     cg0,
 185                  int                     nmol,
 186                  const unsigned char    *qm_grpnr,
 187                  const t_grps           *qm_grps,
 188                  t_forcerec   *          fr,
 189                  int                    *n_solvent_parameters,
 190                  solvent_parameters_t  **solvent_parameters_p,
 191                  int                     cginfo,
 192                  int                    *cg_sp)
 193 {
 194     const t_blocka     *  excl;
 195     t_atom               *atom;
 196     int                   j, k;
 197     int                   j0, j1, nj;
 198     gmx_bool              perturbed;
 199     gmx_bool              has_vdw[4];
 200     gmx_bool              match;
 201     real                  tmp_charge[4];
 202     int                   tmp_vdwtype[4];
 203     int                   tjA;
 204     gmx_bool              qm;
 205     solvent_parameters_t *solvent_parameters;
 206
 207     /* We use a list with parameters for each solvent type.
 208      * Every time we discover a new molecule that fulfills the basic
 209      * conditions for a solvent we compare with the previous entries
 210      * in these lists. If the parameters are the same we just increment
 211      * the counter for that type, and otherwise we create a new type
 212      * based on the current molecule.
 213      *
 214      * Once we've finished going through all molecules we check which
 215      * solvent is most common, and mark all those molecules while we
 216      * clear the flag on all others.
 217      */
 218
 219     solvent_parameters = *solvent_parameters_p;
 220
 221     /* Mark the cg first as non optimized */
 222     *cg_sp = -1;
 223
 224     /* Check if this cg has no exclusions with atoms in other charge groups
 225      * and all atoms inside the charge group excluded.
 226      * We only have 3 or 4 atom solvent loops.
 227      */
 228     if (GET_CGINFO_EXCL_INTER(cginfo) ||
 229         !GET_CGINFO_EXCL_INTRA(cginfo))
 230     {
 231         return;
 232     }
 233
 234     /* Get the indices of the first atom in this charge group */
 235     j0     = molt->cgs.index[cg0];
 236     j1     = molt->cgs.index[cg0+1];
 237
 238     /* Number of atoms in our molecule */
 239     nj     = j1 - j0;
 240
 241     if (debug)
 242     {
 243         fprintf(debug,
 244                 "Moltype '%s': there are %d atoms in this charge group\n",
 245                 *molt->name, nj);
 246     }
 247
 248     /* Check if it could be an SPC (3 atoms) or TIP4p (4) water,
 249      * otherwise skip it.
 250      */
 251     if (nj < 3 || nj > 4)
 252     {
 253         return;
 254     }
 255
 256     /* Check if we are doing QM on this group */
 257     qm = FALSE;
 258     if (qm_grpnr != NULL)
 259     {
 260         for (j = j0; j < j1 && !qm; j++)
 261         {
 262             qm = (qm_grpnr[j] < qm_grps->nr - 1);
 263         }
 264     }
 265     /* Cannot use solvent optimization with QM */
 266     if (qm)
 267     {
 268         return;
 269     }
 270
 271     atom = molt->atoms.atom;
 272
 273     /* Still looks like a solvent, time to check parameters */
 274
 275     /* If it is perturbed (free energy) we can't use the solvent loops,
 276      * so then we just skip to the next molecule.
 277      */
 278     perturbed = FALSE;
 279
 280     for (j = j0; j < j1 && !perturbed; j++)
 281     {
 282         perturbed = PERTURBED(atom[j]);
 283     }
 284
 285     if (perturbed)
 286     {
 287         return;
 288     }
 289
 290     /* Now it's only a question if the VdW and charge parameters
 291      * are OK. Before doing the check we compare and see if they are
 292      * identical to a possible previous solvent type.
 293      * First we assign the current types and charges.
 294      */
 295     for (j = 0; j < nj; j++)
 296     {
 297         tmp_vdwtype[j] = atom[j0+j].type;
 298         tmp_charge[j]  = atom[j0+j].q;
 299     }
 300
 301     /* Does it match any previous solvent type? */
 302     for (k = 0; k < *n_solvent_parameters; k++)
 303     {
 304         match = TRUE;
 305
 306
 307         /* We can only match SPC with 3 atoms and TIP4p with 4 atoms */
 308         if ( (solvent_parameters[k].model == esolSPC   && nj != 3)  ||
 309              (solvent_parameters[k].model == esolTIP4P && nj != 4) )
 310         {
 311             match = FALSE;
 312         }
 313
 314         /* Check that types & charges match for all atoms in molecule */
 315         for (j = 0; j < nj && match == TRUE; j++)
 316         {
 317             if (tmp_vdwtype[j] != solvent_parameters[k].vdwtype[j])
 318             {
 319                 match = FALSE;
 320             }
 321             if (tmp_charge[j] != solvent_parameters[k].charge[j])
 322             {
 323                 match = FALSE;
 324             }
 325         }
 326         if (match == TRUE)
 327         {
 328             /* Congratulations! We have a matched solvent.
 329              * Flag it with this type for later processing.
 330              */
 331             *cg_sp = k;
 332             solvent_parameters[k].count += nmol;
 333
 334             /* We are done with this charge group */
 335             return;
 336         }
 337     }
 338
 339     /* If we get here, we have a tentative new solvent type.
 340      * Before we add it we must check that it fulfills the requirements
 341      * of the solvent optimized loops. First determine which atoms have
 342      * VdW interactions.
 343      */
 344     for (j = 0; j < nj; j++)
 345     {
 346         has_vdw[j] = FALSE;
 347         tjA        = tmp_vdwtype[j];
 348
 349         /* Go through all other tpes and see if any have non-zero
 350          * VdW parameters when combined with this one.
 351          */
 352         for (k = 0; k < fr->ntype && (has_vdw[j] == FALSE); k++)
 353         {
 354             /* We already checked that the atoms weren't perturbed,
 355              * so we only need to check state A now.
 356              */
 357             if (fr->bBHAM)
 358             {
 359                 has_vdw[j] = (has_vdw[j] ||
 360                               (BHAMA(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0) ||
 361                               (BHAMB(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0) ||
 362                               (BHAMC(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0));
 363             }
 364             else
 365             {
 366                 /* Standard LJ */
 367                 has_vdw[j] = (has_vdw[j] ||
 368                               (C6(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k)  != 0.0) ||
 369                               (C12(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0));
 370             }
 371         }
 372     }
 373
 374     /* Now we know all we need to make the final check and assignment. */
 375     if (nj == 3)
 376     {
 377         /* So, is it an SPC?
 378          * For this we require thatn all atoms have charge,
 379          * the charges on atom 2 & 3 should be the same, and only
 380          * atom 1 might have VdW.
 381          */
 382         if (has_vdw[1] == FALSE &&
 383             has_vdw[2] == FALSE &&
 384             tmp_charge[0]  != 0 &&
 385             tmp_charge[1]  != 0 &&
 386             tmp_charge[2]  == tmp_charge[1])
 387         {
 388             srenew(solvent_parameters, *n_solvent_parameters+1);
 389             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].model = esolSPC;
 390             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].count = nmol;
 391             for (k = 0; k < 3; k++)
 392             {
 393                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].vdwtype[k] = tmp_vdwtype[k];
 394                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].charge[k]  = tmp_charge[k];
 395             }
 396
 397             *cg_sp = *n_solvent_parameters;
 398             (*n_solvent_parameters)++;
 399         }
 400     }
 401     else if (nj == 4)
 402     {
 403         /* Or could it be a TIP4P?
 404          * For this we require thatn atoms 2,3,4 have charge, but not atom 1.
 405          * Only atom 1 mght have VdW.
 406          */
 407         if (has_vdw[1] == FALSE &&
 408             has_vdw[2] == FALSE &&
 409             has_vdw[3] == FALSE &&
 410             tmp_charge[0]  == 0 &&
 411             tmp_charge[1]  != 0 &&
 412             tmp_charge[2]  == tmp_charge[1] &&
 413             tmp_charge[3]  != 0)
 414         {
 415             srenew(solvent_parameters, *n_solvent_parameters+1);
 416             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].model = esolTIP4P;
 417             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].count = nmol;
 418             for (k = 0; k < 4; k++)
 419             {
 420                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].vdwtype[k] = tmp_vdwtype[k];
 421                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].charge[k]  = tmp_charge[k];
 422             }
 423
 424             *cg_sp = *n_solvent_parameters;
 425             (*n_solvent_parameters)++;
 426         }
 427     }
 428
 429     *solvent_parameters_p = solvent_parameters;
 430 }
 431
 432 static void
 433 check_solvent(FILE  *                fp,
 434               const gmx_mtop_t  *    mtop,
 435               t_forcerec  *          fr,
 436               cginfo_mb_t           *cginfo_mb)
 437 {
 438     const t_block     *   cgs;
 439     const t_block     *   mols;
 440     const gmx_moltype_t  *molt;
 441     int                   mb, mol, cg_mol, at_offset, cg_offset, am, cgm, i, nmol_ch, nmol;
 442     int                   n_solvent_parameters;
 443     solvent_parameters_t *solvent_parameters;
 444     int                 **cg_sp;
 445     int                   bestsp, bestsol;
 446
 447     if (debug)
 448     {
 449         fprintf(debug, "Going to determine what solvent types we have.\n");
 450     }
 451
 452     mols = &mtop->mols;
 453
 454     n_solvent_parameters = 0;
 455     solvent_parameters   = NULL;
 456     /* Allocate temporary array for solvent type */
 457     snew(cg_sp, mtop->nmolblock);
 458
 459     cg_offset = 0;
 460     at_offset = 0;
 461     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 462     {
 463         molt = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type];
 464         cgs  = &molt->cgs;
 465         /* Here we have to loop over all individual molecules
 466          * because we need to check for QMMM particles.
 467          */
 468         snew(cg_sp[mb], cginfo_mb[mb].cg_mod);
 469         nmol_ch = cginfo_mb[mb].cg_mod/cgs->nr;
 470         nmol    = mtop->molblock[mb].nmol/nmol_ch;
 471         for (mol = 0; mol < nmol_ch; mol++)
 472         {
 473             cgm = mol*cgs->nr;
 474             am  = mol*cgs->index[cgs->nr];
 475             for (cg_mol = 0; cg_mol < cgs->nr; cg_mol++)
 476             {
 477                 check_solvent_cg(molt, cg_mol, nmol,
 478                                  mtop->groups.grpnr[egcQMMM] ?
 479                                  mtop->groups.grpnr[egcQMMM]+at_offset+am : 0,
 480                                  &mtop->groups.grps[egcQMMM],
 481                                  fr,
 482                                  &n_solvent_parameters, &solvent_parameters,
 483                                  cginfo_mb[mb].cginfo[cgm+cg_mol],
 484                                  &cg_sp[mb][cgm+cg_mol]);
 485             }
 486         }
 487         cg_offset += cgs->nr;
 488         at_offset += cgs->index[cgs->nr];
 489     }
 490
 491     /* Puh! We finished going through all charge groups.
 492      * Now find the most common solvent model.
 493      */
 494
 495     /* Most common solvent this far */
 496     bestsp = -2;
 497     for (i = 0; i < n_solvent_parameters; i++)
 498     {
 499         if (bestsp == -2 ||
 500             solvent_parameters[i].count > solvent_parameters[bestsp].count)
 501         {
 502             bestsp = i;
 503         }
 504     }
 505
 506     if (bestsp >= 0)
 507     {
 508         bestsol = solvent_parameters[bestsp].model;
 509     }
 510     else
 511     {
 512         bestsol = esolNO;
 513     }
 514
 515 #ifdef DISABLE_WATER_NLIST
 516     bestsol = esolNO;
 517 #endif
 518
 519     fr->nWatMol = 0;
 520     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 521     {
 522         cgs  = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].cgs;
 523         nmol = (mtop->molblock[mb].nmol*cgs->nr)/cginfo_mb[mb].cg_mod;
 524         for (i = 0; i < cginfo_mb[mb].cg_mod; i++)
 525         {
 526             if (cg_sp[mb][i] == bestsp)
 527             {
 528                 SET_CGINFO_SOLOPT(cginfo_mb[mb].cginfo[i], bestsol);
 529                 fr->nWatMol += nmol;
 530             }
 531             else
 532             {
 533                 SET_CGINFO_SOLOPT(cginfo_mb[mb].cginfo[i], esolNO);
 534             }
 535         }
 536         sfree(cg_sp[mb]);
 537     }
 538     sfree(cg_sp);
 539
 540     if (bestsol != esolNO && fp != NULL)
 541     {
 542         fprintf(fp, "\nEnabling %s-like water optimization for %d molecules.\n\n",
 543                 esol_names[bestsol],
 544                 solvent_parameters[bestsp].count);
 545     }
 546
 547     sfree(solvent_parameters);
 548     fr->solvent_opt = bestsol;
 549 }
 550
 551 enum {
 552     acNONE = 0, acCONSTRAINT, acSETTLE
 553 };
 554
 555 static cginfo_mb_t *init_cginfo_mb(FILE *fplog, const gmx_mtop_t *mtop,
 556                                    t_forcerec *fr, gmx_bool bNoSolvOpt,
 557                                    gmx_bool *bExcl_IntraCGAll_InterCGNone)
 558 {
 559     const t_block        *cgs;
 560     const t_blocka       *excl;
 561     const gmx_moltype_t  *molt;
 562     const gmx_molblock_t *molb;
 563     cginfo_mb_t          *cginfo_mb;
 564     gmx_bool             *type_VDW;
 565     int                  *cginfo;
 566     int                   cg_offset, a_offset, cgm, am;
 567     int                   mb, m, ncg_tot, cg, a0, a1, gid, ai, j, aj, excl_nalloc;
 568     int                  *a_con;
 569     int                   ftype;
 570     int                   ia;
 571     gmx_bool              bId, *bExcl, bExclIntraAll, bExclInter, bHaveVDW, bHaveQ;
 572
 573     ncg_tot = ncg_mtop(mtop);
 574     snew(cginfo_mb, mtop->nmolblock);
 575
 576     snew(type_VDW, fr->ntype);
 577     for (ai = 0; ai < fr->ntype; ai++)
 578     {
 579         type_VDW[ai] = FALSE;
 580         for (j = 0; j < fr->ntype; j++)
 581         {
 582             type_VDW[ai] = type_VDW[ai] ||
 583                 fr->bBHAM ||
 584                 C6(fr->nbfp, fr->ntype, ai, j) != 0 ||
 585                 C12(fr->nbfp, fr->ntype, ai, j) != 0;
 586         }
 587     }
 588
 589     *bExcl_IntraCGAll_InterCGNone = TRUE;
 590
 591     excl_nalloc = 10;
 592     snew(bExcl, excl_nalloc);
 593     cg_offset = 0;
 594     a_offset  = 0;
 595     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 596     {
 597         molb = &mtop->molblock[mb];
 598         molt = &mtop->moltype[molb->type];
 599         cgs  = &molt->cgs;
 600         excl = &molt->excls;
 601
 602         /* Check if the cginfo is identical for all molecules in this block.
 603          * If so, we only need an array of the size of one molecule.
 604          * Otherwise we make an array of #mol times #cgs per molecule.
 605          */
 606         bId = TRUE;
 607         am  = 0;
 608         for (m = 0; m < molb->nmol; m++)
 609         {
 610             am = m*cgs->index[cgs->nr];
 611             for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
 612             {
 613                 a0 = cgs->index[cg];
 614                 a1 = cgs->index[cg+1];
 615                 if (ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, a_offset+am+a0) !=
 616                     ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, a_offset   +a0))
 617                 {
 618                     bId = FALSE;
 619                 }
 620                 if (mtop->groups.grpnr[egcQMMM] != NULL)
 621                 {
 622                     for (ai = a0; ai < a1; ai++)
 623                     {
 624                         if (mtop->groups.grpnr[egcQMMM][a_offset+am+ai] !=
 625                             mtop->groups.grpnr[egcQMMM][a_offset   +ai])
 626                         {
 627                             bId = FALSE;
 628                         }
 629                     }
 630                 }
 631             }
 632         }
 633
 634         cginfo_mb[mb].cg_start = cg_offset;
 635         cginfo_mb[mb].cg_end   = cg_offset + molb->nmol*cgs->nr;
 636         cginfo_mb[mb].cg_mod   = (bId ? 1 : molb->nmol)*cgs->nr;
 637         snew(cginfo_mb[mb].cginfo, cginfo_mb[mb].cg_mod);
 638         cginfo = cginfo_mb[mb].cginfo;
 639
 640         /* Set constraints flags for constrained atoms */
 641         snew(a_con, molt->atoms.nr);
 642         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
 643         {
 644             if (interaction_function[ftype].flags & IF_CONSTRAINT)
 645             {
 646                 int nral;
 647
 648                 nral = NRAL(ftype);
 649                 for (ia = 0; ia < molt->ilist[ftype].nr; ia += 1+nral)
 650                 {
 651                     int a;
 652
 653                     for (a = 0; a < nral; a++)
 654                     {
 655                         a_con[molt->ilist[ftype].iatoms[ia+1+a]] =
 656                             (ftype == F_SETTLE ? acSETTLE : acCONSTRAINT);
 657                     }
 658                 }
 659             }
 660         }
 661
 662         for (m = 0; m < (bId ? 1 : molb->nmol); m++)
 663         {
 664             cgm = m*cgs->nr;
 665             am  = m*cgs->index[cgs->nr];
 666             for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
 667             {
 668                 a0 = cgs->index[cg];
 669                 a1 = cgs->index[cg+1];
 670
 671                 /* Store the energy group in cginfo */
 672                 gid = ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, a_offset+am+a0);
 673                 SET_CGINFO_GID(cginfo[cgm+cg], gid);
 674
 675                 /* Check the intra/inter charge group exclusions */
 676                 if (a1-a0 > excl_nalloc)
 677                 {
 678                     excl_nalloc = a1 - a0;
 679                     srenew(bExcl, excl_nalloc);
 680                 }
 681                 /* bExclIntraAll: all intra cg interactions excluded
 682                  * bExclInter:    any inter cg interactions excluded
 683                  */
 684                 bExclIntraAll = TRUE;
 685                 bExclInter    = FALSE;
 686                 bHaveVDW      = FALSE;
 687                 bHaveQ        = FALSE;
 688                 for (ai = a0; ai < a1; ai++)
 689                 {
 690                     /* Check VDW and electrostatic interactions */
 691                     bHaveVDW = bHaveVDW || (type_VDW[molt->atoms.atom[ai].type] ||
 692                                             type_VDW[molt->atoms.atom[ai].typeB]);
 693                     bHaveQ  = bHaveQ    || (molt->atoms.atom[ai].q != 0 ||
 694                                             molt->atoms.atom[ai].qB != 0);
 695
 696                     /* Clear the exclusion list for atom ai */
 697                     for (aj = a0; aj < a1; aj++)
 698                     {
 699                         bExcl[aj-a0] = FALSE;
 700                     }
 701                     /* Loop over all the exclusions of atom ai */
 702                     for (j = excl->index[ai]; j < excl->index[ai+1]; j++)
 703                     {
 704                         aj = excl->a[j];
 705                         if (aj < a0 || aj >= a1)
 706                         {
 707                             bExclInter = TRUE;
 708                         }
 709                         else
 710                         {
 711                             bExcl[aj-a0] = TRUE;
 712                         }
 713                     }
 714                     /* Check if ai excludes a0 to a1 */
 715                     for (aj = a0; aj < a1; aj++)
 716                     {
 717                         if (!bExcl[aj-a0])
 718                         {
 719                             bExclIntraAll = FALSE;
 720                         }
 721                     }
 722
 723                     switch (a_con[ai])
 724                     {
 725                         case acCONSTRAINT:
 726                             SET_CGINFO_CONSTR(cginfo[cgm+cg]);
 727                             break;
 728                         case acSETTLE:
 729                             SET_CGINFO_SETTLE(cginfo[cgm+cg]);
 730                             break;
 731                         default:
 732                             break;
 733                     }
 734                 }
 735                 if (bExclIntraAll)
 736                 {
 737                     SET_CGINFO_EXCL_INTRA(cginfo[cgm+cg]);
 738                 }
 739                 if (bExclInter)
 740                 {
 741                     SET_CGINFO_EXCL_INTER(cginfo[cgm+cg]);
 742                 }
 743                 if (a1 - a0 > MAX_CHARGEGROUP_SIZE)
 744                 {
 745                     /* The size in cginfo is currently only read with DD */
 746                     gmx_fatal(FARGS, "A charge group has size %d which is larger than the limit of %d atoms", a1-a0, MAX_CHARGEGROUP_SIZE);
 747                 }
 748                 if (bHaveVDW)
 749                 {
 750                     SET_CGINFO_HAS_VDW(cginfo[cgm+cg]);
 751                 }
 752                 if (bHaveQ)
 753                 {
 754                     SET_CGINFO_HAS_Q(cginfo[cgm+cg]);
 755                 }
 756                 /* Store the charge group size */
 757                 SET_CGINFO_NATOMS(cginfo[cgm+cg], a1-a0);
 758
 759                 if (!bExclIntraAll || bExclInter)
 760                 {
 761                     *bExcl_IntraCGAll_InterCGNone = FALSE;
 762                 }
 763             }
 764         }
 765
 766         sfree(a_con);
 767
 768         cg_offset += molb->nmol*cgs->nr;
 769         a_offset  += molb->nmol*cgs->index[cgs->nr];
 770     }
 771     sfree(bExcl);
 772
 773     /* the solvent optimizer is called after the QM is initialized,
 774      * because we don't want to have the QM subsystemto become an
 775      * optimized solvent
 776      */
 777
 778     check_solvent(fplog, mtop, fr, cginfo_mb);
 779
 780     if (getenv("GMX_NO_SOLV_OPT"))
 781     {
 782         if (fplog)
 783         {
 784             fprintf(fplog, "Found environment variable GMX_NO_SOLV_OPT.\n"
 785                     "Disabling all solvent optimization\n");
 786         }
 787         fr->solvent_opt = esolNO;
 788     }
 789     if (bNoSolvOpt)
 790     {
 791         fr->solvent_opt = esolNO;
 792     }
 793     if (!fr->solvent_opt)
 794     {
 795         for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 796         {
 797             for (cg = 0; cg < cginfo_mb[mb].cg_mod; cg++)
 798             {
 799                 SET_CGINFO_SOLOPT(cginfo_mb[mb].cginfo[cg], esolNO);
 800             }
 801         }
 802     }
 803
 804     return cginfo_mb;
 805 }
 806
 807 static int *cginfo_expand(int nmb, cginfo_mb_t *cgi_mb)
 808 {
 809     int  ncg, mb, cg;
 810     int *cginfo;
 811
 812     ncg = cgi_mb[nmb-1].cg_end;
 813     snew(cginfo, ncg);
 814     mb = 0;
 815     for (cg = 0; cg < ncg; cg++)
 816     {
 817         while (cg >= cgi_mb[mb].cg_end)
 818         {
 819             mb++;
 820         }
 821         cginfo[cg] =
 822             cgi_mb[mb].cginfo[(cg - cgi_mb[mb].cg_start) % cgi_mb[mb].cg_mod];
 823     }
 824
 825     return cginfo;
 826 }
 827
 828 static void set_chargesum(FILE *log, t_forcerec *fr, const gmx_mtop_t *mtop)
 829 {
 830     double         qsum, q2sum, q;
 831     int            mb, nmol, i;
 832     const t_atoms *atoms;
 833
 834     qsum  = 0;
 835     q2sum = 0;
 836     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 837     {
 838         nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
 839         atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 840         for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
 841         {
 842             q      = atoms->atom[i].q;
 843             qsum  += nmol*q;
 844             q2sum += nmol*q*q;
 845         }
 846     }
 847     fr->qsum[0]  = qsum;
 848     fr->q2sum[0] = q2sum;
 849     if (fr->efep != efepNO)
 850     {
 851         qsum  = 0;
 852         q2sum = 0;
 853         for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 854         {
 855             nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
 856             atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 857             for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
 858             {
 859                 q      = atoms->atom[i].qB;
 860                 qsum  += nmol*q;
 861                 q2sum += nmol*q*q;
 862             }
 863             fr->qsum[1]  = qsum;
 864             fr->q2sum[1] = q2sum;
 865         }
 866     }
 867     else
 868     {
 869         fr->qsum[1]  = fr->qsum[0];
 870         fr->q2sum[1] = fr->q2sum[0];
 871     }
 872     if (log)
 873     {
 874         if (fr->efep == efepNO)
 875         {
 876             fprintf(log, "System total charge: %.3f\n", fr->qsum[0]);
 877         }
 878         else
 879         {
 880             fprintf(log, "System total charge, top. A: %.3f top. B: %.3f\n",
 881                     fr->qsum[0], fr->qsum[1]);
 882         }
 883     }
 884 }
 885
 886 void update_forcerec(t_forcerec *fr, matrix box)
 887 {
 888     if (fr->eeltype == eelGRF)
 889     {
 890         calc_rffac(NULL, fr->eeltype, fr->epsilon_r, fr->epsilon_rf,
 891                    fr->rcoulomb, fr->temp, fr->zsquare, box,
 892                    &fr->kappa, &fr->k_rf, &fr->c_rf);
 893     }
 894 }
 895
 896 void set_avcsixtwelve(FILE *fplog, t_forcerec *fr, const gmx_mtop_t *mtop)
 897 {
 898     const t_atoms  *atoms, *atoms_tpi;
 899     const t_blocka *excl;
 900     int             mb, nmol, nmolc, i, j, tpi, tpj, j1, j2, k, n, nexcl, q;
 901 #if (defined SIZEOF_LONG_LONG_INT) && (SIZEOF_LONG_LONG_INT >= 8)
 902     long long int   npair, npair_ij, tmpi, tmpj;
 903 #else
 904     double          npair, npair_ij, tmpi, tmpj;
 905 #endif
 906     double          csix, ctwelve;
 907     int             ntp, *typecount;
 908     gmx_bool        bBHAM;
 909     real           *nbfp;
 910
 911     ntp   = fr->ntype;
 912     bBHAM = fr->bBHAM;
 913     nbfp  = fr->nbfp;
 914
 915     for (q = 0; q < (fr->efep == efepNO ? 1 : 2); q++)
 916     {
 917         csix    = 0;
 918         ctwelve = 0;
 919         npair   = 0;
 920         nexcl   = 0;
 921         if (!fr->n_tpi)
 922         {
 923             /* Count the types so we avoid natoms^2 operations */
 924             snew(typecount, ntp);
 925             for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 926             {
 927                 nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
 928                 atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 929                 for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
 930                 {
 931                     if (q == 0)
 932                     {
 933                         tpi = atoms->atom[i].type;
 934                     }
 935                     else
 936                     {
 937                         tpi = atoms->atom[i].typeB;
 938                     }
 939                     typecount[tpi] += nmol;
 940                 }
 941             }
 942             for (tpi = 0; tpi < ntp; tpi++)
 943             {
 944                 for (tpj = tpi; tpj < ntp; tpj++)
 945                 {
 946                     tmpi = typecount[tpi];
 947                     tmpj = typecount[tpj];
 948                     if (tpi != tpj)
 949                     {
 950                         npair_ij = tmpi*tmpj;
 951                     }
 952                     else
 953                     {
 954                         npair_ij = tmpi*(tmpi - 1)/2;
 955                     }
 956                     if (bBHAM)
 957                     {
 958                         /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
 959                         csix    += npair_ij*BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
 960                     }
 961                     else
 962                     {
 963                         /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
 964                         csix    += npair_ij*   C6(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
 965                         ctwelve += npair_ij*  C12(nbfp, ntp, tpi, tpj)/12.0;
 966                     }
 967                     npair += npair_ij;
 968                 }
 969             }
 970             sfree(typecount);
 971             /* Subtract the excluded pairs.
 972              * The main reason for substracting exclusions is that in some cases
 973              * some combinations might never occur and the parameters could have
 974              * any value. These unused values should not influence the dispersion
 975              * correction.
 976              */
 977             for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 978             {
 979                 nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
 980                 atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 981                 excl  = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].excls;
 982                 for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
 983                 {
 984                     if (q == 0)
 985                     {
 986                         tpi = atoms->atom[i].type;
 987                     }
 988                     else
 989                     {
 990                         tpi = atoms->atom[i].typeB;
 991                     }
 992                     j1  = excl->index[i];
 993                     j2  = excl->index[i+1];
 994                     for (j = j1; j < j2; j++)
 995                     {
 996                         k = excl->a[j];
 997                         if (k > i)
 998                         {
 999                             if (q == 0)
1000                             {
1001                                 tpj = atoms->atom[k].type;
1002                             }
1003                             else
1004                             {
1005                                 tpj = atoms->atom[k].typeB;
1006                             }
1007                             if (bBHAM)
1008                             {
1009                                 /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
1010                                 csix -= nmol*BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1011                             }
1012                             else
1013                             {
1014                                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
1015                                 csix    -= nmol*C6 (nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1016                                 ctwelve -= nmol*C12(nbfp, ntp, tpi, tpj)/12.0;
1017                             }
1018                             nexcl += nmol;
1019                         }
1020                     }
1021                 }
1022             }
1023         }
1024         else
1025         {
1026             /* Only correct for the interaction of the test particle
1027              * with the rest of the system.
1028              */
1029             atoms_tpi =
1030                 &mtop->moltype[mtop->molblock[mtop->nmolblock-1].type].atoms;
1031
1032             npair = 0;
1033             for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
1034             {
1035                 nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
1036                 atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
1037                 for (j = 0; j < atoms->nr; j++)
1038                 {
1039                     nmolc = nmol;
1040                     /* Remove the interaction of the test charge group
1041                      * with itself.
1042                      */
1043                     if (mb == mtop->nmolblock-1)
1044                     {
1045                         nmolc--;
1046
1047                         if (mb == 0 && nmol == 1)
1048                         {
1049                             gmx_fatal(FARGS, "Old format tpr with TPI, please generate a new tpr file");
1050                         }
1051                     }
1052                     if (q == 0)
1053                     {
1054                         tpj = atoms->atom[j].type;
1055                     }
1056                     else
1057                     {
1058                         tpj = atoms->atom[j].typeB;
1059                     }
1060                     for (i = 0; i < fr->n_tpi; i++)
1061                     {
1062                         if (q == 0)
1063                         {
1064                             tpi = atoms_tpi->atom[i].type;
1065                         }
1066                         else
1067                         {
1068                             tpi = atoms_tpi->atom[i].typeB;
1069                         }
1070                         if (bBHAM)
1071                         {
1072                             /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
1073                             csix    += nmolc*BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1074                         }
1075                         else
1076                         {
1077                             /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
1078                             csix    += nmolc*C6 (nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1079                             ctwelve += nmolc*C12(nbfp, ntp, tpi, tpj)/12.0;
1080                         }
1081                         npair += nmolc;
1082                     }
1083                 }
1084             }
1085         }
1086         if (npair - nexcl <= 0 && fplog)
1087         {
1088             fprintf(fplog, "\nWARNING: There are no atom pairs for dispersion correction\n\n");
1089             csix     = 0;
1090             ctwelve  = 0;
1091         }
1092         else
1093         {
1094             csix    /= npair - nexcl;
1095             ctwelve /= npair - nexcl;
1096         }
1097         if (debug)
1098         {
1099             fprintf(debug, "Counted %d exclusions\n", nexcl);
1100             fprintf(debug, "Average C6 parameter is: %10g\n", (double)csix);
1101             fprintf(debug, "Average C12 parameter is: %10g\n", (double)ctwelve);
1102         }
1103         fr->avcsix[q]    = csix;
1104         fr->avctwelve[q] = ctwelve;
1105     }
1106     if (fplog != NULL)
1107     {
1108         if (fr->eDispCorr == edispcAllEner ||
1109             fr->eDispCorr == edispcAllEnerPres)
1110         {
1111             fprintf(fplog, "Long Range LJ corr.: <C6> %10.4e, <C12> %10.4e\n",
1112                     fr->avcsix[0], fr->avctwelve[0]);
1113         }
1114         else
1115         {
1116             fprintf(fplog, "Long Range LJ corr.: <C6> %10.4e\n", fr->avcsix[0]);
1117         }
1118     }
1119 }
1120
1121
1122 static void set_bham_b_max(FILE *fplog, t_forcerec *fr,
1123                            const gmx_mtop_t *mtop)
1124 {
1125     const t_atoms *at1, *at2;
1126     int            mt1, mt2, i, j, tpi, tpj, ntypes;
1127     real           b, bmin;
1128     real          *nbfp;
1129
1130     if (fplog)
1131     {
1132         fprintf(fplog, "Determining largest Buckingham b parameter for table\n");
1133     }
1134     nbfp   = fr->nbfp;
1135     ntypes = fr->ntype;
1136
1137     bmin           = -1;
1138     fr->bham_b_max = 0;
1139     for (mt1 = 0; mt1 < mtop->nmoltype; mt1++)
1140     {
1141         at1 = &mtop->moltype[mt1].atoms;
1142         for (i = 0; (i < at1->nr); i++)
1143         {
1144             tpi = at1->atom[i].type;
1145             if (tpi >= ntypes)
1146             {
1147                 gmx_fatal(FARGS, "Atomtype[%d] = %d, maximum = %d", i, tpi, ntypes);
1148             }
1149
1150             for (mt2 = mt1; mt2 < mtop->nmoltype; mt2++)
1151             {
1152                 at2 = &mtop->moltype[mt2].atoms;
1153                 for (j = 0; (j < at2->nr); j++)
1154                 {
1155                     tpj = at2->atom[j].type;
1156                     if (tpj >= ntypes)
1157                     {
1158                         gmx_fatal(FARGS, "Atomtype[%d] = %d, maximum = %d", j, tpj, ntypes);
1159                     }
1160                     b = BHAMB(nbfp, ntypes, tpi, tpj);
1161                     if (b > fr->bham_b_max)
1162                     {
1163                         fr->bham_b_max = b;
1164                     }
1165                     if ((b < bmin) || (bmin == -1))
1166                     {
1167                         bmin = b;
1168                     }
1169                 }
1170             }
1171         }
1172     }
1173     if (fplog)
1174     {
1175         fprintf(fplog, "Buckingham b parameters, min: %g, max: %g\n",
1176                 bmin, fr->bham_b_max);
1177     }
1178 }
1179
1180 static void make_nbf_tables(FILE *fp, const output_env_t oenv,
1181                             t_forcerec *fr, real rtab,
1182                             const t_commrec *cr,
1183                             const char *tabfn, char *eg1, char *eg2,
1184                             t_nblists *nbl)
1185 {
1186     char buf[STRLEN];
1187     int  i, j;
1188
1189     if (tabfn == NULL)
1190     {
1191         if (debug)
1192         {
1193             fprintf(debug, "No table file name passed, can not read table, can not do non-bonded interactions\n");
1194         }
1195         return;
1196     }
1197
1198     sprintf(buf, "%s", tabfn);
1199     if (eg1 && eg2)
1200     {
1201         /* Append the two energy group names */
1202         sprintf(buf + strlen(tabfn) - strlen(ftp2ext(efXVG)) - 1, "_%s_%s.%s",
1203                 eg1, eg2, ftp2ext(efXVG));
1204     }
1205     nbl->table_elec_vdw = make_tables(fp, oenv, fr, MASTER(cr), buf, rtab, 0);
1206     /* Copy the contents of the table to separate coulomb and LJ tables too,
1207      * to improve cache performance.
1208      */
1209     /* For performance reasons we want
1210      * the table data to be aligned to 16-byte. The pointers could be freed
1211      * but currently aren't.
1212      */
1213     nbl->table_elec.interaction   = GMX_TABLE_INTERACTION_ELEC;
1214     nbl->table_elec.format        = nbl->table_elec_vdw.format;
1215     nbl->table_elec.r             = nbl->table_elec_vdw.r;
1216     nbl->table_elec.n             = nbl->table_elec_vdw.n;
1217     nbl->table_elec.scale         = nbl->table_elec_vdw.scale;
1218     nbl->table_elec.scale_exp     = nbl->table_elec_vdw.scale_exp;
1219     nbl->table_elec.formatsize    = nbl->table_elec_vdw.formatsize;
1220     nbl->table_elec.ninteractions = 1;
1221     nbl->table_elec.stride        = nbl->table_elec.formatsize * nbl->table_elec.ninteractions;
1222     snew_aligned(nbl->table_elec.data, nbl->table_elec.stride*(nbl->table_elec.n+1), 32);
1223
1224     nbl->table_vdw.interaction   = GMX_TABLE_INTERACTION_VDWREP_VDWDISP;
1225     nbl->table_vdw.format        = nbl->table_elec_vdw.format;
1226     nbl->table_vdw.r             = nbl->table_elec_vdw.r;
1227     nbl->table_vdw.n             = nbl->table_elec_vdw.n;
1228     nbl->table_vdw.scale         = nbl->table_elec_vdw.scale;
1229     nbl->table_vdw.scale_exp     = nbl->table_elec_vdw.scale_exp;
1230     nbl->table_vdw.formatsize    = nbl->table_elec_vdw.formatsize;
1231     nbl->table_vdw.ninteractions = 2;
1232     nbl->table_vdw.stride        = nbl->table_vdw.formatsize * nbl->table_vdw.ninteractions;
1233     snew_aligned(nbl->table_vdw.data, nbl->table_vdw.stride*(nbl->table_vdw.n+1), 32);
1234
1235     for (i = 0; i <= nbl->table_elec_vdw.n; i++)
1236     {
1237         for (j = 0; j < 4; j++)
1238         {
1239             nbl->table_elec.data[4*i+j] = nbl->table_elec_vdw.data[12*i+j];
1240         }
1241         for (j = 0; j < 8; j++)
1242         {
1243             nbl->table_vdw.data[8*i+j] = nbl->table_elec_vdw.data[12*i+4+j];
1244         }
1245     }
1246 }
1247
1248 static void count_tables(int ftype1, int ftype2, const gmx_mtop_t *mtop,
1249                          int *ncount, int **count)
1250 {
1251     const gmx_moltype_t *molt;
1252     const t_ilist       *il;
1253     int                  mt, ftype, stride, i, j, tabnr;
1254
1255     for (mt = 0; mt < mtop->nmoltype; mt++)
1256     {
1257         molt = &mtop->moltype[mt];
1258         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
1259         {
1260             if (ftype == ftype1 || ftype == ftype2)
1261             {
1262                 il     = &molt->ilist[ftype];
1263                 stride = 1 + NRAL(ftype);
1264                 for (i = 0; i < il->nr; i += stride)
1265                 {
1266                     tabnr = mtop->ffparams.iparams[il->iatoms[i]].tab.table;
1267                     if (tabnr < 0)
1268                     {
1269                         gmx_fatal(FARGS, "A bonded table number is smaller than 0: %d\n", tabnr);
1270                     }
1271                     if (tabnr >= *ncount)
1272                     {
1273                         srenew(*count, tabnr+1);
1274                         for (j = *ncount; j < tabnr+1; j++)
1275                         {
1276                             (*count)[j] = 0;
1277                         }
1278                         *ncount = tabnr+1;
1279                     }
1280                     (*count)[tabnr]++;
1281                 }
1282             }
1283         }
1284     }
1285 }
1286
1287 static bondedtable_t *make_bonded_tables(FILE *fplog,
1288                                          int ftype1, int ftype2,
1289                                          const gmx_mtop_t *mtop,
1290                                          const char *basefn, const char *tabext)
1291 {
1292     int            i, ncount, *count;
1293     char           tabfn[STRLEN];
1294     bondedtable_t *tab;
1295
1296     tab = NULL;
1297
1298     ncount = 0;
1299     count  = NULL;
1300     count_tables(ftype1, ftype2, mtop, &ncount, &count);
1301
1302     if (ncount > 0)
1303     {
1304         snew(tab, ncount);
1305         for (i = 0; i < ncount; i++)
1306         {
1307             if (count[i] > 0)
1308             {
1309                 sprintf(tabfn, "%s", basefn);
1310                 sprintf(tabfn + strlen(basefn) - strlen(ftp2ext(efXVG)) - 1, "_%s%d.%s",
1311                         tabext, i, ftp2ext(efXVG));
1312                 tab[i] = make_bonded_table(fplog, tabfn, NRAL(ftype1)-2);
1313             }
1314         }
1315         sfree(count);
1316     }
1317
1318     return tab;
1319 }
1320
1321 void forcerec_set_ranges(t_forcerec *fr,
1322                          int ncg_home, int ncg_force,
1323                          int natoms_force,
1324                          int natoms_force_constr, int natoms_f_novirsum)
1325 {
1326     fr->cg0 = 0;
1327     fr->hcg = ncg_home;
1328
1329     /* fr->ncg_force is unused in the standard code,
1330      * but it can be useful for modified code dealing with charge groups.
1331      */
1332     fr->ncg_force           = ncg_force;
1333     fr->natoms_force        = natoms_force;
1334     fr->natoms_force_constr = natoms_force_constr;
1335
1336     if (fr->natoms_force_constr > fr->nalloc_force)
1337     {
1338         fr->nalloc_force = over_alloc_dd(fr->natoms_force_constr);
1339
1340         if (fr->bTwinRange)
1341         {
1342             srenew(fr->f_twin, fr->nalloc_force);
1343         }
1344     }
1345
1346     if (fr->bF_NoVirSum)
1347     {
1348         fr->f_novirsum_n = natoms_f_novirsum;
1349         if (fr->f_novirsum_n > fr->f_novirsum_nalloc)
1350         {
1351             fr->f_novirsum_nalloc = over_alloc_dd(fr->f_novirsum_n);
1352             srenew(fr->f_novirsum_alloc, fr->f_novirsum_nalloc);
1353         }
1354     }
1355     else
1356     {
1357         fr->f_novirsum_n = 0;
1358     }
1359 }
1360
1361 static real cutoff_inf(real cutoff)
1362 {
1363     if (cutoff == 0)
1364     {
1365         cutoff = GMX_CUTOFF_INF;
1366     }
1367
1368     return cutoff;
1369 }
1370
1371 static void make_adress_tf_tables(FILE *fp, const output_env_t oenv,
1372                                   t_forcerec *fr, const t_inputrec *ir,
1373                                   const char *tabfn, const gmx_mtop_t *mtop,
1374                                   matrix     box)
1375 {
1376     char buf[STRLEN];
1377     int  i, j;
1378
1379     if (tabfn == NULL)
1380     {
1381         gmx_fatal(FARGS, "No thermoforce table file given. Use -tabletf to specify a file\n");
1382         return;
1383     }
1384
1385     snew(fr->atf_tabs, ir->adress->n_tf_grps);
1386
1387     sprintf(buf, "%s", tabfn);
1388     for (i = 0; i < ir->adress->n_tf_grps; i++)
1389     {
1390         j = ir->adress->tf_table_index[i]; /* get energy group index */
1391         sprintf(buf + strlen(tabfn) - strlen(ftp2ext(efXVG)) - 1, "tf_%s.%s",
1392                 *(mtop->groups.grpname[mtop->groups.grps[egcENER].nm_ind[j]]), ftp2ext(efXVG));
1393         if (fp)
1394         {
1395             fprintf(fp, "loading tf table for energygrp index %d from %s\n", ir->adress->tf_table_index[i], buf);
1396         }
1397         fr->atf_tabs[i] = make_atf_table(fp, oenv, fr, buf, box);
1398     }
1399
1400 }
1401
1402 gmx_bool can_use_allvsall(const t_inputrec *ir, gmx_bool bPrintNote, t_commrec *cr, FILE *fp)
1403 {
1404     gmx_bool bAllvsAll;
1405
1406     bAllvsAll =
1407         (
1408             ir->rlist == 0            &&
1409             ir->rcoulomb == 0         &&
1410             ir->rvdw == 0             &&
1411             ir->ePBC == epbcNONE      &&
1412             ir->vdwtype == evdwCUT    &&
1413             ir->coulombtype == eelCUT &&
1414             ir->efep == efepNO        &&
1415             (ir->implicit_solvent == eisNO ||
1416              (ir->implicit_solvent == eisGBSA && (ir->gb_algorithm == egbSTILL ||
1417                                                   ir->gb_algorithm == egbHCT   ||
1418                                                   ir->gb_algorithm == egbOBC))) &&
1419             getenv("GMX_NO_ALLVSALL") == NULL
1420         );
1421
1422     if (bAllvsAll && ir->opts.ngener > 1)
1423     {
1424         const char *note = "NOTE: Can not use all-vs-all force loops, because there are multiple energy monitor groups; you might get significantly higher performance when using only a single energy monitor group.\n";
1425
1426         if (bPrintNote)
1427         {
1428             if (MASTER(cr))
1429             {
1430                 fprintf(stderr, "\n%s\n", note);
1431             }
1432             if (fp != NULL)
1433             {
1434                 fprintf(fp, "\n%s\n", note);
1435             }
1436         }
1437         bAllvsAll = FALSE;
1438     }
1439
1440     if (bAllvsAll && fp && MASTER(cr))
1441     {
1442         fprintf(fp, "\nUsing accelerated all-vs-all kernels.\n\n");
1443     }
1444
1445     return bAllvsAll;
1446 }
1447
1448
1449 static void init_forcerec_f_threads(t_forcerec *fr, int nenergrp)
1450 {
1451     int t, i;
1452
1453     /* These thread local data structures are used for bondeds only */
1454     fr->nthreads = gmx_omp_nthreads_get(emntBonded);
1455
1456     if (fr->nthreads > 1)
1457     {
1458         snew(fr->f_t, fr->nthreads);
1459         /* Thread 0 uses the global force and energy arrays */
1460         for (t = 1; t < fr->nthreads; t++)
1461         {
1462             fr->f_t[t].f        = NULL;
1463             fr->f_t[t].f_nalloc = 0;
1464             snew(fr->f_t[t].fshift, SHIFTS);
1465             fr->f_t[t].grpp.nener = nenergrp*nenergrp;
1466             for (i = 0; i < egNR; i++)
1467             {
1468                 snew(fr->f_t[t].grpp.ener[i], fr->f_t[t].grpp.nener);
1469             }
1470         }
1471     }
1472 }
1473
1474
1475 static void pick_nbnxn_kernel_cpu(const t_inputrec gmx_unused *ir,
1476                                   int                         *kernel_type,
1477                                   int                         *ewald_excl)
1478 {
1479     *kernel_type = nbnxnk4x4_PlainC;
1480     *ewald_excl  = ewaldexclTable;
1481
1482 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
1483     {
1484 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_4XN
1485         *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_4xN;
1486 #endif
1487 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_2XNN
1488         /* We expect the 2xNN kernels to be faster in most cases */
1489         *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_2xNN;
1490 #endif
1491
1492 #if defined GMX_NBNXN_SIMD_4XN && defined GMX_X86_AVX_256
1493         if (EEL_RF(ir->coulombtype) || ir->coulombtype == eelCUT)
1494         {
1495             /* The raw pair rate of the 4x8 kernel is higher than 2x(4+4),
1496              * 10% with HT, 50% without HT, but extra zeros interactions
1497              * can compensate. As we currently don't detect the actual use
1498              * of HT, switch to 4x8 to avoid a potential performance hit.
1499              */
1500             *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_4xN;
1501         }
1502 #endif
1503         if (getenv("GMX_NBNXN_SIMD_4XN") != NULL)
1504         {
1505 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_4XN
1506             *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_4xN;
1507 #else
1508             gmx_fatal(FARGS, "SIMD 4xN kernels requested, but Gromacs has been compiled without support for these kernels");
1509 #endif
1510         }
1511         if (getenv("GMX_NBNXN_SIMD_2XNN") != NULL)
1512         {
1513 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_2XNN
1514             *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_2xNN;
1515 #else
1516             gmx_fatal(FARGS, "SIMD 2x(N+N) kernels requested, but Gromacs has been compiled without support for these kernels");
1517 #endif
1518         }
1519
1520         /* Analytical Ewald exclusion correction is only an option in the
1521          * x86 SIMD kernel. This is faster in single precision
1522          * on Bulldozer and slightly faster on Sandy Bridge.
1523          */
1524 #if (defined GMX_X86_AVX_128_FMA || defined GMX_X86_AVX_256) && !defined GMX_DOUBLE
1525         *ewald_excl = ewaldexclAnalytical;
1526 #endif
1527         if (getenv("GMX_NBNXN_EWALD_TABLE") != NULL)
1528         {
1529             *ewald_excl = ewaldexclTable;
1530         }
1531         if (getenv("GMX_NBNXN_EWALD_ANALYTICAL") != NULL)
1532         {
1533             *ewald_excl = ewaldexclAnalytical;
1534         }
1535
1536     }
1537 #endif /* GMX_X86_SSE2 */
1538 }
1539
1540
1541 const char *lookup_nbnxn_kernel_name(int kernel_type)
1542 {
1543     const char *returnvalue = NULL;
1544     switch (kernel_type)
1545     {
1546         case nbnxnkNotSet: returnvalue     = "not set"; break;
1547         case nbnxnk4x4_PlainC: returnvalue = "plain C"; break;
1548 #ifndef GMX_NBNXN_SIMD
1549         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN: returnvalue  = "not available"; break;
1550         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN: returnvalue = "not available"; break;
1551 #else
1552 #ifdef GMX_X86_SSE2
1553 #if GMX_NBNXN_SIMD_BITWIDTH == 128
1554             /* x86 SIMD intrinsics can be converted to either SSE or AVX depending
1555              * on compiler flags. As we use nearly identical intrinsics, using an AVX
1556              * compiler flag without an AVX macro effectively results in AVX kernels.
1557              * For gcc we check for __AVX__
1558              * At least a check for icc should be added (if there is a macro)
1559              */
1560 #if !(defined GMX_X86_AVX_128_FMA || defined __AVX__)
1561 #ifndef GMX_X86_SSE4_1
1562         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN: returnvalue  = "SSE2"; break;
1563         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN: returnvalue = "SSE2"; break;
1564 #else
1565         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN: returnvalue  = "SSE4.1"; break;
1566         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN: returnvalue = "SSE4.1"; break;
1567 #endif
1568 #else
1569         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN: returnvalue  = "AVX-128"; break;
1570         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN: returnvalue = "AVX-128"; break;
1571 #endif
1572 #endif
1573 #if GMX_NBNXN_SIMD_BITWIDTH == 256
1574         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN: returnvalue  = "AVX-256"; break;
1575         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN: returnvalue = "AVX-256"; break;
1576 #endif
1577 #else   /* not GMX_X86_SSE2 */
1578         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN: returnvalue  = "SIMD"; break;
1579         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN: returnvalue = "SIMD"; break;
1580 #endif
1581 #endif
1582         case nbnxnk8x8x8_CUDA: returnvalue   = "CUDA"; break;
1583         case nbnxnk8x8x8_PlainC: returnvalue = "plain C"; break;
1584
1585         case nbnxnkNR:
1586         default:
1587             gmx_fatal(FARGS, "Illegal kernel type selected");
1588             returnvalue = NULL;
1589             break;
1590     }
1591     return returnvalue;
1592 };
1593
1594 static void pick_nbnxn_kernel(FILE                *fp,
1595                               const t_commrec     *cr,
1596                               gmx_bool             use_cpu_acceleration,
1597                               gmx_bool             bUseGPU,
1598                               gmx_bool             bEmulateGPU,
1599                               const t_inputrec    *ir,
1600                               int                 *kernel_type,
1601                               int                 *ewald_excl,
1602                               gmx_bool             bDoNonbonded)
1603 {
1604     assert(kernel_type);
1605
1606     *kernel_type = nbnxnkNotSet;
1607     *ewald_excl  = ewaldexclTable;
1608
1609     if (bEmulateGPU)
1610     {
1611         *kernel_type = nbnxnk8x8x8_PlainC;
1612
1613         if (bDoNonbonded)
1614         {
1615             md_print_warn(cr, fp, "Emulating a GPU run on the CPU (slow)");
1616         }
1617     }
1618     else if (bUseGPU)
1619     {
1620         *kernel_type = nbnxnk8x8x8_CUDA;
1621     }
1622
1623     if (*kernel_type == nbnxnkNotSet)
1624     {
1625         if (use_cpu_acceleration)
1626         {
1627             pick_nbnxn_kernel_cpu(ir, kernel_type, ewald_excl);
1628         }
1629         else
1630         {
1631             *kernel_type = nbnxnk4x4_PlainC;
1632         }
1633     }
1634
1635     if (bDoNonbonded && fp != NULL)
1636     {
1637         fprintf(fp, "\nUsing %s %dx%d non-bonded kernels\n\n",
1638                 lookup_nbnxn_kernel_name(*kernel_type),
1639                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(*kernel_type) ? NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE : NBNXN_GPU_CLUSTER_SIZE,
1640                 nbnxn_kernel_to_cj_size(*kernel_type));
1641     }
1642 }
1643
1644 static void pick_nbnxn_resources(const t_commrec     *cr,
1645                                  const gmx_hw_info_t *hwinfo,
1646                                  gmx_bool             bDoNonbonded,
1647                                  gmx_bool            *bUseGPU,
1648                                  gmx_bool            *bEmulateGPU)
1649 {
1650     gmx_bool bEmulateGPUEnvVarSet;
1651     char     gpu_err_str[STRLEN];
1652
1653     *bUseGPU = FALSE;
1654
1655     bEmulateGPUEnvVarSet = (getenv("GMX_EMULATE_GPU") != NULL);
1656
1657     /* Run GPU emulation mode if GMX_EMULATE_GPU is defined. Because
1658      * GPUs (currently) only handle non-bonded calculations, we will
1659      * automatically switch to emulation if non-bonded calculations are
1660      * turned off via GMX_NO_NONBONDED - this is the simple and elegant
1661      * way to turn off GPU initialization, data movement, and cleanup.
1662      *
1663      * GPU emulation can be useful to assess the performance one can expect by
1664      * adding GPU(s) to the machine. The conditional below allows this even
1665      * if mdrun is compiled without GPU acceleration support.
1666      * Note that you should freezing the system as otherwise it will explode.
1667      */
1668     *bEmulateGPU = (bEmulateGPUEnvVarSet ||
1669                     (!bDoNonbonded && hwinfo->bCanUseGPU));
1670
1671     /* Enable GPU mode when GPUs are available or no GPU emulation is requested.
1672      */
1673     if (hwinfo->bCanUseGPU && !(*bEmulateGPU))
1674     {
1675         /* Each PP node will use the intra-node id-th device from the
1676          * list of detected/selected GPUs. */
1677         if (!init_gpu(cr->rank_pp_intranode, gpu_err_str, &hwinfo->gpu_info))
1678         {
1679             /* At this point the init should never fail as we made sure that
1680              * we have all the GPUs we need. If it still does, we'll bail. */
1681             gmx_fatal(FARGS, "On node %d failed to initialize GPU #%d: %s",
1682                       cr->nodeid,
1683                       get_gpu_device_id(&hwinfo->gpu_info, cr->rank_pp_intranode),
1684                       gpu_err_str);
1685         }
1686
1687         /* Here we actually turn on hardware GPU acceleration */
1688         *bUseGPU = TRUE;
1689     }
1690 }
1691
1692 gmx_bool uses_simple_tables(int                 cutoff_scheme,
1693                             nonbonded_verlet_t *nbv,
1694                             int                 group)
1695 {
1696     gmx_bool bUsesSimpleTables = TRUE;
1697     int      grp_index;
1698
1699     switch (cutoff_scheme)
1700     {
1701         case ecutsGROUP:
1702             bUsesSimpleTables = TRUE;
1703             break;
1704         case ecutsVERLET:
1705             assert(NULL != nbv && NULL != nbv->grp);
1706             grp_index         = (group < 0) ? 0 : (nbv->ngrp - 1);
1707             bUsesSimpleTables = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[grp_index].kernel_type);
1708             break;
1709         default:
1710             gmx_incons("unimplemented");
1711     }
1712     return bUsesSimpleTables;
1713 }
1714
1715 static void init_ewald_f_table(interaction_const_t *ic,
1716                                gmx_bool             bUsesSimpleTables,
1717                                real                 rtab)
1718 {
1719     real maxr;
1720
1721     if (bUsesSimpleTables)
1722     {
1723         /* With a spacing of 0.0005 we are at the force summation accuracy
1724          * for the SSE kernels for "normal" atomistic simulations.
1725          */
1726         ic->tabq_scale = ewald_spline3_table_scale(ic->ewaldcoeff,
1727                                                    ic->rcoulomb);
1728
1729         maxr           = (rtab > ic->rcoulomb) ? rtab : ic->rcoulomb;
1730         ic->tabq_size  = (int)(maxr*ic->tabq_scale) + 2;
1731     }
1732     else
1733     {
1734         ic->tabq_size = GPU_EWALD_COULOMB_FORCE_TABLE_SIZE;
1735         /* Subtract 2 iso 1 to avoid access out of range due to rounding */
1736         ic->tabq_scale = (ic->tabq_size - 2)/ic->rcoulomb;
1737     }
1738
1739     sfree_aligned(ic->tabq_coul_FDV0);
1740     sfree_aligned(ic->tabq_coul_F);
1741     sfree_aligned(ic->tabq_coul_V);
1742
1743     /* Create the original table data in FDV0 */
1744     snew_aligned(ic->tabq_coul_FDV0, ic->tabq_size*4, 32);
1745     snew_aligned(ic->tabq_coul_F, ic->tabq_size, 32);
1746     snew_aligned(ic->tabq_coul_V, ic->tabq_size, 32);
1747     table_spline3_fill_ewald_lr(ic->tabq_coul_F, ic->tabq_coul_V, ic->tabq_coul_FDV0,
1748                                 ic->tabq_size, 1/ic->tabq_scale, ic->ewaldcoeff);
1749 }
1750
1751 void init_interaction_const_tables(FILE                *fp,
1752                                    interaction_const_t *ic,
1753                                    gmx_bool             bUsesSimpleTables,
1754                                    real                 rtab)
1755 {
1756     real spacing;
1757
1758     if (ic->eeltype == eelEWALD || EEL_PME(ic->eeltype))
1759     {
1760         init_ewald_f_table(ic, bUsesSimpleTables, rtab);
1761
1762         if (fp != NULL)
1763         {
1764             fprintf(fp, "Initialized non-bonded Ewald correction tables, spacing: %.2e size: %d\n\n",
1765                     1/ic->tabq_scale, ic->tabq_size);
1766         }
1767     }
1768 }
1769
1770 void init_interaction_const(FILE                 *fp,
1771                             interaction_const_t **interaction_const,
1772                             const t_forcerec     *fr,
1773                             real                  rtab)
1774 {
1775     interaction_const_t *ic;
1776     gmx_bool             bUsesSimpleTables = TRUE;
1777
1778     snew(ic, 1);
1779
1780     /* Just allocate something so we can free it */
1781     snew_aligned(ic->tabq_coul_FDV0, 16, 32);
1782     snew_aligned(ic->tabq_coul_F, 16, 32);
1783     snew_aligned(ic->tabq_coul_V, 16, 32);
1784
1785     ic->rlist       = fr->rlist;
1786     ic->rlistlong   = fr->rlistlong;
1787
1788     /* Lennard-Jones */
1789     ic->rvdw        = fr->rvdw;
1790     if (fr->vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT)
1791     {
1792         ic->sh_invrc6 = pow(ic->rvdw, -6.0);
1793     }
1794     else
1795     {
1796         ic->sh_invrc6 = 0;
1797     }
1798
1799     /* Electrostatics */
1800     ic->eeltype     = fr->eeltype;
1801     ic->rcoulomb    = fr->rcoulomb;
1802     ic->epsilon_r   = fr->epsilon_r;
1803     ic->epsfac      = fr->epsfac;
1804
1805     /* Ewald */
1806     ic->ewaldcoeff  = fr->ewaldcoeff;
1807     if (fr->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
1808     {
1809         ic->sh_ewald = gmx_erfc(ic->ewaldcoeff*ic->rcoulomb);
1810     }
1811     else
1812     {
1813         ic->sh_ewald = 0;
1814     }
1815
1816     /* Reaction-field */
1817     if (EEL_RF(ic->eeltype))
1818     {
1819         ic->epsilon_rf = fr->epsilon_rf;
1820         ic->k_rf       = fr->k_rf;
1821         ic->c_rf       = fr->c_rf;
1822     }
1823     else
1824     {
1825         /* For plain cut-off we might use the reaction-field kernels */
1826         ic->epsilon_rf = ic->epsilon_r;
1827         ic->k_rf       = 0;
1828         if (fr->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
1829         {
1830             ic->c_rf   = 1/ic->rcoulomb;
1831         }
1832         else
1833         {
1834             ic->c_rf   = 0;
1835         }
1836     }
1837
1838     if (fp != NULL)
1839     {
1840         fprintf(fp, "Potential shift: LJ r^-12: %.3f r^-6 %.3f",
1841                 sqr(ic->sh_invrc6), ic->sh_invrc6);
1842         if (ic->eeltype == eelCUT)
1843         {
1844             fprintf(fp, ", Coulomb %.3f", ic->c_rf);
1845         }
1846         else if (EEL_PME(ic->eeltype))
1847         {
1848             fprintf(fp, ", Ewald %.3e", ic->sh_ewald);
1849         }
1850         fprintf(fp, "\n");
1851     }
1852
1853     *interaction_const = ic;
1854
1855     if (fr->nbv != NULL && fr->nbv->bUseGPU)
1856     {
1857         nbnxn_cuda_init_const(fr->nbv->cu_nbv, ic, fr->nbv->grp);
1858     }
1859
1860     bUsesSimpleTables = uses_simple_tables(fr->cutoff_scheme, fr->nbv, -1);
1861     init_interaction_const_tables(fp, ic, bUsesSimpleTables, rtab);
1862 }
1863
1864 static void init_nb_verlet(FILE                *fp,
1865                            nonbonded_verlet_t **nb_verlet,
1866                            const t_inputrec    *ir,
1867                            const t_forcerec    *fr,
1868                            const t_commrec     *cr,
1869                            const char          *nbpu_opt)
1870 {
1871     nonbonded_verlet_t *nbv;
1872     int                 i;
1873     char               *env;
1874     gmx_bool            bEmulateGPU, bHybridGPURun = FALSE;
1875
1876     nbnxn_alloc_t      *nb_alloc;
1877     nbnxn_free_t       *nb_free;
1878
1879     snew(nbv, 1);
1880
1881     pick_nbnxn_resources(cr, fr->hwinfo,
1882                          fr->bNonbonded,
1883                          &nbv->bUseGPU,
1884                          &bEmulateGPU);
1885
1886     nbv->nbs = NULL;
1887
1888     nbv->ngrp = (DOMAINDECOMP(cr) ? 2 : 1);
1889     for (i = 0; i < nbv->ngrp; i++)
1890     {
1891         nbv->grp[i].nbl_lists.nnbl = 0;
1892         nbv->grp[i].nbat           = NULL;
1893         nbv->grp[i].kernel_type    = nbnxnkNotSet;
1894
1895         if (i == 0) /* local */
1896         {
1897             pick_nbnxn_kernel(fp, cr, fr->use_cpu_acceleration,
1898                               nbv->bUseGPU, bEmulateGPU, ir,
1899                               &nbv->grp[i].kernel_type,
1900                               &nbv->grp[i].ewald_excl,
1901                               fr->bNonbonded);
1902         }
1903         else /* non-local */
1904         {
1905             if (nbpu_opt != NULL && strcmp(nbpu_opt, "gpu_cpu") == 0)
1906             {
1907                 /* Use GPU for local, select a CPU kernel for non-local */
1908                 pick_nbnxn_kernel(fp, cr, fr->use_cpu_acceleration,
1909                                   FALSE, FALSE, ir,
1910                                   &nbv->grp[i].kernel_type,
1911                                   &nbv->grp[i].ewald_excl,
1912                                   fr->bNonbonded);
1913
1914                 bHybridGPURun = TRUE;
1915             }
1916             else
1917             {
1918                 /* Use the same kernel for local and non-local interactions */
1919                 nbv->grp[i].kernel_type = nbv->grp[0].kernel_type;
1920                 nbv->grp[i].ewald_excl  = nbv->grp[0].ewald_excl;
1921             }
1922         }
1923     }
1924
1925     if (nbv->bUseGPU)
1926     {
1927         /* init the NxN GPU data; the last argument tells whether we'll have
1928          * both local and non-local NB calculation on GPU */
1929         nbnxn_cuda_init(fp, &nbv->cu_nbv,
1930                         &fr->hwinfo->gpu_info, cr->rank_pp_intranode,
1931                         (nbv->ngrp > 1) && !bHybridGPURun);
1932
1933         if ((env = getenv("GMX_NB_MIN_CI")) != NULL)
1934         {
1935             char *end;
1936
1937             nbv->min_ci_balanced = strtol(env, &end, 10);
1938             if (!end || (*end != 0) || nbv->min_ci_balanced <= 0)
1939             {
1940                 gmx_fatal(FARGS, "Invalid value passed in GMX_NB_MIN_CI=%s, positive integer required", env);
1941             }
1942
1943             if (debug)
1944             {
1945                 fprintf(debug, "Neighbor-list balancing parameter: %d (passed as env. var.)\n",
1946                         nbv->min_ci_balanced);
1947             }
1948         }
1949         else
1950         {
1951             nbv->min_ci_balanced = nbnxn_cuda_min_ci_balanced(nbv->cu_nbv);
1952             if (debug)
1953             {
1954                 fprintf(debug, "Neighbor-list balancing parameter: %d (auto-adjusted to the number of GPU multi-processors)\n",
1955                         nbv->min_ci_balanced);
1956             }
1957         }
1958     }
1959     else
1960     {
1961         nbv->min_ci_balanced = 0;
1962     }
1963
1964     *nb_verlet = nbv;
1965
1966     nbnxn_init_search(&nbv->nbs,
1967                       DOMAINDECOMP(cr) ? &cr->dd->nc : NULL,
1968                       DOMAINDECOMP(cr) ? domdec_zones(cr->dd) : NULL,
1969                       gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded));
1970
1971     for (i = 0; i < nbv->ngrp; i++)
1972     {
1973         if (nbv->grp[0].kernel_type == nbnxnk8x8x8_CUDA)
1974         {
1975             nb_alloc = &pmalloc;
1976             nb_free  = &pfree;
1977         }
1978         else
1979         {
1980             nb_alloc = NULL;
1981             nb_free  = NULL;
1982         }
1983
1984         nbnxn_init_pairlist_set(&nbv->grp[i].nbl_lists,
1985                                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type),
1986                                 /* 8x8x8 "non-simple" lists are ATM always combined */
1987                                 !nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type),
1988                                 nb_alloc, nb_free);
1989
1990         if (i == 0 ||
1991             nbv->grp[0].kernel_type != nbv->grp[i].kernel_type)
1992         {
1993             snew(nbv->grp[i].nbat, 1);
1994             nbnxn_atomdata_init(fp,
1995                                 nbv->grp[i].nbat,
1996                                 nbv->grp[i].kernel_type,
1997                                 fr->ntype, fr->nbfp,
1998                                 ir->opts.ngener,
1999                                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type) ? gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded) : 1,
2000                                 nb_alloc, nb_free);
2001         }
2002         else
2003         {
2004             nbv->grp[i].nbat = nbv->grp[0].nbat;
2005         }
2006     }
2007 }
2008
2009 void init_forcerec(FILE              *fp,
2010                    const output_env_t oenv,
2011                    t_forcerec        *fr,
2012                    t_fcdata          *fcd,
2013                    const t_inputrec  *ir,
2014                    const gmx_mtop_t  *mtop,
2015                    const t_commrec   *cr,
2016                    matrix             box,
2017                    const char        *tabfn,
2018                    const char        *tabafn,
2019                    const char        *tabpfn,
2020                    const char        *tabbfn,
2021                    const char        *nbpu_opt,
2022                    gmx_bool           bNoSolvOpt,
2023                    real               print_force)
2024 {
2025     int            i, j, m, natoms, ngrp, negp_pp, negptable, egi, egj;
2026     real           rtab;
2027     char          *env;
2028     double         dbl;
2029     rvec           box_size;
2030     const t_block *cgs;
2031     gmx_bool       bGenericKernelOnly;
2032     gmx_bool       bTab, bSep14tab, bNormalnblists;
2033     t_nblists     *nbl;
2034     int           *nm_ind, egp_flags;
2035
2036     if (fr->hwinfo == NULL)
2037     {
2038         /* Detect hardware, gather information.
2039          * In mdrun, hwinfo has already been set before calling init_forcerec.
2040          * Here we ignore GPUs, as tools will not use them anyhow.
2041          */
2042         fr->hwinfo = gmx_detect_hardware(fp, cr, FALSE, FALSE, NULL);
2043     }
2044
2045     /* By default we turn acceleration on, but it might be turned off further down... */
2046     fr->use_cpu_acceleration = TRUE;
2047
2048     fr->bDomDec = DOMAINDECOMP(cr);
2049
2050     natoms = mtop->natoms;
2051
2052     if (check_box(ir->ePBC, box))
2053     {
2054         gmx_fatal(FARGS, check_box(ir->ePBC, box));
2055     }
2056
2057     /* Test particle insertion ? */
2058     if (EI_TPI(ir->eI))
2059     {
2060         /* Set to the size of the molecule to be inserted (the last one) */
2061         /* Because of old style topologies, we have to use the last cg
2062          * instead of the last molecule type.
2063          */
2064         cgs       = &mtop->moltype[mtop->molblock[mtop->nmolblock-1].type].cgs;
2065         fr->n_tpi = cgs->index[cgs->nr] - cgs->index[cgs->nr-1];
2066         if (fr->n_tpi != mtop->mols.index[mtop->mols.nr] - mtop->mols.index[mtop->mols.nr-1])
2067         {
2068             gmx_fatal(FARGS, "The molecule to insert can not consist of multiple charge groups.\nMake it a single charge group.");
2069         }
2070     }
2071     else
2072     {
2073         fr->n_tpi = 0;
2074     }
2075
2076     /* Copy AdResS parameters */
2077     if (ir->bAdress)
2078     {
2079         fr->adress_type           = ir->adress->type;
2080         fr->adress_const_wf       = ir->adress->const_wf;
2081         fr->adress_ex_width       = ir->adress->ex_width;
2082         fr->adress_hy_width       = ir->adress->hy_width;
2083         fr->adress_icor           = ir->adress->icor;
2084         fr->adress_site           = ir->adress->site;
2085         fr->adress_ex_forcecap    = ir->adress->ex_forcecap;
2086         fr->adress_do_hybridpairs = ir->adress->do_hybridpairs;
2087
2088
2089         snew(fr->adress_group_explicit, ir->adress->n_energy_grps);
2090         for (i = 0; i < ir->adress->n_energy_grps; i++)
2091         {
2092             fr->adress_group_explicit[i] = ir->adress->group_explicit[i];
2093         }
2094
2095         fr->n_adress_tf_grps = ir->adress->n_tf_grps;
2096         snew(fr->adress_tf_table_index, fr->n_adress_tf_grps);
2097         for (i = 0; i < fr->n_adress_tf_grps; i++)
2098         {
2099             fr->adress_tf_table_index[i] = ir->adress->tf_table_index[i];
2100         }
2101         copy_rvec(ir->adress->refs, fr->adress_refs);
2102     }
2103     else
2104     {
2105         fr->adress_type           = eAdressOff;
2106         fr->adress_do_hybridpairs = FALSE;
2107     }
2108
2109     /* Copy the user determined parameters */
2110     fr->userint1  = ir->userint1;
2111     fr->userint2  = ir->userint2;
2112     fr->userint3  = ir->userint3;
2113     fr->userint4  = ir->userint4;
2114     fr->userreal1 = ir->userreal1;
2115     fr->userreal2 = ir->userreal2;
2116     fr->userreal3 = ir->userreal3;
2117     fr->userreal4 = ir->userreal4;
2118
2119     /* Shell stuff */
2120     fr->fc_stepsize = ir->fc_stepsize;
2121
2122     /* Free energy */
2123     fr->efep        = ir->efep;
2124     fr->sc_alphavdw = ir->fepvals->sc_alpha;
2125     if (ir->fepvals->bScCoul)
2126     {
2127         fr->sc_alphacoul  = ir->fepvals->sc_alpha;
2128         fr->sc_sigma6_min = pow(ir->fepvals->sc_sigma_min, 6);
2129     }
2130     else
2131     {
2132         fr->sc_alphacoul  = 0;
2133         fr->sc_sigma6_min = 0; /* only needed when bScCoul is on */
2134     }
2135     fr->sc_power      = ir->fepvals->sc_power;
2136     fr->sc_r_power    = ir->fepvals->sc_r_power;
2137     fr->sc_sigma6_def = pow(ir->fepvals->sc_sigma, 6);
2138
2139     env = getenv("GMX_SCSIGMA_MIN");
2140     if (env != NULL)
2141     {
2142         dbl = 0;
2143         sscanf(env, "%lf", &dbl);
2144         fr->sc_sigma6_min = pow(dbl, 6);
2145         if (fp)
2146         {
2147             fprintf(fp, "Setting the minimum soft core sigma to %g nm\n", dbl);
2148         }
2149     }
2150
2151     fr->bNonbonded = TRUE;
2152     if (getenv("GMX_NO_NONBONDED") != NULL)
2153     {
2154         /* turn off non-bonded calculations */
2155         fr->bNonbonded = FALSE;
2156         md_print_warn(cr, fp,
2157                       "Found environment variable GMX_NO_NONBONDED.\n"
2158                       "Disabling nonbonded calculations.\n");
2159     }
2160
2161     bGenericKernelOnly = FALSE;
2162
2163     /* We now check in the NS code whether a particular combination of interactions
2164      * can be used with water optimization, and disable it if that is not the case.
2165      */
2166
2167     if (getenv("GMX_NB_GENERIC") != NULL)
2168     {
2169         if (fp != NULL)
2170         {
2171             fprintf(fp,
2172                     "Found environment variable GMX_NB_GENERIC.\n"
2173                     "Disabling all interaction-specific nonbonded kernels, will only\n"
2174                     "use the slow generic ones in src/gmxlib/nonbonded/nb_generic.c\n\n");
2175         }
2176         bGenericKernelOnly = TRUE;
2177     }
2178
2179     if (bGenericKernelOnly == TRUE)
2180     {
2181         bNoSolvOpt         = TRUE;
2182     }
2183
2184     if ( (getenv("GMX_DISABLE_CPU_ACCELERATION") != NULL) || (getenv("GMX_NOOPTIMIZEDKERNELS") != NULL) )
2185     {
2186         fr->use_cpu_acceleration = FALSE;
2187         if (fp != NULL)
2188         {
2189             fprintf(fp,
2190                     "\nFound environment variable GMX_DISABLE_CPU_ACCELERATION.\n"
2191                     "Disabling all CPU architecture-specific (e.g. SSE2/SSE4/AVX) routines.\n\n");
2192         }
2193     }
2194
2195     fr->bBHAM = (mtop->ffparams.functype[0] == F_BHAM);
2196
2197     /* Check if we can/should do all-vs-all kernels */
2198     fr->bAllvsAll       = can_use_allvsall(ir, FALSE, NULL, NULL);
2199     fr->AllvsAll_work   = NULL;
2200     fr->AllvsAll_workgb = NULL;
2201
2202     /* All-vs-all kernels have not been implemented in 4.6, and
2203      * the SIMD group kernels are also buggy in this case. Non-accelerated
2204      * group kernels are OK. See Redmine #1249. */
2205     if (fr->bAllvsAll)
2206     {
2207         fr->bAllvsAll            = FALSE;
2208         fr->use_cpu_acceleration = FALSE;
2209         if (fp != NULL)
2210         {
2211             fprintf(fp,
2212                     "\nYour simulation settings would have triggered the efficient all-vs-all\n"
2213                     "kernels in GROMACS 4.5, but these have not been implemented in GROMACS\n"
2214                     "4.6. Also, we can't use the accelerated SIMD kernels here because\n"
2215                     "of an unfixed bug. The reference C kernels are correct, though, so\n"
2216                     "we are proceeding by disabling all CPU architecture-specific\n"
2217                     "(e.g. SSE2/SSE4/AVX) routines. If performance is important, please\n"
2218                     "use GROMACS 4.5.7 or try cutoff-scheme = Verlet.\n\n");
2219         }
2220     }
2221
2222     /* Neighbour searching stuff */
2223     fr->cutoff_scheme = ir->cutoff_scheme;
2224     fr->bGrid         = (ir->ns_type == ensGRID);
2225     fr->ePBC          = ir->ePBC;
2226
2227     /* Determine if we will do PBC for distances in bonded interactions */
2228     if (fr->ePBC == epbcNONE)
2229     {
2230         fr->bMolPBC = FALSE;
2231     }
2232     else
2233     {
2234         if (!DOMAINDECOMP(cr))
2235         {
2236             /* The group cut-off scheme and SHAKE assume charge groups
2237              * are whole, but not using molpbc is faster in most cases.
2238              */
2239             if (fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP ||
2240                 (ir->eConstrAlg == econtSHAKE &&
2241                  (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTR) > 0 ||
2242                   gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTRNC) > 0)))
2243             {
2244                 fr->bMolPBC = ir->bPeriodicMols;
2245             }
2246             else
2247             {
2248                 fr->bMolPBC = TRUE;
2249                 if (getenv("GMX_USE_GRAPH") != NULL)
2250                 {
2251                     fr->bMolPBC = FALSE;
2252                     if (fp)
2253                     {
2254                         fprintf(fp, "\nGMX_MOLPBC is set, using the graph for bonded interactions\n\n");
2255                     }
2256                 }
2257             }
2258         }
2259         else
2260         {
2261             fr->bMolPBC = dd_bonded_molpbc(cr->dd, fr->ePBC);
2262         }
2263     }
2264     fr->bGB = (ir->implicit_solvent == eisGBSA);
2265
2266     fr->rc_scaling = ir->refcoord_scaling;
2267     copy_rvec(ir->posres_com, fr->posres_com);
2268     copy_rvec(ir->posres_comB, fr->posres_comB);
2269     fr->rlist      = cutoff_inf(ir->rlist);
2270     fr->rlistlong  = cutoff_inf(ir->rlistlong);
2271     fr->eeltype    = ir->coulombtype;
2272     fr->vdwtype    = ir->vdwtype;
2273
2274     fr->coulomb_modifier = ir->coulomb_modifier;
2275     fr->vdw_modifier     = ir->vdw_modifier;
2276
2277     /* Electrostatics: Translate from interaction-setting-in-mdp-file to kernel interaction format */
2278     switch (fr->eeltype)
2279     {
2280         case eelCUT:
2281             fr->nbkernel_elec_interaction = (fr->bGB) ? GMX_NBKERNEL_ELEC_GENERALIZEDBORN : GMX_NBKERNEL_ELEC_COULOMB;
2282             break;
2283
2284         case eelRF:
2285         case eelGRF:
2286         case eelRF_NEC:
2287             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD;
2288             break;
2289
2290         case eelRF_ZERO:
2291             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD;
2292             fr->coulomb_modifier          = eintmodEXACTCUTOFF;
2293             break;
2294
2295         case eelSWITCH:
2296         case eelSHIFT:
2297         case eelUSER:
2298         case eelENCADSHIFT:
2299         case eelPMESWITCH:
2300         case eelPMEUSER:
2301         case eelPMEUSERSWITCH:
2302             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
2303             break;
2304
2305         case eelPME:
2306         case eelEWALD:
2307             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_EWALD;
2308             break;
2309
2310         default:
2311             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported electrostatic interaction: %s", eel_names[fr->eeltype]);
2312             break;
2313     }
2314
2315     /* Vdw: Translate from mdp settings to kernel format */
2316     switch (fr->vdwtype)
2317     {
2318         case evdwCUT:
2319             if (fr->bBHAM)
2320             {
2321                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_BUCKINGHAM;
2322             }
2323             else
2324             {
2325                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_LENNARDJONES;
2326             }
2327             break;
2328
2329         case evdwSWITCH:
2330         case evdwSHIFT:
2331         case evdwUSER:
2332         case evdwENCADSHIFT:
2333             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE;
2334             break;
2335
2336         default:
2337             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported vdw interaction: %s", evdw_names[fr->vdwtype]);
2338             break;
2339     }
2340
2341     /* These start out identical to ir, but might be altered if we e.g. tabulate the interaction in the kernel */
2342     fr->nbkernel_elec_modifier    = fr->coulomb_modifier;
2343     fr->nbkernel_vdw_modifier     = fr->vdw_modifier;
2344
2345     fr->bTwinRange = fr->rlistlong > fr->rlist;
2346     fr->bEwald     = (EEL_PME(fr->eeltype) || fr->eeltype == eelEWALD);
2347
2348     fr->reppow     = mtop->ffparams.reppow;
2349
2350     if (ir->cutoff_scheme == ecutsGROUP)
2351     {
2352         fr->bvdwtab    = (fr->vdwtype != evdwCUT ||
2353                           !gmx_within_tol(fr->reppow, 12.0, 10*GMX_DOUBLE_EPS));
2354         /* We have special kernels for standard Ewald and PME, but the pme-switch ones are tabulated above */
2355         fr->bcoultab   = !(fr->eeltype == eelCUT ||
2356                            fr->eeltype == eelEWALD ||
2357                            fr->eeltype == eelPME ||
2358                            fr->eeltype == eelRF ||
2359                            fr->eeltype == eelRF_ZERO);
2360
2361         /* If the user absolutely wants different switch/shift settings for coul/vdw, it is likely
2362          * going to be faster to tabulate the interaction than calling the generic kernel.
2363          */
2364         if (fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodPOTSWITCH && fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH)
2365         {
2366             if ((fr->rcoulomb_switch != fr->rvdw_switch) || (fr->rcoulomb != fr->rvdw))
2367             {
2368                 fr->bcoultab = TRUE;
2369             }
2370         }
2371         else if ((fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodPOTSHIFT && fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT) ||
2372                  ((fr->nbkernel_elec_interaction == GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD &&
2373                    fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodEXACTCUTOFF &&
2374                    (fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH || fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT))))
2375         {
2376             if (fr->rcoulomb != fr->rvdw)
2377             {
2378                 fr->bcoultab = TRUE;
2379             }
2380         }
2381
2382         if (getenv("GMX_REQUIRE_TABLES"))
2383         {
2384             fr->bvdwtab  = TRUE;
2385             fr->bcoultab = TRUE;
2386         }
2387
2388         if (fp)
2389         {
2390             fprintf(fp, "Table routines are used for coulomb: %s\n", bool_names[fr->bcoultab]);
2391             fprintf(fp, "Table routines are used for vdw:     %s\n", bool_names[fr->bvdwtab ]);
2392         }
2393
2394         if (fr->bvdwtab == TRUE)
2395         {
2396             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE;
2397             fr->nbkernel_vdw_modifier    = eintmodNONE;
2398         }
2399         if (fr->bcoultab == TRUE)
2400         {
2401             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
2402             fr->nbkernel_elec_modifier    = eintmodNONE;
2403         }
2404     }
2405
2406     if (ir->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
2407     {
2408         if (!gmx_within_tol(fr->reppow, 12.0, 10*GMX_DOUBLE_EPS))
2409         {
2410             gmx_fatal(FARGS, "Cut-off scheme %S only supports LJ repulsion power 12", ecutscheme_names[ir->cutoff_scheme]);
2411         }
2412         fr->bvdwtab  = FALSE;
2413         fr->bcoultab = FALSE;
2414     }
2415
2416     /* Tables are used for direct ewald sum */
2417     if (fr->bEwald)
2418     {
2419         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
2420         {
2421             if (fp)
2422             {
2423                 fprintf(fp, "Will do PME sum in reciprocal space.\n");
2424             }
2425             if (ir->coulombtype == eelP3M_AD)
2426             {
2427                 please_cite(fp, "Hockney1988");
2428                 please_cite(fp, "Ballenegger2012");
2429             }
2430             else
2431             {
2432                 please_cite(fp, "Essmann95a");
2433             }
2434
2435             if (ir->ewald_geometry == eewg3DC)
2436             {
2437                 if (fp)
2438                 {
2439                     fprintf(fp, "Using the Ewald3DC correction for systems with a slab geometry.\n");
2440                 }
2441                 please_cite(fp, "In-Chul99a");
2442             }
2443         }
2444         fr->ewaldcoeff = calc_ewaldcoeff(ir->rcoulomb, ir->ewald_rtol);
2445         init_ewald_tab(&(fr->ewald_table), ir, fp);
2446         if (fp)
2447         {
2448             fprintf(fp, "Using a Gaussian width (1/beta) of %g nm for Ewald\n",
2449                     1/fr->ewaldcoeff);
2450         }
2451     }
2452
2453     /* Electrostatics */
2454     fr->epsilon_r       = ir->epsilon_r;
2455     fr->epsilon_rf      = ir->epsilon_rf;
2456     fr->fudgeQQ         = mtop->ffparams.fudgeQQ;
2457     fr->rcoulomb_switch = ir->rcoulomb_switch;
2458     fr->rcoulomb        = cutoff_inf(ir->rcoulomb);
2459
2460     /* Parameters for generalized RF */
2461     fr->zsquare = 0.0;
2462     fr->temp    = 0.0;
2463
2464     if (fr->eeltype == eelGRF)
2465     {
2466         init_generalized_rf(fp, mtop, ir, fr);
2467     }
2468     else if (fr->eeltype == eelSHIFT)
2469     {
2470         for (m = 0; (m < DIM); m++)
2471         {
2472             box_size[m] = box[m][m];
2473         }
2474
2475         if ((fr->eeltype == eelSHIFT && fr->rcoulomb > fr->rcoulomb_switch))
2476         {
2477             set_shift_consts(fr->rcoulomb_switch, fr->rcoulomb, box_size);
2478         }
2479     }
2480
2481     fr->bF_NoVirSum = (EEL_FULL(fr->eeltype) ||
2482                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_POSRES) > 0 ||
2483                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_FBPOSRES) > 0 ||
2484                        IR_ELEC_FIELD(*ir) ||
2485                        (fr->adress_icor != eAdressICOff)
2486                        );
2487
2488     if (fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP &&
2489         ncg_mtop(mtop) > fr->cg_nalloc && !DOMAINDECOMP(cr))
2490     {
2491         /* Count the total number of charge groups */
2492         fr->cg_nalloc = ncg_mtop(mtop);
2493         srenew(fr->cg_cm, fr->cg_nalloc);
2494     }
2495     if (fr->shift_vec == NULL)
2496     {
2497         snew(fr->shift_vec, SHIFTS);
2498     }
2499
2500     if (fr->fshift == NULL)
2501     {
2502         snew(fr->fshift, SHIFTS);
2503     }
2504
2505     if (fr->nbfp == NULL)
2506     {
2507         fr->ntype = mtop->ffparams.atnr;
2508         fr->nbfp  = mk_nbfp(&mtop->ffparams, fr->bBHAM);
2509     }
2510
2511     /* Copy the energy group exclusions */
2512     fr->egp_flags = ir->opts.egp_flags;
2513
2514     /* Van der Waals stuff */
2515     fr->rvdw        = cutoff_inf(ir->rvdw);
2516     fr->rvdw_switch = ir->rvdw_switch;
2517     if ((fr->vdwtype != evdwCUT) && (fr->vdwtype != evdwUSER) && !fr->bBHAM)
2518     {
2519         if (fr->rvdw_switch >= fr->rvdw)
2520         {
2521             gmx_fatal(FARGS, "rvdw_switch (%f) must be < rvdw (%f)",
2522                       fr->rvdw_switch, fr->rvdw);
2523         }
2524         if (fp)
2525         {
2526             fprintf(fp, "Using %s Lennard-Jones, switch between %g and %g nm\n",
2527                     (fr->eeltype == eelSWITCH) ? "switched" : "shifted",
2528                     fr->rvdw_switch, fr->rvdw);
2529         }
2530     }
2531
2532     if (fr->bBHAM && (fr->vdwtype == evdwSHIFT || fr->vdwtype == evdwSWITCH))
2533     {
2534         gmx_fatal(FARGS, "Switch/shift interaction not supported with Buckingham");
2535     }
2536
2537     if (fp)
2538     {
2539         fprintf(fp, "Cut-off's:   NS: %g   Coulomb: %g   %s: %g\n",
2540                 fr->rlist, fr->rcoulomb, fr->bBHAM ? "BHAM" : "LJ", fr->rvdw);
2541     }
2542
2543     fr->eDispCorr = ir->eDispCorr;
2544     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
2545     {
2546         set_avcsixtwelve(fp, fr, mtop);
2547     }
2548
2549     if (fr->bBHAM)
2550     {
2551         set_bham_b_max(fp, fr, mtop);
2552     }
2553
2554     fr->gb_epsilon_solvent = ir->gb_epsilon_solvent;
2555
2556     /* Copy the GBSA data (radius, volume and surftens for each
2557      * atomtype) from the topology atomtype section to forcerec.
2558      */
2559     snew(fr->atype_radius, fr->ntype);
2560     snew(fr->atype_vol, fr->ntype);
2561     snew(fr->atype_surftens, fr->ntype);
2562     snew(fr->atype_gb_radius, fr->ntype);
2563     snew(fr->atype_S_hct, fr->ntype);
2564
2565     if (mtop->atomtypes.nr > 0)
2566     {
2567         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2568         {
2569             fr->atype_radius[i] = mtop->atomtypes.radius[i];
2570         }
2571         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2572         {
2573             fr->atype_vol[i] = mtop->atomtypes.vol[i];
2574         }
2575         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2576         {
2577             fr->atype_surftens[i] = mtop->atomtypes.surftens[i];
2578         }
2579         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2580         {
2581             fr->atype_gb_radius[i] = mtop->atomtypes.gb_radius[i];
2582         }
2583         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2584         {
2585             fr->atype_S_hct[i] = mtop->atomtypes.S_hct[i];
2586         }
2587     }
2588
2589     /* Generate the GB table if needed */
2590     if (fr->bGB)
2591     {
2592 #ifdef GMX_DOUBLE
2593         fr->gbtabscale = 2000;
2594 #else
2595         fr->gbtabscale = 500;
2596 #endif
2597
2598         fr->gbtabr = 100;
2599         fr->gbtab  = make_gb_table(oenv, fr);
2600
2601         init_gb(&fr->born, cr, fr, ir, mtop, ir->gb_algorithm);
2602
2603         /* Copy local gb data (for dd, this is done in dd_partition_system) */
2604         if (!DOMAINDECOMP(cr))
2605         {
2606             make_local_gb(cr, fr->born, ir->gb_algorithm);
2607         }
2608     }
2609
2610     /* Set the charge scaling */
2611     if (fr->epsilon_r != 0)
2612     {
2613         fr->epsfac = ONE_4PI_EPS0/fr->epsilon_r;
2614     }
2615     else
2616     {
2617         /* eps = 0 is infinite dieletric: no coulomb interactions */
2618         fr->epsfac = 0;
2619     }
2620
2621     /* Reaction field constants */
2622     if (EEL_RF(fr->eeltype))
2623     {
2624         calc_rffac(fp, fr->eeltype, fr->epsilon_r, fr->epsilon_rf,
2625                    fr->rcoulomb, fr->temp, fr->zsquare, box,
2626                    &fr->kappa, &fr->k_rf, &fr->c_rf);
2627     }
2628
2629     set_chargesum(fp, fr, mtop);
2630
2631     /* if we are using LR electrostatics, and they are tabulated,
2632      * the tables will contain modified coulomb interactions.
2633      * Since we want to use the non-shifted ones for 1-4
2634      * coulombic interactions, we must have an extra set of tables.
2635      */
2636
2637     /* Construct tables.
2638      * A little unnecessary to make both vdw and coul tables sometimes,
2639      * but what the heck... */
2640
2641     bTab = fr->bcoultab || fr->bvdwtab || fr->bEwald;
2642
2643     bSep14tab = ((!bTab || fr->eeltype != eelCUT || fr->vdwtype != evdwCUT ||
2644                   fr->bBHAM || fr->bEwald) &&
2645                  (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJ14) > 0 ||
2646                   gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC14_Q) > 0 ||
2647                   gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC_PAIRS_NB) > 0));
2648
2649     negp_pp   = ir->opts.ngener - ir->nwall;
2650     negptable = 0;
2651     if (!bTab)
2652     {
2653         bNormalnblists = TRUE;
2654         fr->nnblists   = 1;
2655     }
2656     else
2657     {
2658         bNormalnblists = (ir->eDispCorr != edispcNO);
2659         for (egi = 0; egi < negp_pp; egi++)
2660         {
2661             for (egj = egi; egj < negp_pp; egj++)
2662             {
2663                 egp_flags = ir->opts.egp_flags[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)];
2664                 if (!(egp_flags & EGP_EXCL))
2665                 {
2666                     if (egp_flags & EGP_TABLE)
2667                     {
2668                         negptable++;
2669                     }
2670                     else
2671                     {
2672                         bNormalnblists = TRUE;
2673                     }
2674                 }
2675             }
2676         }
2677         if (bNormalnblists)
2678         {
2679             fr->nnblists = negptable + 1;
2680         }
2681         else
2682         {
2683             fr->nnblists = negptable;
2684         }
2685         if (fr->nnblists > 1)
2686         {
2687             snew(fr->gid2nblists, ir->opts.ngener*ir->opts.ngener);
2688         }
2689     }
2690
2691     if (ir->adress)
2692     {
2693         fr->nnblists *= 2;
2694     }
2695
2696     snew(fr->nblists, fr->nnblists);
2697
2698     /* This code automatically gives table length tabext without cut-off's,
2699      * in that case grompp should already have checked that we do not need
2700      * normal tables and we only generate tables for 1-4 interactions.
2701      */
2702     rtab = ir->rlistlong + ir->tabext;
2703
2704     if (bTab)
2705     {
2706         /* make tables for ordinary interactions */
2707         if (bNormalnblists)
2708         {
2709             make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn, NULL, NULL, &fr->nblists[0]);
2710             if (ir->adress)
2711             {
2712                 make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn, NULL, NULL, &fr->nblists[fr->nnblists/2]);
2713             }
2714             if (!bSep14tab)
2715             {
2716                 fr->tab14 = fr->nblists[0].table_elec_vdw;
2717             }
2718             m = 1;
2719         }
2720         else
2721         {
2722             m = 0;
2723         }
2724         if (negptable > 0)
2725         {
2726             /* Read the special tables for certain energy group pairs */
2727             nm_ind = mtop->groups.grps[egcENER].nm_ind;
2728             for (egi = 0; egi < negp_pp; egi++)
2729             {
2730                 for (egj = egi; egj < negp_pp; egj++)
2731                 {
2732                     egp_flags = ir->opts.egp_flags[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)];
2733                     if ((egp_flags & EGP_TABLE) && !(egp_flags & EGP_EXCL))
2734                     {
2735                         nbl = &(fr->nblists[m]);
2736                         if (fr->nnblists > 1)
2737                         {
2738                             fr->gid2nblists[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)] = m;
2739                         }
2740                         /* Read the table file with the two energy groups names appended */
2741                         make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn,
2742                                         *mtop->groups.grpname[nm_ind[egi]],
2743                                         *mtop->groups.grpname[nm_ind[egj]],
2744                                         &fr->nblists[m]);
2745                         if (ir->adress)
2746                         {
2747                             make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn,
2748                                             *mtop->groups.grpname[nm_ind[egi]],
2749                                             *mtop->groups.grpname[nm_ind[egj]],
2750                                             &fr->nblists[fr->nnblists/2+m]);
2751                         }
2752                         m++;
2753                     }
2754                     else if (fr->nnblists > 1)
2755                     {
2756                         fr->gid2nblists[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)] = 0;
2757                     }
2758                 }
2759             }
2760         }
2761     }
2762     if (bSep14tab)
2763     {
2764         /* generate extra tables with plain Coulomb for 1-4 interactions only */
2765         fr->tab14 = make_tables(fp, oenv, fr, MASTER(cr), tabpfn, rtab,
2766                                 GMX_MAKETABLES_14ONLY);
2767     }
2768
2769     /* Read AdResS Thermo Force table if needed */
2770     if (fr->adress_icor == eAdressICThermoForce)
2771     {
2772         /* old todo replace */
2773
2774         if (ir->adress->n_tf_grps > 0)
2775         {
2776             make_adress_tf_tables(fp, oenv, fr, ir, tabfn, mtop, box);
2777
2778         }
2779         else
2780         {
2781             /* load the default table */
2782             snew(fr->atf_tabs, 1);
2783             fr->atf_tabs[DEFAULT_TF_TABLE] = make_atf_table(fp, oenv, fr, tabafn, box);
2784         }
2785     }
2786
2787     /* Wall stuff */
2788     fr->nwall = ir->nwall;
2789     if (ir->nwall && ir->wall_type == ewtTABLE)
2790     {
2791         make_wall_tables(fp, oenv, ir, tabfn, &mtop->groups, fr);
2792     }
2793
2794     if (fcd && tabbfn)
2795     {
2796         fcd->bondtab  = make_bonded_tables(fp,
2797                                            F_TABBONDS, F_TABBONDSNC,
2798                                            mtop, tabbfn, "b");
2799         fcd->angletab = make_bonded_tables(fp,
2800                                            F_TABANGLES, -1,
2801                                            mtop, tabbfn, "a");
2802         fcd->dihtab   = make_bonded_tables(fp,
2803                                            F_TABDIHS, -1,
2804                                            mtop, tabbfn, "d");
2805     }
2806     else
2807     {
2808         if (debug)
2809         {
2810             fprintf(debug, "No fcdata or table file name passed, can not read table, can not do bonded interactions\n");
2811         }
2812     }
2813
2814     /* QM/MM initialization if requested
2815      */
2816     if (ir->bQMMM)
2817     {
2818         fprintf(stderr, "QM/MM calculation requested.\n");
2819     }
2820
2821     fr->bQMMM      = ir->bQMMM;
2822     fr->qr         = mk_QMMMrec();
2823
2824     /* Set all the static charge group info */
2825     fr->cginfo_mb = init_cginfo_mb(fp, mtop, fr, bNoSolvOpt,
2826                                    &fr->bExcl_IntraCGAll_InterCGNone);
2827     if (DOMAINDECOMP(cr))
2828     {
2829         fr->cginfo = NULL;
2830     }
2831     else
2832     {
2833         fr->cginfo = cginfo_expand(mtop->nmolblock, fr->cginfo_mb);
2834     }
2835
2836     if (!DOMAINDECOMP(cr))
2837     {
2838         /* When using particle decomposition, the effect of the second argument,
2839          * which sets fr->hcg, is corrected later in do_md and init_em.
2840          */
2841         forcerec_set_ranges(fr, ncg_mtop(mtop), ncg_mtop(mtop),
2842                             mtop->natoms, mtop->natoms, mtop->natoms);
2843     }
2844
2845     fr->print_force = print_force;
2846
2847
2848     /* coarse load balancing vars */
2849     fr->t_fnbf    = 0.;
2850     fr->t_wait    = 0.;
2851     fr->timesteps = 0;
2852
2853     /* Initialize neighbor search */
2854     init_ns(fp, cr, &fr->ns, fr, mtop);
2855
2856     if (cr->duty & DUTY_PP)
2857     {
2858         gmx_nonbonded_setup(fr, bGenericKernelOnly);
2859         /*
2860            if (ir->bAdress)
2861             {
2862                 gmx_setup_adress_kernels(fp,bGenericKernelOnly);
2863             }
2864          */
2865     }
2866
2867     /* Initialize the thread working data for bonded interactions */
2868     init_forcerec_f_threads(fr, mtop->groups.grps[egcENER].nr);
2869
2870     snew(fr->excl_load, fr->nthreads+1);
2871
2872     if (fr->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
2873     {
2874         if (ir->rcoulomb != ir->rvdw)
2875         {
2876             gmx_fatal(FARGS, "With Verlet lists rcoulomb and rvdw should be identical");
2877         }
2878
2879         init_nb_verlet(fp, &fr->nbv, ir, fr, cr, nbpu_opt);
2880     }
2881
2882     /* fr->ic is used both by verlet and group kernels (to some extent) now */
2883     init_interaction_const(fp, &fr->ic, fr, rtab);
2884     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
2885     {
2886         calc_enervirdiff(fp, ir->eDispCorr, fr);
2887     }
2888 }
2889
2890 #define pr_real(fp, r) fprintf(fp, "%s: %e\n",#r, r)
2891 #define pr_int(fp, i)  fprintf((fp), "%s: %d\n",#i, i)
2892 #define pr_bool(fp, b) fprintf((fp), "%s: %s\n",#b, bool_names[b])
2893
2894 void pr_forcerec(FILE *fp, t_forcerec *fr)
2895 {
2896     int i;
2897
2898     pr_real(fp, fr->rlist);
2899     pr_real(fp, fr->rcoulomb);
2900     pr_real(fp, fr->fudgeQQ);
2901     pr_bool(fp, fr->bGrid);
2902     pr_bool(fp, fr->bTwinRange);
2903     /*pr_int(fp,fr->cg0);
2904        pr_int(fp,fr->hcg);*/
2905     for (i = 0; i < fr->nnblists; i++)
2906     {
2907         pr_int(fp, fr->nblists[i].table_elec_vdw.n);
2908     }
2909     pr_real(fp, fr->rcoulomb_switch);
2910     pr_real(fp, fr->rcoulomb);
2911
2912     fflush(fp);
2913 }
2914
2915 void forcerec_set_excl_load(t_forcerec *fr,
2916                             const gmx_localtop_t *top, const t_commrec *cr)
2917 {
2918     const int *ind, *a;
2919     int        t, i, j, ntot, n, ntarget;
2920
2921     if (cr != NULL && PARTDECOMP(cr))
2922     {
2923         /* No OpenMP with particle decomposition */
2924         pd_at_range(cr,
2925                     &fr->excl_load[0],
2926                     &fr->excl_load[1]);
2927
2928         return;
2929     }
2930
2931     ind = top->excls.index;
2932     a   = top->excls.a;
2933
2934     ntot = 0;
2935     for (i = 0; i < top->excls.nr; i++)
2936     {
2937         for (j = ind[i]; j < ind[i+1]; j++)
2938         {
2939             if (a[j] > i)
2940             {
2941                 ntot++;
2942             }
2943         }
2944     }
2945
2946     fr->excl_load[0] = 0;
2947     n                = 0;
2948     i                = 0;
2949     for (t = 1; t <= fr->nthreads; t++)
2950     {
2951         ntarget = (ntot*t)/fr->nthreads;
2952         while (i < top->excls.nr && n < ntarget)
2953         {
2954             for (j = ind[i]; j < ind[i+1]; j++)
2955             {
2956                 if (a[j] > i)
2957                 {
2958                     n++;
2959                 }
2960             }
2961             i++;
2962         }
2963         fr->excl_load[t] = i;
2964     }
2965 }