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
1521          * the SIMD kernel. On BlueGene/Q, this is faster regardless
1522          * of precision. In single precision, this is faster on
1523          * Bulldozer, and slightly faster on Sandy Bridge.
1524          */
1525 #if ((defined GMX_X86_AVX_128_FMA || defined GMX_X86_AVX_256) && !defined GMX_DOUBLE) || (defined GMX_CPU_ACCELERATION_IBM_QPX)
1526         *ewald_excl = ewaldexclAnalytical;
1527 #endif
1528         if (getenv("GMX_NBNXN_EWALD_TABLE") != NULL)
1529         {
1530             *ewald_excl = ewaldexclTable;
1531         }
1532         if (getenv("GMX_NBNXN_EWALD_ANALYTICAL") != NULL)
1533         {
1534             *ewald_excl = ewaldexclAnalytical;
1535         }
1536
1537     }
1538 #endif /* GMX_NBNXN_SIMD */
1539 }
1540
1541
1542 const char *lookup_nbnxn_kernel_name(int kernel_type)
1543 {
1544     const char *returnvalue = NULL;
1545     switch (kernel_type)
1546     {
1547         case nbnxnkNotSet:
1548             returnvalue = "not set";
1549             break;
1550         case nbnxnk4x4_PlainC:
1551             returnvalue = "plain C";
1552             break;
1553         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN:
1554         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN:
1555 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
1556 #ifdef GMX_X86_SSE2
1557             /* We have x86 SSE2 compatible SIMD */
1558 #ifdef GMX_X86_AVX_128_FMA
1559             returnvalue = "AVX-128-FMA";
1560 #else
1561 #if defined GMX_X86_AVX_256 || defined __AVX__
1562             /* x86 SIMD intrinsics can be converted to SSE or AVX depending
1563              * on compiler flags. As we use nearly identical intrinsics,
1564              * compiling for AVX without an AVX macros effectively results
1565              * in AVX kernels.
1566              * For gcc we check for __AVX__
1567              * At least a check for icc should be added (if there is a macro)
1568              */
1569 #if defined GMX_X86_AVX_256 && !defined GMX_NBNXN_HALF_WIDTH_SIMD
1570             returnvalue = "AVX-256";
1571 #else
1572             returnvalue = "AVX-128";
1573 #endif
1574 #else
1575 #ifdef GMX_X86_SSE4_1
1576             returnvalue  = "SSE4.1";
1577 #else
1578             returnvalue  = "SSE2";
1579 #endif
1580 #endif
1581 #endif
1582 #else   /* GMX_X86_SSE2 */
1583             /* not GMX_X86_SSE2, but other SIMD */
1584             returnvalue  = "SIMD";
1585 #endif /* GMX_X86_SSE2 */
1586 #else  /* GMX_NBNXN_SIMD */
1587             returnvalue = "not available";
1588 #endif /* GMX_NBNXN_SIMD */
1589             break;
1590         case nbnxnk8x8x8_CUDA: returnvalue   = "CUDA"; break;
1591         case nbnxnk8x8x8_PlainC: returnvalue = "plain C"; break;
1592
1593         case nbnxnkNR:
1594         default:
1595             gmx_fatal(FARGS, "Illegal kernel type selected");
1596             returnvalue = NULL;
1597             break;
1598     }
1599     return returnvalue;
1600 };
1601
1602 static void pick_nbnxn_kernel(FILE                *fp,
1603                               const t_commrec     *cr,
1604                               gmx_bool             use_cpu_acceleration,
1605                               gmx_bool             bUseGPU,
1606                               gmx_bool             bEmulateGPU,
1607                               const t_inputrec    *ir,
1608                               int                 *kernel_type,
1609                               int                 *ewald_excl,
1610                               gmx_bool             bDoNonbonded)
1611 {
1612     assert(kernel_type);
1613
1614     *kernel_type = nbnxnkNotSet;
1615     *ewald_excl  = ewaldexclTable;
1616
1617     if (bEmulateGPU)
1618     {
1619         *kernel_type = nbnxnk8x8x8_PlainC;
1620
1621         if (bDoNonbonded)
1622         {
1623             md_print_warn(cr, fp, "Emulating a GPU run on the CPU (slow)");
1624         }
1625     }
1626     else if (bUseGPU)
1627     {
1628         *kernel_type = nbnxnk8x8x8_CUDA;
1629     }
1630
1631     if (*kernel_type == nbnxnkNotSet)
1632     {
1633         if (use_cpu_acceleration)
1634         {
1635             pick_nbnxn_kernel_cpu(ir, kernel_type, ewald_excl);
1636         }
1637         else
1638         {
1639             *kernel_type = nbnxnk4x4_PlainC;
1640         }
1641     }
1642
1643     if (bDoNonbonded && fp != NULL)
1644     {
1645         fprintf(fp, "\nUsing %s %dx%d non-bonded kernels\n\n",
1646                 lookup_nbnxn_kernel_name(*kernel_type),
1647                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(*kernel_type) ? NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE : NBNXN_GPU_CLUSTER_SIZE,
1648                 nbnxn_kernel_to_cj_size(*kernel_type));
1649     }
1650 }
1651
1652 static void pick_nbnxn_resources(const t_commrec     *cr,
1653                                  const gmx_hw_info_t *hwinfo,
1654                                  gmx_bool             bDoNonbonded,
1655                                  gmx_bool            *bUseGPU,
1656                                  gmx_bool            *bEmulateGPU,
1657                                  const gmx_gpu_opt_t *gpu_opt)
1658 {
1659     gmx_bool bEmulateGPUEnvVarSet;
1660     char     gpu_err_str[STRLEN];
1661
1662     *bUseGPU = FALSE;
1663
1664     bEmulateGPUEnvVarSet = (getenv("GMX_EMULATE_GPU") != NULL);
1665
1666     /* Run GPU emulation mode if GMX_EMULATE_GPU is defined. Because
1667      * GPUs (currently) only handle non-bonded calculations, we will
1668      * automatically switch to emulation if non-bonded calculations are
1669      * turned off via GMX_NO_NONBONDED - this is the simple and elegant
1670      * way to turn off GPU initialization, data movement, and cleanup.
1671      *
1672      * GPU emulation can be useful to assess the performance one can expect by
1673      * adding GPU(s) to the machine. The conditional below allows this even
1674      * if mdrun is compiled without GPU acceleration support.
1675      * Note that you should freezing the system as otherwise it will explode.
1676      */
1677     *bEmulateGPU = (bEmulateGPUEnvVarSet ||
1678                     (!bDoNonbonded &&
1679                      gpu_opt->ncuda_dev_use > 0));
1680
1681     /* Enable GPU mode when GPUs are available or no GPU emulation is requested.
1682      */
1683     if (gpu_opt->ncuda_dev_use > 0 && !(*bEmulateGPU))
1684     {
1685         /* Each PP node will use the intra-node id-th device from the
1686          * list of detected/selected GPUs. */
1687         if (!init_gpu(cr->rank_pp_intranode, gpu_err_str,
1688                       &hwinfo->gpu_info, gpu_opt))
1689         {
1690             /* At this point the init should never fail as we made sure that
1691              * we have all the GPUs we need. If it still does, we'll bail. */
1692             gmx_fatal(FARGS, "On node %d failed to initialize GPU #%d: %s",
1693                       cr->nodeid,
1694                       get_gpu_device_id(&hwinfo->gpu_info, gpu_opt,
1695                                         cr->rank_pp_intranode),
1696                       gpu_err_str);
1697         }
1698
1699         /* Here we actually turn on hardware GPU acceleration */
1700         *bUseGPU = TRUE;
1701     }
1702 }
1703
1704 gmx_bool uses_simple_tables(int                 cutoff_scheme,
1705                             nonbonded_verlet_t *nbv,
1706                             int                 group)
1707 {
1708     gmx_bool bUsesSimpleTables = TRUE;
1709     int      grp_index;
1710
1711     switch (cutoff_scheme)
1712     {
1713         case ecutsGROUP:
1714             bUsesSimpleTables = TRUE;
1715             break;
1716         case ecutsVERLET:
1717             assert(NULL != nbv && NULL != nbv->grp);
1718             grp_index         = (group < 0) ? 0 : (nbv->ngrp - 1);
1719             bUsesSimpleTables = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[grp_index].kernel_type);
1720             break;
1721         default:
1722             gmx_incons("unimplemented");
1723     }
1724     return bUsesSimpleTables;
1725 }
1726
1727 static void init_ewald_f_table(interaction_const_t *ic,
1728                                gmx_bool             bUsesSimpleTables,
1729                                real                 rtab)
1730 {
1731     real maxr;
1732
1733     if (bUsesSimpleTables)
1734     {
1735         /* With a spacing of 0.0005 we are at the force summation accuracy
1736          * for the SSE kernels for "normal" atomistic simulations.
1737          */
1738         ic->tabq_scale = ewald_spline3_table_scale(ic->ewaldcoeff,
1739                                                    ic->rcoulomb);
1740
1741         maxr           = (rtab > ic->rcoulomb) ? rtab : ic->rcoulomb;
1742         ic->tabq_size  = (int)(maxr*ic->tabq_scale) + 2;
1743     }
1744     else
1745     {
1746         ic->tabq_size = GPU_EWALD_COULOMB_FORCE_TABLE_SIZE;
1747         /* Subtract 2 iso 1 to avoid access out of range due to rounding */
1748         ic->tabq_scale = (ic->tabq_size - 2)/ic->rcoulomb;
1749     }
1750
1751     sfree_aligned(ic->tabq_coul_FDV0);
1752     sfree_aligned(ic->tabq_coul_F);
1753     sfree_aligned(ic->tabq_coul_V);
1754
1755     /* Create the original table data in FDV0 */
1756     snew_aligned(ic->tabq_coul_FDV0, ic->tabq_size*4, 32);
1757     snew_aligned(ic->tabq_coul_F, ic->tabq_size, 32);
1758     snew_aligned(ic->tabq_coul_V, ic->tabq_size, 32);
1759     table_spline3_fill_ewald_lr(ic->tabq_coul_F, ic->tabq_coul_V, ic->tabq_coul_FDV0,
1760                                 ic->tabq_size, 1/ic->tabq_scale, ic->ewaldcoeff);
1761 }
1762
1763 void init_interaction_const_tables(FILE                *fp,
1764                                    interaction_const_t *ic,
1765                                    gmx_bool             bUsesSimpleTables,
1766                                    real                 rtab)
1767 {
1768     real spacing;
1769
1770     if (ic->eeltype == eelEWALD || EEL_PME(ic->eeltype))
1771     {
1772         init_ewald_f_table(ic, bUsesSimpleTables, rtab);
1773
1774         if (fp != NULL)
1775         {
1776             fprintf(fp, "Initialized non-bonded Ewald correction tables, spacing: %.2e size: %d\n\n",
1777                     1/ic->tabq_scale, ic->tabq_size);
1778         }
1779     }
1780 }
1781
1782 static void init_interaction_const(FILE                 *fp,
1783                                    const t_commrec      *cr,
1784                                    interaction_const_t **interaction_const,
1785                                    const t_forcerec     *fr,
1786                                    real                  rtab)
1787 {
1788     interaction_const_t *ic;
1789     gmx_bool             bUsesSimpleTables = TRUE;
1790
1791     snew(ic, 1);
1792
1793     /* Just allocate something so we can free it */
1794     snew_aligned(ic->tabq_coul_FDV0, 16, 32);
1795     snew_aligned(ic->tabq_coul_F, 16, 32);
1796     snew_aligned(ic->tabq_coul_V, 16, 32);
1797
1798     ic->rlist       = fr->rlist;
1799     ic->rlistlong   = fr->rlistlong;
1800
1801     /* Lennard-Jones */
1802     ic->rvdw        = fr->rvdw;
1803     if (fr->vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT)
1804     {
1805         ic->sh_invrc6 = pow(ic->rvdw, -6.0);
1806     }
1807     else
1808     {
1809         ic->sh_invrc6 = 0;
1810     }
1811
1812     /* Electrostatics */
1813     ic->eeltype     = fr->eeltype;
1814     ic->rcoulomb    = fr->rcoulomb;
1815     ic->epsilon_r   = fr->epsilon_r;
1816     ic->epsfac      = fr->epsfac;
1817
1818     /* Ewald */
1819     ic->ewaldcoeff  = fr->ewaldcoeff;
1820     if (fr->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
1821     {
1822         ic->sh_ewald = gmx_erfc(ic->ewaldcoeff*ic->rcoulomb);
1823     }
1824     else
1825     {
1826         ic->sh_ewald = 0;
1827     }
1828
1829     /* Reaction-field */
1830     if (EEL_RF(ic->eeltype))
1831     {
1832         ic->epsilon_rf = fr->epsilon_rf;
1833         ic->k_rf       = fr->k_rf;
1834         ic->c_rf       = fr->c_rf;
1835     }
1836     else
1837     {
1838         /* For plain cut-off we might use the reaction-field kernels */
1839         ic->epsilon_rf = ic->epsilon_r;
1840         ic->k_rf       = 0;
1841         if (fr->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
1842         {
1843             ic->c_rf   = 1/ic->rcoulomb;
1844         }
1845         else
1846         {
1847             ic->c_rf   = 0;
1848         }
1849     }
1850
1851     if (fp != NULL)
1852     {
1853         fprintf(fp, "Potential shift: LJ r^-12: %.3f r^-6 %.3f",
1854                 sqr(ic->sh_invrc6), ic->sh_invrc6);
1855         if (ic->eeltype == eelCUT)
1856         {
1857             fprintf(fp, ", Coulomb %.3f", ic->c_rf);
1858         }
1859         else if (EEL_PME(ic->eeltype))
1860         {
1861             fprintf(fp, ", Ewald %.3e", ic->sh_ewald);
1862         }
1863         fprintf(fp, "\n");
1864     }
1865
1866     *interaction_const = ic;
1867
1868     if (fr->nbv != NULL && fr->nbv->bUseGPU)
1869     {
1870         nbnxn_cuda_init_const(fr->nbv->cu_nbv, ic, fr->nbv->grp);
1871
1872         /* With tMPI + GPUs some ranks may be sharing GPU(s) and therefore
1873          * also sharing texture references. To keep the code simple, we don't
1874          * treat texture references as shared resources, but this means that
1875          * the coulomb_tab and nbfp texture refs will get updated by multiple threads.
1876          * Hence, to ensure that the non-bonded kernels don't start before all
1877          * texture binding operations are finished, we need to wait for all ranks
1878          * to arrive here before continuing.
1879          *
1880          * Note that we could omit this barrier if GPUs are not shared (or
1881          * texture objects are used), but as this is initialization code, there
1882          * is not point in complicating things.
1883          */
1884 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1885         if (PAR(cr))
1886         {
1887             gmx_barrier(cr);
1888         }
1889 #endif /* GMX_THREAD_MPI */
1890     }
1891
1892     bUsesSimpleTables = uses_simple_tables(fr->cutoff_scheme, fr->nbv, -1);
1893     init_interaction_const_tables(fp, ic, bUsesSimpleTables, rtab);
1894 }
1895
1896 static void init_nb_verlet(FILE                *fp,
1897                            nonbonded_verlet_t **nb_verlet,
1898                            const t_inputrec    *ir,
1899                            const t_forcerec    *fr,
1900                            const t_commrec     *cr,
1901                            const char          *nbpu_opt)
1902 {
1903     nonbonded_verlet_t *nbv;
1904     int                 i;
1905     char               *env;
1906     gmx_bool            bEmulateGPU, bHybridGPURun = FALSE;
1907
1908     nbnxn_alloc_t      *nb_alloc;
1909     nbnxn_free_t       *nb_free;
1910
1911     snew(nbv, 1);
1912
1913     pick_nbnxn_resources(cr, fr->hwinfo,
1914                          fr->bNonbonded,
1915                          &nbv->bUseGPU,
1916                          &bEmulateGPU,
1917                          fr->gpu_opt);
1918
1919     nbv->nbs = NULL;
1920
1921     nbv->ngrp = (DOMAINDECOMP(cr) ? 2 : 1);
1922     for (i = 0; i < nbv->ngrp; i++)
1923     {
1924         nbv->grp[i].nbl_lists.nnbl = 0;
1925         nbv->grp[i].nbat           = NULL;
1926         nbv->grp[i].kernel_type    = nbnxnkNotSet;
1927
1928         if (i == 0) /* local */
1929         {
1930             pick_nbnxn_kernel(fp, cr, fr->use_cpu_acceleration,
1931                               nbv->bUseGPU, bEmulateGPU, ir,
1932                               &nbv->grp[i].kernel_type,
1933                               &nbv->grp[i].ewald_excl,
1934                               fr->bNonbonded);
1935         }
1936         else /* non-local */
1937         {
1938             if (nbpu_opt != NULL && strcmp(nbpu_opt, "gpu_cpu") == 0)
1939             {
1940                 /* Use GPU for local, select a CPU kernel for non-local */
1941                 pick_nbnxn_kernel(fp, cr, fr->use_cpu_acceleration,
1942                                   FALSE, FALSE, ir,
1943                                   &nbv->grp[i].kernel_type,
1944                                   &nbv->grp[i].ewald_excl,
1945                                   fr->bNonbonded);
1946
1947                 bHybridGPURun = TRUE;
1948             }
1949             else
1950             {
1951                 /* Use the same kernel for local and non-local interactions */
1952                 nbv->grp[i].kernel_type = nbv->grp[0].kernel_type;
1953                 nbv->grp[i].ewald_excl  = nbv->grp[0].ewald_excl;
1954             }
1955         }
1956     }
1957
1958     if (nbv->bUseGPU)
1959     {
1960         /* init the NxN GPU data; the last argument tells whether we'll have
1961          * both local and non-local NB calculation on GPU */
1962         nbnxn_cuda_init(fp, &nbv->cu_nbv,
1963                         &fr->hwinfo->gpu_info, fr->gpu_opt,
1964                         cr->rank_pp_intranode,
1965                         (nbv->ngrp > 1) && !bHybridGPURun);
1966
1967         if ((env = getenv("GMX_NB_MIN_CI")) != NULL)
1968         {
1969             char *end;
1970
1971             nbv->min_ci_balanced = strtol(env, &end, 10);
1972             if (!end || (*end != 0) || nbv->min_ci_balanced <= 0)
1973             {
1974                 gmx_fatal(FARGS, "Invalid value passed in GMX_NB_MIN_CI=%s, positive integer required", env);
1975             }
1976
1977             if (debug)
1978             {
1979                 fprintf(debug, "Neighbor-list balancing parameter: %d (passed as env. var.)\n",
1980                         nbv->min_ci_balanced);
1981             }
1982         }
1983         else
1984         {
1985             nbv->min_ci_balanced = nbnxn_cuda_min_ci_balanced(nbv->cu_nbv);
1986             if (debug)
1987             {
1988                 fprintf(debug, "Neighbor-list balancing parameter: %d (auto-adjusted to the number of GPU multi-processors)\n",
1989                         nbv->min_ci_balanced);
1990             }
1991         }
1992     }
1993     else
1994     {
1995         nbv->min_ci_balanced = 0;
1996     }
1997
1998     *nb_verlet = nbv;
1999
2000     nbnxn_init_search(&nbv->nbs,
2001                       DOMAINDECOMP(cr) ? &cr->dd->nc : NULL,
2002                       DOMAINDECOMP(cr) ? domdec_zones(cr->dd) : NULL,
2003                       gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded));
2004
2005     for (i = 0; i < nbv->ngrp; i++)
2006     {
2007         if (nbv->grp[0].kernel_type == nbnxnk8x8x8_CUDA)
2008         {
2009             nb_alloc = &pmalloc;
2010             nb_free  = &pfree;
2011         }
2012         else
2013         {
2014             nb_alloc = NULL;
2015             nb_free  = NULL;
2016         }
2017
2018         nbnxn_init_pairlist_set(&nbv->grp[i].nbl_lists,
2019                                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type),
2020                                 /* 8x8x8 "non-simple" lists are ATM always combined */
2021                                 !nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type),
2022                                 nb_alloc, nb_free);
2023
2024         if (i == 0 ||
2025             nbv->grp[0].kernel_type != nbv->grp[i].kernel_type)
2026         {
2027             snew(nbv->grp[i].nbat, 1);
2028             nbnxn_atomdata_init(fp,
2029                                 nbv->grp[i].nbat,
2030                                 nbv->grp[i].kernel_type,
2031                                 fr->ntype, fr->nbfp,
2032                                 ir->opts.ngener,
2033                                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type) ? gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded) : 1,
2034                                 nb_alloc, nb_free);
2035         }
2036         else
2037         {
2038             nbv->grp[i].nbat = nbv->grp[0].nbat;
2039         }
2040     }
2041 }
2042
2043 void init_forcerec(FILE              *fp,
2044                    const output_env_t oenv,
2045                    t_forcerec        *fr,
2046                    t_fcdata          *fcd,
2047                    const t_inputrec  *ir,
2048                    const gmx_mtop_t  *mtop,
2049                    const t_commrec   *cr,
2050                    matrix             box,
2051                    const char        *tabfn,
2052                    const char        *tabafn,
2053                    const char        *tabpfn,
2054                    const char        *tabbfn,
2055                    const char        *nbpu_opt,
2056                    gmx_bool           bNoSolvOpt,
2057                    real               print_force)
2058 {
2059     int            i, j, m, natoms, ngrp, negp_pp, negptable, egi, egj;
2060     real           rtab;
2061     char          *env;
2062     double         dbl;
2063     const t_block *cgs;
2064     gmx_bool       bGenericKernelOnly;
2065     gmx_bool       bTab, bSep14tab, bNormalnblists;
2066     t_nblists     *nbl;
2067     int           *nm_ind, egp_flags;
2068
2069     if (fr->hwinfo == NULL)
2070     {
2071         /* Detect hardware, gather information.
2072          * In mdrun, hwinfo has already been set before calling init_forcerec.
2073          * Here we ignore GPUs, as tools will not use them anyhow.
2074          */
2075         fr->hwinfo = gmx_detect_hardware(fp, cr, FALSE);
2076     }
2077
2078     /* By default we turn acceleration on, but it might be turned off further down... */
2079     fr->use_cpu_acceleration = TRUE;
2080
2081     fr->bDomDec = DOMAINDECOMP(cr);
2082
2083     natoms = mtop->natoms;
2084
2085     if (check_box(ir->ePBC, box))
2086     {
2087         gmx_fatal(FARGS, check_box(ir->ePBC, box));
2088     }
2089
2090     /* Test particle insertion ? */
2091     if (EI_TPI(ir->eI))
2092     {
2093         /* Set to the size of the molecule to be inserted (the last one) */
2094         /* Because of old style topologies, we have to use the last cg
2095          * instead of the last molecule type.
2096          */
2097         cgs       = &mtop->moltype[mtop->molblock[mtop->nmolblock-1].type].cgs;
2098         fr->n_tpi = cgs->index[cgs->nr] - cgs->index[cgs->nr-1];
2099         if (fr->n_tpi != mtop->mols.index[mtop->mols.nr] - mtop->mols.index[mtop->mols.nr-1])
2100         {
2101             gmx_fatal(FARGS, "The molecule to insert can not consist of multiple charge groups.\nMake it a single charge group.");
2102         }
2103     }
2104     else
2105     {
2106         fr->n_tpi = 0;
2107     }
2108
2109     /* Copy AdResS parameters */
2110     if (ir->bAdress)
2111     {
2112         fr->adress_type           = ir->adress->type;
2113         fr->adress_const_wf       = ir->adress->const_wf;
2114         fr->adress_ex_width       = ir->adress->ex_width;
2115         fr->adress_hy_width       = ir->adress->hy_width;
2116         fr->adress_icor           = ir->adress->icor;
2117         fr->adress_site           = ir->adress->site;
2118         fr->adress_ex_forcecap    = ir->adress->ex_forcecap;
2119         fr->adress_do_hybridpairs = ir->adress->do_hybridpairs;
2120
2121
2122         snew(fr->adress_group_explicit, ir->adress->n_energy_grps);
2123         for (i = 0; i < ir->adress->n_energy_grps; i++)
2124         {
2125             fr->adress_group_explicit[i] = ir->adress->group_explicit[i];
2126         }
2127
2128         fr->n_adress_tf_grps = ir->adress->n_tf_grps;
2129         snew(fr->adress_tf_table_index, fr->n_adress_tf_grps);
2130         for (i = 0; i < fr->n_adress_tf_grps; i++)
2131         {
2132             fr->adress_tf_table_index[i] = ir->adress->tf_table_index[i];
2133         }
2134         copy_rvec(ir->adress->refs, fr->adress_refs);
2135     }
2136     else
2137     {
2138         fr->adress_type           = eAdressOff;
2139         fr->adress_do_hybridpairs = FALSE;
2140     }
2141
2142     /* Copy the user determined parameters */
2143     fr->userint1  = ir->userint1;
2144     fr->userint2  = ir->userint2;
2145     fr->userint3  = ir->userint3;
2146     fr->userint4  = ir->userint4;
2147     fr->userreal1 = ir->userreal1;
2148     fr->userreal2 = ir->userreal2;
2149     fr->userreal3 = ir->userreal3;
2150     fr->userreal4 = ir->userreal4;
2151
2152     /* Shell stuff */
2153     fr->fc_stepsize = ir->fc_stepsize;
2154
2155     /* Free energy */
2156     fr->efep        = ir->efep;
2157     fr->sc_alphavdw = ir->fepvals->sc_alpha;
2158     if (ir->fepvals->bScCoul)
2159     {
2160         fr->sc_alphacoul  = ir->fepvals->sc_alpha;
2161         fr->sc_sigma6_min = pow(ir->fepvals->sc_sigma_min, 6);
2162     }
2163     else
2164     {
2165         fr->sc_alphacoul  = 0;
2166         fr->sc_sigma6_min = 0; /* only needed when bScCoul is on */
2167     }
2168     fr->sc_power      = ir->fepvals->sc_power;
2169     fr->sc_r_power    = ir->fepvals->sc_r_power;
2170     fr->sc_sigma6_def = pow(ir->fepvals->sc_sigma, 6);
2171
2172     env = getenv("GMX_SCSIGMA_MIN");
2173     if (env != NULL)
2174     {
2175         dbl = 0;
2176         sscanf(env, "%lf", &dbl);
2177         fr->sc_sigma6_min = pow(dbl, 6);
2178         if (fp)
2179         {
2180             fprintf(fp, "Setting the minimum soft core sigma to %g nm\n", dbl);
2181         }
2182     }
2183
2184     fr->bNonbonded = TRUE;
2185     if (getenv("GMX_NO_NONBONDED") != NULL)
2186     {
2187         /* turn off non-bonded calculations */
2188         fr->bNonbonded = FALSE;
2189         md_print_warn(cr, fp,
2190                       "Found environment variable GMX_NO_NONBONDED.\n"
2191                       "Disabling nonbonded calculations.\n");
2192     }
2193
2194     bGenericKernelOnly = FALSE;
2195
2196     /* We now check in the NS code whether a particular combination of interactions
2197      * can be used with water optimization, and disable it if that is not the case.
2198      */
2199
2200     if (getenv("GMX_NB_GENERIC") != NULL)
2201     {
2202         if (fp != NULL)
2203         {
2204             fprintf(fp,
2205                     "Found environment variable GMX_NB_GENERIC.\n"
2206                     "Disabling all interaction-specific nonbonded kernels, will only\n"
2207                     "use the slow generic ones in src/gmxlib/nonbonded/nb_generic.c\n\n");
2208         }
2209         bGenericKernelOnly = TRUE;
2210     }
2211
2212     if (bGenericKernelOnly == TRUE)
2213     {
2214         bNoSolvOpt         = TRUE;
2215     }
2216
2217     if ( (getenv("GMX_DISABLE_CPU_ACCELERATION") != NULL) || (getenv("GMX_NOOPTIMIZEDKERNELS") != NULL) )
2218     {
2219         fr->use_cpu_acceleration = FALSE;
2220         if (fp != NULL)
2221         {
2222             fprintf(fp,
2223                     "\nFound environment variable GMX_DISABLE_CPU_ACCELERATION.\n"
2224                     "Disabling all CPU architecture-specific (e.g. SSE2/SSE4/AVX) routines.\n\n");
2225         }
2226     }
2227
2228     fr->bBHAM = (mtop->ffparams.functype[0] == F_BHAM);
2229
2230     /* Check if we can/should do all-vs-all kernels */
2231     fr->bAllvsAll       = can_use_allvsall(ir, FALSE, NULL, NULL);
2232     fr->AllvsAll_work   = NULL;
2233     fr->AllvsAll_workgb = NULL;
2234
2235     /* All-vs-all kernels have not been implemented in 4.6, and
2236      * the SIMD group kernels are also buggy in this case. Non-accelerated
2237      * group kernels are OK. See Redmine #1249. */
2238     if (fr->bAllvsAll)
2239     {
2240         fr->bAllvsAll            = FALSE;
2241         fr->use_cpu_acceleration = FALSE;
2242         if (fp != NULL)
2243         {
2244             fprintf(fp,
2245                     "\nYour simulation settings would have triggered the efficient all-vs-all\n"
2246                     "kernels in GROMACS 4.5, but these have not been implemented in GROMACS\n"
2247                     "4.6. Also, we can't use the accelerated SIMD kernels here because\n"
2248                     "of an unfixed bug. The reference C kernels are correct, though, so\n"
2249                     "we are proceeding by disabling all CPU architecture-specific\n"
2250                     "(e.g. SSE2/SSE4/AVX) routines. If performance is important, please\n"
2251                     "use GROMACS 4.5.7 or try cutoff-scheme = Verlet.\n\n");
2252         }
2253     }
2254
2255     /* Neighbour searching stuff */
2256     fr->cutoff_scheme = ir->cutoff_scheme;
2257     fr->bGrid         = (ir->ns_type == ensGRID);
2258     fr->ePBC          = ir->ePBC;
2259
2260     /* Determine if we will do PBC for distances in bonded interactions */
2261     if (fr->ePBC == epbcNONE)
2262     {
2263         fr->bMolPBC = FALSE;
2264     }
2265     else
2266     {
2267         if (!DOMAINDECOMP(cr))
2268         {
2269             /* The group cut-off scheme and SHAKE assume charge groups
2270              * are whole, but not using molpbc is faster in most cases.
2271              */
2272             if (fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP ||
2273                 (ir->eConstrAlg == econtSHAKE &&
2274                  (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTR) > 0 ||
2275                   gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTRNC) > 0)))
2276             {
2277                 fr->bMolPBC = ir->bPeriodicMols;
2278             }
2279             else
2280             {
2281                 fr->bMolPBC = TRUE;
2282                 if (getenv("GMX_USE_GRAPH") != NULL)
2283                 {
2284                     fr->bMolPBC = FALSE;
2285                     if (fp)
2286                     {
2287                         fprintf(fp, "\nGMX_MOLPBC is set, using the graph for bonded interactions\n\n");
2288                     }
2289                 }
2290             }
2291         }
2292         else
2293         {
2294             fr->bMolPBC = dd_bonded_molpbc(cr->dd, fr->ePBC);
2295         }
2296     }
2297     fr->bGB = (ir->implicit_solvent == eisGBSA);
2298
2299     fr->rc_scaling = ir->refcoord_scaling;
2300     copy_rvec(ir->posres_com, fr->posres_com);
2301     copy_rvec(ir->posres_comB, fr->posres_comB);
2302     fr->rlist      = cutoff_inf(ir->rlist);
2303     fr->rlistlong  = cutoff_inf(ir->rlistlong);
2304     fr->eeltype    = ir->coulombtype;
2305     fr->vdwtype    = ir->vdwtype;
2306
2307     fr->coulomb_modifier = ir->coulomb_modifier;
2308     fr->vdw_modifier     = ir->vdw_modifier;
2309
2310     /* Electrostatics: Translate from interaction-setting-in-mdp-file to kernel interaction format */
2311     switch (fr->eeltype)
2312     {
2313         case eelCUT:
2314             fr->nbkernel_elec_interaction = (fr->bGB) ? GMX_NBKERNEL_ELEC_GENERALIZEDBORN : GMX_NBKERNEL_ELEC_COULOMB;
2315             break;
2316
2317         case eelRF:
2318         case eelGRF:
2319         case eelRF_NEC:
2320             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD;
2321             break;
2322
2323         case eelRF_ZERO:
2324             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD;
2325             fr->coulomb_modifier          = eintmodEXACTCUTOFF;
2326             break;
2327
2328         case eelSWITCH:
2329         case eelSHIFT:
2330         case eelUSER:
2331         case eelENCADSHIFT:
2332         case eelPMESWITCH:
2333         case eelPMEUSER:
2334         case eelPMEUSERSWITCH:
2335             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
2336             break;
2337
2338         case eelPME:
2339         case eelEWALD:
2340             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_EWALD;
2341             break;
2342
2343         default:
2344             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported electrostatic interaction: %s", eel_names[fr->eeltype]);
2345             break;
2346     }
2347
2348     /* Vdw: Translate from mdp settings to kernel format */
2349     switch (fr->vdwtype)
2350     {
2351         case evdwCUT:
2352             if (fr->bBHAM)
2353             {
2354                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_BUCKINGHAM;
2355             }
2356             else
2357             {
2358                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_LENNARDJONES;
2359             }
2360             break;
2361
2362         case evdwSWITCH:
2363         case evdwSHIFT:
2364         case evdwUSER:
2365         case evdwENCADSHIFT:
2366             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE;
2367             break;
2368
2369         default:
2370             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported vdw interaction: %s", evdw_names[fr->vdwtype]);
2371             break;
2372     }
2373
2374     /* These start out identical to ir, but might be altered if we e.g. tabulate the interaction in the kernel */
2375     fr->nbkernel_elec_modifier    = fr->coulomb_modifier;
2376     fr->nbkernel_vdw_modifier     = fr->vdw_modifier;
2377
2378     fr->bTwinRange = fr->rlistlong > fr->rlist;
2379     fr->bEwald     = (EEL_PME(fr->eeltype) || fr->eeltype == eelEWALD);
2380
2381     fr->reppow     = mtop->ffparams.reppow;
2382
2383     if (ir->cutoff_scheme == ecutsGROUP)
2384     {
2385         fr->bvdwtab    = (fr->vdwtype != evdwCUT ||
2386                           !gmx_within_tol(fr->reppow, 12.0, 10*GMX_DOUBLE_EPS));
2387         /* We have special kernels for standard Ewald and PME, but the pme-switch ones are tabulated above */
2388         fr->bcoultab   = !(fr->eeltype == eelCUT ||
2389                            fr->eeltype == eelEWALD ||
2390                            fr->eeltype == eelPME ||
2391                            fr->eeltype == eelRF ||
2392                            fr->eeltype == eelRF_ZERO);
2393
2394         /* If the user absolutely wants different switch/shift settings for coul/vdw, it is likely
2395          * going to be faster to tabulate the interaction than calling the generic kernel.
2396          */
2397         if (fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodPOTSWITCH && fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH)
2398         {
2399             if ((fr->rcoulomb_switch != fr->rvdw_switch) || (fr->rcoulomb != fr->rvdw))
2400             {
2401                 fr->bcoultab = TRUE;
2402             }
2403         }
2404         else if ((fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodPOTSHIFT && fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT) ||
2405                  ((fr->nbkernel_elec_interaction == GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD &&
2406                    fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodEXACTCUTOFF &&
2407                    (fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH || fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT))))
2408         {
2409             if (fr->rcoulomb != fr->rvdw)
2410             {
2411                 fr->bcoultab = TRUE;
2412             }
2413         }
2414
2415         if (getenv("GMX_REQUIRE_TABLES"))
2416         {
2417             fr->bvdwtab  = TRUE;
2418             fr->bcoultab = TRUE;
2419         }
2420
2421         if (fp)
2422         {
2423             fprintf(fp, "Table routines are used for coulomb: %s\n", bool_names[fr->bcoultab]);
2424             fprintf(fp, "Table routines are used for vdw:     %s\n", bool_names[fr->bvdwtab ]);
2425         }
2426
2427         if (fr->bvdwtab == TRUE)
2428         {
2429             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE;
2430             fr->nbkernel_vdw_modifier    = eintmodNONE;
2431         }
2432         if (fr->bcoultab == TRUE)
2433         {
2434             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
2435             fr->nbkernel_elec_modifier    = eintmodNONE;
2436         }
2437     }
2438
2439     if (ir->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
2440     {
2441         if (!gmx_within_tol(fr->reppow, 12.0, 10*GMX_DOUBLE_EPS))
2442         {
2443             gmx_fatal(FARGS, "Cut-off scheme %S only supports LJ repulsion power 12", ecutscheme_names[ir->cutoff_scheme]);
2444         }
2445         fr->bvdwtab  = FALSE;
2446         fr->bcoultab = FALSE;
2447     }
2448
2449     /* Tables are used for direct ewald sum */
2450     if (fr->bEwald)
2451     {
2452         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
2453         {
2454             if (fp)
2455             {
2456                 fprintf(fp, "Will do PME sum in reciprocal space.\n");
2457             }
2458             if (ir->coulombtype == eelP3M_AD)
2459             {
2460                 please_cite(fp, "Hockney1988");
2461                 please_cite(fp, "Ballenegger2012");
2462             }
2463             else
2464             {
2465                 please_cite(fp, "Essmann95a");
2466             }
2467
2468             if (ir->ewald_geometry == eewg3DC)
2469             {
2470                 if (fp)
2471                 {
2472                     fprintf(fp, "Using the Ewald3DC correction for systems with a slab geometry.\n");
2473                 }
2474                 please_cite(fp, "In-Chul99a");
2475             }
2476         }
2477         fr->ewaldcoeff = calc_ewaldcoeff(ir->rcoulomb, ir->ewald_rtol);
2478         init_ewald_tab(&(fr->ewald_table), ir, fp);
2479         if (fp)
2480         {
2481             fprintf(fp, "Using a Gaussian width (1/beta) of %g nm for Ewald\n",
2482                     1/fr->ewaldcoeff);
2483         }
2484     }
2485
2486     /* Electrostatics */
2487     fr->epsilon_r       = ir->epsilon_r;
2488     fr->epsilon_rf      = ir->epsilon_rf;
2489     fr->fudgeQQ         = mtop->ffparams.fudgeQQ;
2490     fr->rcoulomb_switch = ir->rcoulomb_switch;
2491     fr->rcoulomb        = cutoff_inf(ir->rcoulomb);
2492
2493     /* Parameters for generalized RF */
2494     fr->zsquare = 0.0;
2495     fr->temp    = 0.0;
2496
2497     if (fr->eeltype == eelGRF)
2498     {
2499         init_generalized_rf(fp, mtop, ir, fr);
2500     }
2501
2502     fr->bF_NoVirSum = (EEL_FULL(fr->eeltype) ||
2503                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_POSRES) > 0 ||
2504                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_FBPOSRES) > 0 ||
2505                        IR_ELEC_FIELD(*ir) ||
2506                        (fr->adress_icor != eAdressICOff)
2507                        );
2508
2509     if (fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP &&
2510         ncg_mtop(mtop) > fr->cg_nalloc && !DOMAINDECOMP(cr))
2511     {
2512         /* Count the total number of charge groups */
2513         fr->cg_nalloc = ncg_mtop(mtop);
2514         srenew(fr->cg_cm, fr->cg_nalloc);
2515     }
2516     if (fr->shift_vec == NULL)
2517     {
2518         snew(fr->shift_vec, SHIFTS);
2519     }
2520
2521     if (fr->fshift == NULL)
2522     {
2523         snew(fr->fshift, SHIFTS);
2524     }
2525
2526     if (fr->nbfp == NULL)
2527     {
2528         fr->ntype = mtop->ffparams.atnr;
2529         fr->nbfp  = mk_nbfp(&mtop->ffparams, fr->bBHAM);
2530     }
2531
2532     /* Copy the energy group exclusions */
2533     fr->egp_flags = ir->opts.egp_flags;
2534
2535     /* Van der Waals stuff */
2536     fr->rvdw        = cutoff_inf(ir->rvdw);
2537     fr->rvdw_switch = ir->rvdw_switch;
2538     if ((fr->vdwtype != evdwCUT) && (fr->vdwtype != evdwUSER) && !fr->bBHAM)
2539     {
2540         if (fr->rvdw_switch >= fr->rvdw)
2541         {
2542             gmx_fatal(FARGS, "rvdw_switch (%f) must be < rvdw (%f)",
2543                       fr->rvdw_switch, fr->rvdw);
2544         }
2545         if (fp)
2546         {
2547             fprintf(fp, "Using %s Lennard-Jones, switch between %g and %g nm\n",
2548                     (fr->eeltype == eelSWITCH) ? "switched" : "shifted",
2549                     fr->rvdw_switch, fr->rvdw);
2550         }
2551     }
2552
2553     if (fr->bBHAM && (fr->vdwtype == evdwSHIFT || fr->vdwtype == evdwSWITCH))
2554     {
2555         gmx_fatal(FARGS, "Switch/shift interaction not supported with Buckingham");
2556     }
2557
2558     if (fp)
2559     {
2560         fprintf(fp, "Cut-off's:   NS: %g   Coulomb: %g   %s: %g\n",
2561                 fr->rlist, fr->rcoulomb, fr->bBHAM ? "BHAM" : "LJ", fr->rvdw);
2562     }
2563
2564     fr->eDispCorr = ir->eDispCorr;
2565     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
2566     {
2567         set_avcsixtwelve(fp, fr, mtop);
2568     }
2569
2570     if (fr->bBHAM)
2571     {
2572         set_bham_b_max(fp, fr, mtop);
2573     }
2574
2575     fr->gb_epsilon_solvent = ir->gb_epsilon_solvent;
2576
2577     /* Copy the GBSA data (radius, volume and surftens for each
2578      * atomtype) from the topology atomtype section to forcerec.
2579      */
2580     snew(fr->atype_radius, fr->ntype);
2581     snew(fr->atype_vol, fr->ntype);
2582     snew(fr->atype_surftens, fr->ntype);
2583     snew(fr->atype_gb_radius, fr->ntype);
2584     snew(fr->atype_S_hct, fr->ntype);
2585
2586     if (mtop->atomtypes.nr > 0)
2587     {
2588         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2589         {
2590             fr->atype_radius[i] = mtop->atomtypes.radius[i];
2591         }
2592         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2593         {
2594             fr->atype_vol[i] = mtop->atomtypes.vol[i];
2595         }
2596         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2597         {
2598             fr->atype_surftens[i] = mtop->atomtypes.surftens[i];
2599         }
2600         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2601         {
2602             fr->atype_gb_radius[i] = mtop->atomtypes.gb_radius[i];
2603         }
2604         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2605         {
2606             fr->atype_S_hct[i] = mtop->atomtypes.S_hct[i];
2607         }
2608     }
2609
2610     /* Generate the GB table if needed */
2611     if (fr->bGB)
2612     {
2613 #ifdef GMX_DOUBLE
2614         fr->gbtabscale = 2000;
2615 #else
2616         fr->gbtabscale = 500;
2617 #endif
2618
2619         fr->gbtabr = 100;
2620         fr->gbtab  = make_gb_table(oenv, fr);
2621
2622         init_gb(&fr->born, cr, fr, ir, mtop, ir->gb_algorithm);
2623
2624         /* Copy local gb data (for dd, this is done in dd_partition_system) */
2625         if (!DOMAINDECOMP(cr))
2626         {
2627             make_local_gb(cr, fr->born, ir->gb_algorithm);
2628         }
2629     }
2630
2631     /* Set the charge scaling */
2632     if (fr->epsilon_r != 0)
2633     {
2634         fr->epsfac = ONE_4PI_EPS0/fr->epsilon_r;
2635     }
2636     else
2637     {
2638         /* eps = 0 is infinite dieletric: no coulomb interactions */
2639         fr->epsfac = 0;
2640     }
2641
2642     /* Reaction field constants */
2643     if (EEL_RF(fr->eeltype))
2644     {
2645         calc_rffac(fp, fr->eeltype, fr->epsilon_r, fr->epsilon_rf,
2646                    fr->rcoulomb, fr->temp, fr->zsquare, box,
2647                    &fr->kappa, &fr->k_rf, &fr->c_rf);
2648     }
2649
2650     set_chargesum(fp, fr, mtop);
2651
2652     /* if we are using LR electrostatics, and they are tabulated,
2653      * the tables will contain modified coulomb interactions.
2654      * Since we want to use the non-shifted ones for 1-4
2655      * coulombic interactions, we must have an extra set of tables.
2656      */
2657
2658     /* Construct tables.
2659      * A little unnecessary to make both vdw and coul tables sometimes,
2660      * but what the heck... */
2661
2662     bTab = fr->bcoultab || fr->bvdwtab || fr->bEwald;
2663
2664     bSep14tab = ((!bTab || fr->eeltype != eelCUT || fr->vdwtype != evdwCUT ||
2665                   fr->bBHAM || fr->bEwald) &&
2666                  (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJ14) > 0 ||
2667                   gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC14_Q) > 0 ||
2668                   gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC_PAIRS_NB) > 0));
2669
2670     negp_pp   = ir->opts.ngener - ir->nwall;
2671     negptable = 0;
2672     if (!bTab)
2673     {
2674         bNormalnblists = TRUE;
2675         fr->nnblists   = 1;
2676     }
2677     else
2678     {
2679         bNormalnblists = (ir->eDispCorr != edispcNO);
2680         for (egi = 0; egi < negp_pp; egi++)
2681         {
2682             for (egj = egi; egj < negp_pp; egj++)
2683             {
2684                 egp_flags = ir->opts.egp_flags[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)];
2685                 if (!(egp_flags & EGP_EXCL))
2686                 {
2687                     if (egp_flags & EGP_TABLE)
2688                     {
2689                         negptable++;
2690                     }
2691                     else
2692                     {
2693                         bNormalnblists = TRUE;
2694                     }
2695                 }
2696             }
2697         }
2698         if (bNormalnblists)
2699         {
2700             fr->nnblists = negptable + 1;
2701         }
2702         else
2703         {
2704             fr->nnblists = negptable;
2705         }
2706         if (fr->nnblists > 1)
2707         {
2708             snew(fr->gid2nblists, ir->opts.ngener*ir->opts.ngener);
2709         }
2710     }
2711
2712     if (ir->adress)
2713     {
2714         fr->nnblists *= 2;
2715     }
2716
2717     snew(fr->nblists, fr->nnblists);
2718
2719     /* This code automatically gives table length tabext without cut-off's,
2720      * in that case grompp should already have checked that we do not need
2721      * normal tables and we only generate tables for 1-4 interactions.
2722      */
2723     rtab = ir->rlistlong + ir->tabext;
2724
2725     if (bTab)
2726     {
2727         /* make tables for ordinary interactions */
2728         if (bNormalnblists)
2729         {
2730             make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn, NULL, NULL, &fr->nblists[0]);
2731             if (ir->adress)
2732             {
2733                 make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn, NULL, NULL, &fr->nblists[fr->nnblists/2]);
2734             }
2735             if (!bSep14tab)
2736             {
2737                 fr->tab14 = fr->nblists[0].table_elec_vdw;
2738             }
2739             m = 1;
2740         }
2741         else
2742         {
2743             m = 0;
2744         }
2745         if (negptable > 0)
2746         {
2747             /* Read the special tables for certain energy group pairs */
2748             nm_ind = mtop->groups.grps[egcENER].nm_ind;
2749             for (egi = 0; egi < negp_pp; egi++)
2750             {
2751                 for (egj = egi; egj < negp_pp; egj++)
2752                 {
2753                     egp_flags = ir->opts.egp_flags[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)];
2754                     if ((egp_flags & EGP_TABLE) && !(egp_flags & EGP_EXCL))
2755                     {
2756                         nbl = &(fr->nblists[m]);
2757                         if (fr->nnblists > 1)
2758                         {
2759                             fr->gid2nblists[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)] = m;
2760                         }
2761                         /* Read the table file with the two energy groups names appended */
2762                         make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn,
2763                                         *mtop->groups.grpname[nm_ind[egi]],
2764                                         *mtop->groups.grpname[nm_ind[egj]],
2765                                         &fr->nblists[m]);
2766                         if (ir->adress)
2767                         {
2768                             make_nbf_tables(fp, oenv, fr, rtab, cr, tabfn,
2769                                             *mtop->groups.grpname[nm_ind[egi]],
2770                                             *mtop->groups.grpname[nm_ind[egj]],
2771                                             &fr->nblists[fr->nnblists/2+m]);
2772                         }
2773                         m++;
2774                     }
2775                     else if (fr->nnblists > 1)
2776                     {
2777                         fr->gid2nblists[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)] = 0;
2778                     }
2779                 }
2780             }
2781         }
2782     }
2783     if (bSep14tab)
2784     {
2785         /* generate extra tables with plain Coulomb for 1-4 interactions only */
2786         fr->tab14 = make_tables(fp, oenv, fr, MASTER(cr), tabpfn, rtab,
2787                                 GMX_MAKETABLES_14ONLY);
2788     }
2789
2790     /* Read AdResS Thermo Force table if needed */
2791     if (fr->adress_icor == eAdressICThermoForce)
2792     {
2793         /* old todo replace */
2794
2795         if (ir->adress->n_tf_grps > 0)
2796         {
2797             make_adress_tf_tables(fp, oenv, fr, ir, tabfn, mtop, box);
2798
2799         }
2800         else
2801         {
2802             /* load the default table */
2803             snew(fr->atf_tabs, 1);
2804             fr->atf_tabs[DEFAULT_TF_TABLE] = make_atf_table(fp, oenv, fr, tabafn, box);
2805         }
2806     }
2807
2808     /* Wall stuff */
2809     fr->nwall = ir->nwall;
2810     if (ir->nwall && ir->wall_type == ewtTABLE)
2811     {
2812         make_wall_tables(fp, oenv, ir, tabfn, &mtop->groups, fr);
2813     }
2814
2815     if (fcd && tabbfn)
2816     {
2817         fcd->bondtab  = make_bonded_tables(fp,
2818                                            F_TABBONDS, F_TABBONDSNC,
2819                                            mtop, tabbfn, "b");
2820         fcd->angletab = make_bonded_tables(fp,
2821                                            F_TABANGLES, -1,
2822                                            mtop, tabbfn, "a");
2823         fcd->dihtab   = make_bonded_tables(fp,
2824                                            F_TABDIHS, -1,
2825                                            mtop, tabbfn, "d");
2826     }
2827     else
2828     {
2829         if (debug)
2830         {
2831             fprintf(debug, "No fcdata or table file name passed, can not read table, can not do bonded interactions\n");
2832         }
2833     }
2834
2835     /* QM/MM initialization if requested
2836      */
2837     if (ir->bQMMM)
2838     {
2839         fprintf(stderr, "QM/MM calculation requested.\n");
2840     }
2841
2842     fr->bQMMM      = ir->bQMMM;
2843     fr->qr         = mk_QMMMrec();
2844
2845     /* Set all the static charge group info */
2846     fr->cginfo_mb = init_cginfo_mb(fp, mtop, fr, bNoSolvOpt,
2847                                    &fr->bExcl_IntraCGAll_InterCGNone);
2848     if (DOMAINDECOMP(cr))
2849     {
2850         fr->cginfo = NULL;
2851     }
2852     else
2853     {
2854         fr->cginfo = cginfo_expand(mtop->nmolblock, fr->cginfo_mb);
2855     }
2856
2857     if (!DOMAINDECOMP(cr))
2858     {
2859         /* When using particle decomposition, the effect of the second argument,
2860          * which sets fr->hcg, is corrected later in do_md and init_em.
2861          */
2862         forcerec_set_ranges(fr, ncg_mtop(mtop), ncg_mtop(mtop),
2863                             mtop->natoms, mtop->natoms, mtop->natoms);
2864     }
2865
2866     fr->print_force = print_force;
2867
2868
2869     /* coarse load balancing vars */
2870     fr->t_fnbf    = 0.;
2871     fr->t_wait    = 0.;
2872     fr->timesteps = 0;
2873
2874     /* Initialize neighbor search */
2875     init_ns(fp, cr, &fr->ns, fr, mtop);
2876
2877     if (cr->duty & DUTY_PP)
2878     {
2879         gmx_nonbonded_setup(fr, bGenericKernelOnly);
2880         /*
2881            if (ir->bAdress)
2882             {
2883                 gmx_setup_adress_kernels(fp,bGenericKernelOnly);
2884             }
2885          */
2886     }
2887
2888     /* Initialize the thread working data for bonded interactions */
2889     init_forcerec_f_threads(fr, mtop->groups.grps[egcENER].nr);
2890
2891     snew(fr->excl_load, fr->nthreads+1);
2892
2893     if (fr->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
2894     {
2895         if (ir->rcoulomb != ir->rvdw)
2896         {
2897             gmx_fatal(FARGS, "With Verlet lists rcoulomb and rvdw should be identical");
2898         }
2899
2900         init_nb_verlet(fp, &fr->nbv, ir, fr, cr, nbpu_opt);
2901     }
2902
2903     /* fr->ic is used both by verlet and group kernels (to some extent) now */
2904     init_interaction_const(fp, cr, &fr->ic, fr, rtab);
2905
2906     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
2907     {
2908         calc_enervirdiff(fp, ir->eDispCorr, fr);
2909     }
2910 }
2911
2912 #define pr_real(fp, r) fprintf(fp, "%s: %e\n",#r, r)
2913 #define pr_int(fp, i)  fprintf((fp), "%s: %d\n",#i, i)
2914 #define pr_bool(fp, b) fprintf((fp), "%s: %s\n",#b, bool_names[b])
2915
2916 void pr_forcerec(FILE *fp, t_forcerec *fr)
2917 {
2918     int i;
2919
2920     pr_real(fp, fr->rlist);
2921     pr_real(fp, fr->rcoulomb);
2922     pr_real(fp, fr->fudgeQQ);
2923     pr_bool(fp, fr->bGrid);
2924     pr_bool(fp, fr->bTwinRange);
2925     /*pr_int(fp,fr->cg0);
2926        pr_int(fp,fr->hcg);*/
2927     for (i = 0; i < fr->nnblists; i++)
2928     {
2929         pr_int(fp, fr->nblists[i].table_elec_vdw.n);
2930     }
2931     pr_real(fp, fr->rcoulomb_switch);
2932     pr_real(fp, fr->rcoulomb);
2933
2934     fflush(fp);
2935 }
2936
2937 void forcerec_set_excl_load(t_forcerec *fr,
2938                             const gmx_localtop_t *top, const t_commrec *cr)
2939 {
2940     const int *ind, *a;
2941     int        t, i, j, ntot, n, ntarget;
2942
2943     if (cr != NULL && PARTDECOMP(cr))
2944     {
2945         /* No OpenMP with particle decomposition */
2946         pd_at_range(cr,
2947                     &fr->excl_load[0],
2948                     &fr->excl_load[1]);
2949
2950         return;
2951     }
2952
2953     ind = top->excls.index;
2954     a   = top->excls.a;
2955
2956     ntot = 0;
2957     for (i = 0; i < top->excls.nr; i++)
2958     {
2959         for (j = ind[i]; j < ind[i+1]; j++)
2960         {
2961             if (a[j] > i)
2962             {
2963                 ntot++;
2964             }
2965         }
2966     }
2967
2968     fr->excl_load[0] = 0;
2969     n                = 0;
2970     i                = 0;
2971     for (t = 1; t <= fr->nthreads; t++)
2972     {
2973         ntarget = (ntot*t)/fr->nthreads;
2974         while (i < top->excls.nr && n < ntarget)
2975         {
2976             for (j = ind[i]; j < ind[i+1]; j++)
2977             {
2978                 if (a[j] > i)
2979                 {
2980                     n++;
2981                 }
2982             }
2983             i++;
2984         }
2985         fr->excl_load[t] = i;
2986     }
2987 }