src/gromacs/mdlib/forcerec.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "forcerec.h"
  40
  41 #include "config.h"
  42
  43 #include <assert.h>
  44 #include <stdlib.h>
  45 #include <string.h>
  46
  47 #include <cmath>
  48
  49 #include <algorithm>
  50
  51 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  52 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  53 #include "gromacs/ewald/ewald.h"
  54 #include "gromacs/fileio/filetypes.h"
  55 #include "gromacs/gmxlib/md_logging.h"
  56 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  57 #include "gromacs/gmxlib/nonbonded/nonbonded.h"
  58 #include "gromacs/gpu_utils/gpu_utils.h"
  59 #include "gromacs/hardware/detecthardware.h"
  60 #include "gromacs/listed-forces/manage-threading.h"
  61 #include "gromacs/listed-forces/pairs.h"
  62 #include "gromacs/math/calculate-ewald-splitting-coefficient.h"
  63 #include "gromacs/math/functions.h"
  64 #include "gromacs/math/units.h"
  65 #include "gromacs/math/utilities.h"
  66 #include "gromacs/math/vec.h"
  67 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  68 #include "gromacs/mdlib/forcerec-threading.h"
  69 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  70 #include "gromacs/mdlib/md_support.h"
  71 #include "gromacs/mdlib/nb_verlet.h"
  72 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_atomdata.h"
  73 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_gpu_data_mgmt.h"
  74 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_search.h"
  75 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_simd.h"
  76 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_util.h"
  77 #include "gromacs/mdlib/ns.h"
  78 #include "gromacs/mdlib/qmmm.h"
  79 #include "gromacs/mdlib/sim_util.h"
  80 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  81 #include "gromacs/mdtypes/fcdata.h"
  82 #include "gromacs/mdtypes/group.h"
  83 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  84 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  85 #include "gromacs/pbcutil/ishift.h"
  86 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  87 #include "gromacs/simd/simd.h"
  88 #include "gromacs/tables/forcetable.h"
  89 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  90 #include "gromacs/trajectory/trajectoryframe.h"
  91 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  92 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  93 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  94 #include "gromacs/utility/pleasecite.h"
  95 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  96 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
  97
  98 #include "nbnxn_gpu_jit_support.h"
  99
 100 const char *egrp_nm[egNR+1] = {
 101     "Coul-SR", "LJ-SR", "Buck-SR",
 102     "Coul-14", "LJ-14", NULL
 103 };
 104
 105 t_forcerec *mk_forcerec(void)
 106 {
 107     t_forcerec *fr;
 108
 109     snew(fr, 1);
 110
 111     return fr;
 112 }
 113
 114 #ifdef DEBUG
 115 static void pr_nbfp(FILE *fp, real *nbfp, gmx_bool bBHAM, int atnr)
 116 {
 117     int i, j;
 118
 119     for (i = 0; (i < atnr); i++)
 120     {
 121         for (j = 0; (j < atnr); j++)
 122         {
 123             fprintf(fp, "%2d - %2d", i, j);
 124             if (bBHAM)
 125             {
 126                 fprintf(fp, "  a=%10g, b=%10g, c=%10g\n", BHAMA(nbfp, atnr, i, j),
 127                         BHAMB(nbfp, atnr, i, j), BHAMC(nbfp, atnr, i, j)/6.0);
 128             }
 129             else
 130             {
 131                 fprintf(fp, "  c6=%10g, c12=%10g\n", C6(nbfp, atnr, i, j)/6.0,
 132                         C12(nbfp, atnr, i, j)/12.0);
 133             }
 134         }
 135     }
 136 }
 137 #endif
 138
 139 static real *mk_nbfp(const gmx_ffparams_t *idef, gmx_bool bBHAM)
 140 {
 141     real *nbfp;
 142     int   i, j, k, atnr;
 143
 144     atnr = idef->atnr;
 145     if (bBHAM)
 146     {
 147         snew(nbfp, 3*atnr*atnr);
 148         for (i = k = 0; (i < atnr); i++)
 149         {
 150             for (j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 151             {
 152                 BHAMA(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.a;
 153                 BHAMB(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.b;
 154                 /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
 155                 BHAMC(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.c*6.0;
 156             }
 157         }
 158     }
 159     else
 160     {
 161         snew(nbfp, 2*atnr*atnr);
 162         for (i = k = 0; (i < atnr); i++)
 163         {
 164             for (j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 165             {
 166                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
 167                 C6(nbfp, atnr, i, j)   = idef->iparams[k].lj.c6*6.0;
 168                 C12(nbfp, atnr, i, j)  = idef->iparams[k].lj.c12*12.0;
 169             }
 170         }
 171     }
 172
 173     return nbfp;
 174 }
 175
 176 static real *make_ljpme_c6grid(const gmx_ffparams_t *idef, t_forcerec *fr)
 177 {
 178     int        i, j, k, atnr;
 179     real       c6, c6i, c6j, c12i, c12j, epsi, epsj, sigmai, sigmaj;
 180     real      *grid;
 181
 182     /* For LJ-PME simulations, we correct the energies with the reciprocal space
 183      * inside of the cut-off. To do this the non-bonded kernels needs to have
 184      * access to the C6-values used on the reciprocal grid in pme.c
 185      */
 186
 187     atnr = idef->atnr;
 188     snew(grid, 2*atnr*atnr);
 189     for (i = k = 0; (i < atnr); i++)
 190     {
 191         for (j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 192         {
 193             c6i  = idef->iparams[i*(atnr+1)].lj.c6;
 194             c12i = idef->iparams[i*(atnr+1)].lj.c12;
 195             c6j  = idef->iparams[j*(atnr+1)].lj.c6;
 196             c12j = idef->iparams[j*(atnr+1)].lj.c12;
 197             c6   = std::sqrt(c6i * c6j);
 198             if (fr->ljpme_combination_rule == eljpmeLB
 199                 && !gmx_numzero(c6) && !gmx_numzero(c12i) && !gmx_numzero(c12j))
 200             {
 201                 sigmai = gmx::sixthroot(c12i / c6i);
 202                 sigmaj = gmx::sixthroot(c12j / c6j);
 203                 epsi   = c6i * c6i / c12i;
 204                 epsj   = c6j * c6j / c12j;
 205                 c6     = std::sqrt(epsi * epsj) * gmx::power6(0.5*(sigmai+sigmaj));
 206             }
 207             /* Store the elements at the same relative positions as C6 in nbfp in order
 208              * to simplify access in the kernels
 209              */
 210             grid[2*(atnr*i+j)] = c6*6.0;
 211         }
 212     }
 213     return grid;
 214 }
 215
 216 static real *mk_nbfp_combination_rule(const gmx_ffparams_t *idef, int comb_rule)
 217 {
 218     real      *nbfp;
 219     int        i, j, atnr;
 220     real       c6i, c6j, c12i, c12j, epsi, epsj, sigmai, sigmaj;
 221     real       c6, c12;
 222
 223     atnr = idef->atnr;
 224     snew(nbfp, 2*atnr*atnr);
 225     for (i = 0; i < atnr; ++i)
 226     {
 227         for (j = 0; j < atnr; ++j)
 228         {
 229             c6i  = idef->iparams[i*(atnr+1)].lj.c6;
 230             c12i = idef->iparams[i*(atnr+1)].lj.c12;
 231             c6j  = idef->iparams[j*(atnr+1)].lj.c6;
 232             c12j = idef->iparams[j*(atnr+1)].lj.c12;
 233             c6   = std::sqrt(c6i  * c6j);
 234             c12  = std::sqrt(c12i * c12j);
 235             if (comb_rule == eCOMB_ARITHMETIC
 236                 && !gmx_numzero(c6) && !gmx_numzero(c12))
 237             {
 238                 sigmai = gmx::sixthroot(c12i / c6i);
 239                 sigmaj = gmx::sixthroot(c12j / c6j);
 240                 epsi   = c6i * c6i / c12i;
 241                 epsj   = c6j * c6j / c12j;
 242                 c6     = std::sqrt(epsi * epsj) * gmx::power6(0.5*(sigmai+sigmaj));
 243                 c12    = std::sqrt(epsi * epsj) * gmx::power12(0.5*(sigmai+sigmaj));
 244             }
 245             C6(nbfp, atnr, i, j)   = c6*6.0;
 246             C12(nbfp, atnr, i, j)  = c12*12.0;
 247         }
 248     }
 249     return nbfp;
 250 }
 251
 252 /* This routine sets fr->solvent_opt to the most common solvent in the
 253  * system, e.g. esolSPC or esolTIP4P. It will also mark each charge group in
 254  * the fr->solvent_type array with the correct type (or esolNO).
 255  *
 256  * Charge groups that fulfill the conditions but are not identical to the
 257  * most common one will be marked as esolNO in the solvent_type array.
 258  *
 259  * TIP3p is identical to SPC for these purposes, so we call it
 260  * SPC in the arrays (Apologies to Bill Jorgensen ;-)
 261  *
 262  * NOTE: QM particle should not
 263  * become an optimized solvent. Not even if there is only one charge
 264  * group in the Qm
 265  */
 266
 267 typedef struct
 268 {
 269     int    model;
 270     int    count;
 271     int    vdwtype[4];
 272     real   charge[4];
 273 } solvent_parameters_t;
 274
 275 static void
 276 check_solvent_cg(const gmx_moltype_t    *molt,
 277                  int                     cg0,
 278                  int                     nmol,
 279                  const unsigned char    *qm_grpnr,
 280                  const t_grps           *qm_grps,
 281                  t_forcerec   *          fr,
 282                  int                    *n_solvent_parameters,
 283                  solvent_parameters_t  **solvent_parameters_p,
 284                  int                     cginfo,
 285                  int                    *cg_sp)
 286 {
 287     t_atom               *atom;
 288     int                   j, k;
 289     int                   j0, j1, nj;
 290     gmx_bool              perturbed;
 291     gmx_bool              has_vdw[4];
 292     gmx_bool              match;
 293     real                  tmp_charge[4]  = { 0.0 }; /* init to zero to make gcc4.8 happy */
 294     int                   tmp_vdwtype[4] = { 0 };   /* init to zero to make gcc4.8 happy */
 295     int                   tjA;
 296     gmx_bool              qm;
 297     solvent_parameters_t *solvent_parameters;
 298
 299     /* We use a list with parameters for each solvent type.
 300      * Every time we discover a new molecule that fulfills the basic
 301      * conditions for a solvent we compare with the previous entries
 302      * in these lists. If the parameters are the same we just increment
 303      * the counter for that type, and otherwise we create a new type
 304      * based on the current molecule.
 305      *
 306      * Once we've finished going through all molecules we check which
 307      * solvent is most common, and mark all those molecules while we
 308      * clear the flag on all others.
 309      */
 310
 311     solvent_parameters = *solvent_parameters_p;
 312
 313     /* Mark the cg first as non optimized */
 314     *cg_sp = -1;
 315
 316     /* Check if this cg has no exclusions with atoms in other charge groups
 317      * and all atoms inside the charge group excluded.
 318      * We only have 3 or 4 atom solvent loops.
 319      */
 320     if (GET_CGINFO_EXCL_INTER(cginfo) ||
 321         !GET_CGINFO_EXCL_INTRA(cginfo))
 322     {
 323         return;
 324     }
 325
 326     /* Get the indices of the first atom in this charge group */
 327     j0     = molt->cgs.index[cg0];
 328     j1     = molt->cgs.index[cg0+1];
 329
 330     /* Number of atoms in our molecule */
 331     nj     = j1 - j0;
 332
 333     if (debug)
 334     {
 335         fprintf(debug,
 336                 "Moltype '%s': there are %d atoms in this charge group\n",
 337                 *molt->name, nj);
 338     }
 339
 340     /* Check if it could be an SPC (3 atoms) or TIP4p (4) water,
 341      * otherwise skip it.
 342      */
 343     if (nj < 3 || nj > 4)
 344     {
 345         return;
 346     }
 347
 348     /* Check if we are doing QM on this group */
 349     qm = FALSE;
 350     if (qm_grpnr != NULL)
 351     {
 352         for (j = j0; j < j1 && !qm; j++)
 353         {
 354             qm = (qm_grpnr[j] < qm_grps->nr - 1);
 355         }
 356     }
 357     /* Cannot use solvent optimization with QM */
 358     if (qm)
 359     {
 360         return;
 361     }
 362
 363     atom = molt->atoms.atom;
 364
 365     /* Still looks like a solvent, time to check parameters */
 366
 367     /* If it is perturbed (free energy) we can't use the solvent loops,
 368      * so then we just skip to the next molecule.
 369      */
 370     perturbed = FALSE;
 371
 372     for (j = j0; j < j1 && !perturbed; j++)
 373     {
 374         perturbed = PERTURBED(atom[j]);
 375     }
 376
 377     if (perturbed)
 378     {
 379         return;
 380     }
 381
 382     /* Now it's only a question if the VdW and charge parameters
 383      * are OK. Before doing the check we compare and see if they are
 384      * identical to a possible previous solvent type.
 385      * First we assign the current types and charges.
 386      */
 387     for (j = 0; j < nj; j++)
 388     {
 389         tmp_vdwtype[j] = atom[j0+j].type;
 390         tmp_charge[j]  = atom[j0+j].q;
 391     }
 392
 393     /* Does it match any previous solvent type? */
 394     for (k = 0; k < *n_solvent_parameters; k++)
 395     {
 396         match = TRUE;
 397
 398
 399         /* We can only match SPC with 3 atoms and TIP4p with 4 atoms */
 400         if ( (solvent_parameters[k].model == esolSPC   && nj != 3)  ||
 401              (solvent_parameters[k].model == esolTIP4P && nj != 4) )
 402         {
 403             match = FALSE;
 404         }
 405
 406         /* Check that types & charges match for all atoms in molecule */
 407         for (j = 0; j < nj && match == TRUE; j++)
 408         {
 409             if (tmp_vdwtype[j] != solvent_parameters[k].vdwtype[j])
 410             {
 411                 match = FALSE;
 412             }
 413             if (tmp_charge[j] != solvent_parameters[k].charge[j])
 414             {
 415                 match = FALSE;
 416             }
 417         }
 418         if (match == TRUE)
 419         {
 420             /* Congratulations! We have a matched solvent.
 421              * Flag it with this type for later processing.
 422              */
 423             *cg_sp = k;
 424             solvent_parameters[k].count += nmol;
 425
 426             /* We are done with this charge group */
 427             return;
 428         }
 429     }
 430
 431     /* If we get here, we have a tentative new solvent type.
 432      * Before we add it we must check that it fulfills the requirements
 433      * of the solvent optimized loops. First determine which atoms have
 434      * VdW interactions.
 435      */
 436     for (j = 0; j < nj; j++)
 437     {
 438         has_vdw[j] = FALSE;
 439         tjA        = tmp_vdwtype[j];
 440
 441         /* Go through all other tpes and see if any have non-zero
 442          * VdW parameters when combined with this one.
 443          */
 444         for (k = 0; k < fr->ntype && (has_vdw[j] == FALSE); k++)
 445         {
 446             /* We already checked that the atoms weren't perturbed,
 447              * so we only need to check state A now.
 448              */
 449             if (fr->bBHAM)
 450             {
 451                 has_vdw[j] = (has_vdw[j] ||
 452                               (BHAMA(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0) ||
 453                               (BHAMB(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0) ||
 454                               (BHAMC(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0));
 455             }
 456             else
 457             {
 458                 /* Standard LJ */
 459                 has_vdw[j] = (has_vdw[j] ||
 460                               (C6(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k)  != 0.0) ||
 461                               (C12(fr->nbfp, fr->ntype, tjA, k) != 0.0));
 462             }
 463         }
 464     }
 465
 466     /* Now we know all we need to make the final check and assignment. */
 467     if (nj == 3)
 468     {
 469         /* So, is it an SPC?
 470          * For this we require thatn all atoms have charge,
 471          * the charges on atom 2 & 3 should be the same, and only
 472          * atom 1 might have VdW.
 473          */
 474         if (has_vdw[1] == FALSE &&
 475             has_vdw[2] == FALSE &&
 476             tmp_charge[0]  != 0 &&
 477             tmp_charge[1]  != 0 &&
 478             tmp_charge[2]  == tmp_charge[1])
 479         {
 480             srenew(solvent_parameters, *n_solvent_parameters+1);
 481             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].model = esolSPC;
 482             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].count = nmol;
 483             for (k = 0; k < 3; k++)
 484             {
 485                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].vdwtype[k] = tmp_vdwtype[k];
 486                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].charge[k]  = tmp_charge[k];
 487             }
 488
 489             *cg_sp = *n_solvent_parameters;
 490             (*n_solvent_parameters)++;
 491         }
 492     }
 493     else if (nj == 4)
 494     {
 495         /* Or could it be a TIP4P?
 496          * For this we require thatn atoms 2,3,4 have charge, but not atom 1.
 497          * Only atom 1 mght have VdW.
 498          */
 499         if (has_vdw[1] == FALSE &&
 500             has_vdw[2] == FALSE &&
 501             has_vdw[3] == FALSE &&
 502             tmp_charge[0]  == 0 &&
 503             tmp_charge[1]  != 0 &&
 504             tmp_charge[2]  == tmp_charge[1] &&
 505             tmp_charge[3]  != 0)
 506         {
 507             srenew(solvent_parameters, *n_solvent_parameters+1);
 508             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].model = esolTIP4P;
 509             solvent_parameters[*n_solvent_parameters].count = nmol;
 510             for (k = 0; k < 4; k++)
 511             {
 512                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].vdwtype[k] = tmp_vdwtype[k];
 513                 solvent_parameters[*n_solvent_parameters].charge[k]  = tmp_charge[k];
 514             }
 515
 516             *cg_sp = *n_solvent_parameters;
 517             (*n_solvent_parameters)++;
 518         }
 519     }
 520
 521     *solvent_parameters_p = solvent_parameters;
 522 }
 523
 524 static void
 525 check_solvent(FILE  *                fp,
 526               const gmx_mtop_t  *    mtop,
 527               t_forcerec  *          fr,
 528               cginfo_mb_t           *cginfo_mb)
 529 {
 530     const t_block     *   cgs;
 531     const gmx_moltype_t  *molt;
 532     int                   mb, mol, cg_mol, at_offset, am, cgm, i, nmol_ch, nmol;
 533     int                   n_solvent_parameters;
 534     solvent_parameters_t *solvent_parameters;
 535     int                 **cg_sp;
 536     int                   bestsp, bestsol;
 537
 538     if (debug)
 539     {
 540         fprintf(debug, "Going to determine what solvent types we have.\n");
 541     }
 542
 543     n_solvent_parameters = 0;
 544     solvent_parameters   = NULL;
 545     /* Allocate temporary array for solvent type */
 546     snew(cg_sp, mtop->nmolblock);
 547
 548     at_offset = 0;
 549     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 550     {
 551         molt = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type];
 552         cgs  = &molt->cgs;
 553         /* Here we have to loop over all individual molecules
 554          * because we need to check for QMMM particles.
 555          */
 556         snew(cg_sp[mb], cginfo_mb[mb].cg_mod);
 557         nmol_ch = cginfo_mb[mb].cg_mod/cgs->nr;
 558         nmol    = mtop->molblock[mb].nmol/nmol_ch;
 559         for (mol = 0; mol < nmol_ch; mol++)
 560         {
 561             cgm = mol*cgs->nr;
 562             am  = mol*cgs->index[cgs->nr];
 563             for (cg_mol = 0; cg_mol < cgs->nr; cg_mol++)
 564             {
 565                 check_solvent_cg(molt, cg_mol, nmol,
 566                                  mtop->groups.grpnr[egcQMMM] ?
 567                                  mtop->groups.grpnr[egcQMMM]+at_offset+am : 0,
 568                                  &mtop->groups.grps[egcQMMM],
 569                                  fr,
 570                                  &n_solvent_parameters, &solvent_parameters,
 571                                  cginfo_mb[mb].cginfo[cgm+cg_mol],
 572                                  &cg_sp[mb][cgm+cg_mol]);
 573             }
 574         }
 575         at_offset += cgs->index[cgs->nr];
 576     }
 577
 578     /* Puh! We finished going through all charge groups.
 579      * Now find the most common solvent model.
 580      */
 581
 582     /* Most common solvent this far */
 583     bestsp = -2;
 584     for (i = 0; i < n_solvent_parameters; i++)
 585     {
 586         if (bestsp == -2 ||
 587             solvent_parameters[i].count > solvent_parameters[bestsp].count)
 588         {
 589             bestsp = i;
 590         }
 591     }
 592
 593     if (bestsp >= 0)
 594     {
 595         bestsol = solvent_parameters[bestsp].model;
 596     }
 597     else
 598     {
 599         bestsol = esolNO;
 600     }
 601
 602     fr->nWatMol = 0;
 603     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 604     {
 605         cgs  = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].cgs;
 606         nmol = (mtop->molblock[mb].nmol*cgs->nr)/cginfo_mb[mb].cg_mod;
 607         for (i = 0; i < cginfo_mb[mb].cg_mod; i++)
 608         {
 609             if (cg_sp[mb][i] == bestsp)
 610             {
 611                 SET_CGINFO_SOLOPT(cginfo_mb[mb].cginfo[i], bestsol);
 612                 fr->nWatMol += nmol;
 613             }
 614             else
 615             {
 616                 SET_CGINFO_SOLOPT(cginfo_mb[mb].cginfo[i], esolNO);
 617             }
 618         }
 619         sfree(cg_sp[mb]);
 620     }
 621     sfree(cg_sp);
 622
 623     if (bestsol != esolNO && fp != NULL)
 624     {
 625         fprintf(fp, "\nEnabling %s-like water optimization for %d molecules.\n\n",
 626                 esol_names[bestsol],
 627                 solvent_parameters[bestsp].count);
 628     }
 629
 630     sfree(solvent_parameters);
 631     fr->solvent_opt = bestsol;
 632 }
 633
 634 enum {
 635     acNONE = 0, acCONSTRAINT, acSETTLE
 636 };
 637
 638 static cginfo_mb_t *init_cginfo_mb(FILE *fplog, const gmx_mtop_t *mtop,
 639                                    t_forcerec *fr, gmx_bool bNoSolvOpt,
 640                                    gmx_bool *bFEP_NonBonded,
 641                                    gmx_bool *bExcl_IntraCGAll_InterCGNone)
 642 {
 643     const t_block        *cgs;
 644     const t_blocka       *excl;
 645     const gmx_moltype_t  *molt;
 646     const gmx_molblock_t *molb;
 647     cginfo_mb_t          *cginfo_mb;
 648     gmx_bool             *type_VDW;
 649     int                  *cginfo;
 650     int                   cg_offset, a_offset;
 651     int                   mb, m, cg, a0, a1, gid, ai, j, aj, excl_nalloc;
 652     int                  *a_con;
 653     int                   ftype;
 654     int                   ia;
 655     gmx_bool              bId, *bExcl, bExclIntraAll, bExclInter, bHaveVDW, bHaveQ, bHavePerturbedAtoms;
 656
 657     snew(cginfo_mb, mtop->nmolblock);
 658
 659     snew(type_VDW, fr->ntype);
 660     for (ai = 0; ai < fr->ntype; ai++)
 661     {
 662         type_VDW[ai] = FALSE;
 663         for (j = 0; j < fr->ntype; j++)
 664         {
 665             type_VDW[ai] = type_VDW[ai] ||
 666                 fr->bBHAM ||
 667                 C6(fr->nbfp, fr->ntype, ai, j) != 0 ||
 668                 C12(fr->nbfp, fr->ntype, ai, j) != 0;
 669         }
 670     }
 671
 672     *bFEP_NonBonded               = FALSE;
 673     *bExcl_IntraCGAll_InterCGNone = TRUE;
 674
 675     excl_nalloc = 10;
 676     snew(bExcl, excl_nalloc);
 677     cg_offset = 0;
 678     a_offset  = 0;
 679     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 680     {
 681         molb = &mtop->molblock[mb];
 682         molt = &mtop->moltype[molb->type];
 683         cgs  = &molt->cgs;
 684         excl = &molt->excls;
 685
 686         /* Check if the cginfo is identical for all molecules in this block.
 687          * If so, we only need an array of the size of one molecule.
 688          * Otherwise we make an array of #mol times #cgs per molecule.
 689          */
 690         bId = TRUE;
 691         for (m = 0; m < molb->nmol; m++)
 692         {
 693             int am = m*cgs->index[cgs->nr];
 694             for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
 695             {
 696                 a0 = cgs->index[cg];
 697                 a1 = cgs->index[cg+1];
 698                 if (ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, a_offset+am+a0) !=
 699                     ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, a_offset   +a0))
 700                 {
 701                     bId = FALSE;
 702                 }
 703                 if (mtop->groups.grpnr[egcQMMM] != NULL)
 704                 {
 705                     for (ai = a0; ai < a1; ai++)
 706                     {
 707                         if (mtop->groups.grpnr[egcQMMM][a_offset+am+ai] !=
 708                             mtop->groups.grpnr[egcQMMM][a_offset   +ai])
 709                         {
 710                             bId = FALSE;
 711                         }
 712                     }
 713                 }
 714             }
 715         }
 716
 717         cginfo_mb[mb].cg_start = cg_offset;
 718         cginfo_mb[mb].cg_end   = cg_offset + molb->nmol*cgs->nr;
 719         cginfo_mb[mb].cg_mod   = (bId ? 1 : molb->nmol)*cgs->nr;
 720         snew(cginfo_mb[mb].cginfo, cginfo_mb[mb].cg_mod);
 721         cginfo = cginfo_mb[mb].cginfo;
 722
 723         /* Set constraints flags for constrained atoms */
 724         snew(a_con, molt->atoms.nr);
 725         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
 726         {
 727             if (interaction_function[ftype].flags & IF_CONSTRAINT)
 728             {
 729                 int nral;
 730
 731                 nral = NRAL(ftype);
 732                 for (ia = 0; ia < molt->ilist[ftype].nr; ia += 1+nral)
 733                 {
 734                     int a;
 735
 736                     for (a = 0; a < nral; a++)
 737                     {
 738                         a_con[molt->ilist[ftype].iatoms[ia+1+a]] =
 739                             (ftype == F_SETTLE ? acSETTLE : acCONSTRAINT);
 740                     }
 741                 }
 742             }
 743         }
 744
 745         for (m = 0; m < (bId ? 1 : molb->nmol); m++)
 746         {
 747             int cgm = m*cgs->nr;
 748             int am  = m*cgs->index[cgs->nr];
 749             for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
 750             {
 751                 a0 = cgs->index[cg];
 752                 a1 = cgs->index[cg+1];
 753
 754                 /* Store the energy group in cginfo */
 755                 gid = ggrpnr(&mtop->groups, egcENER, a_offset+am+a0);
 756                 SET_CGINFO_GID(cginfo[cgm+cg], gid);
 757
 758                 /* Check the intra/inter charge group exclusions */
 759                 if (a1-a0 > excl_nalloc)
 760                 {
 761                     excl_nalloc = a1 - a0;
 762                     srenew(bExcl, excl_nalloc);
 763                 }
 764                 /* bExclIntraAll: all intra cg interactions excluded
 765                  * bExclInter:    any inter cg interactions excluded
 766                  */
 767                 bExclIntraAll       = TRUE;
 768                 bExclInter          = FALSE;
 769                 bHaveVDW            = FALSE;
 770                 bHaveQ              = FALSE;
 771                 bHavePerturbedAtoms = FALSE;
 772                 for (ai = a0; ai < a1; ai++)
 773                 {
 774                     /* Check VDW and electrostatic interactions */
 775                     bHaveVDW = bHaveVDW || (type_VDW[molt->atoms.atom[ai].type] ||
 776                                             type_VDW[molt->atoms.atom[ai].typeB]);
 777                     bHaveQ  = bHaveQ    || (molt->atoms.atom[ai].q != 0 ||
 778                                             molt->atoms.atom[ai].qB != 0);
 779
 780                     bHavePerturbedAtoms = bHavePerturbedAtoms || (PERTURBED(molt->atoms.atom[ai]) != 0);
 781
 782                     /* Clear the exclusion list for atom ai */
 783                     for (aj = a0; aj < a1; aj++)
 784                     {
 785                         bExcl[aj-a0] = FALSE;
 786                     }
 787                     /* Loop over all the exclusions of atom ai */
 788                     for (j = excl->index[ai]; j < excl->index[ai+1]; j++)
 789                     {
 790                         aj = excl->a[j];
 791                         if (aj < a0 || aj >= a1)
 792                         {
 793                             bExclInter = TRUE;
 794                         }
 795                         else
 796                         {
 797                             bExcl[aj-a0] = TRUE;
 798                         }
 799                     }
 800                     /* Check if ai excludes a0 to a1 */
 801                     for (aj = a0; aj < a1; aj++)
 802                     {
 803                         if (!bExcl[aj-a0])
 804                         {
 805                             bExclIntraAll = FALSE;
 806                         }
 807                     }
 808
 809                     switch (a_con[ai])
 810                     {
 811                         case acCONSTRAINT:
 812                             SET_CGINFO_CONSTR(cginfo[cgm+cg]);
 813                             break;
 814                         case acSETTLE:
 815                             SET_CGINFO_SETTLE(cginfo[cgm+cg]);
 816                             break;
 817                         default:
 818                             break;
 819                     }
 820                 }
 821                 if (bExclIntraAll)
 822                 {
 823                     SET_CGINFO_EXCL_INTRA(cginfo[cgm+cg]);
 824                 }
 825                 if (bExclInter)
 826                 {
 827                     SET_CGINFO_EXCL_INTER(cginfo[cgm+cg]);
 828                 }
 829                 if (a1 - a0 > MAX_CHARGEGROUP_SIZE)
 830                 {
 831                     /* The size in cginfo is currently only read with DD */
 832                     gmx_fatal(FARGS, "A charge group has size %d which is larger than the limit of %d atoms", a1-a0, MAX_CHARGEGROUP_SIZE);
 833                 }
 834                 if (bHaveVDW)
 835                 {
 836                     SET_CGINFO_HAS_VDW(cginfo[cgm+cg]);
 837                 }
 838                 if (bHaveQ)
 839                 {
 840                     SET_CGINFO_HAS_Q(cginfo[cgm+cg]);
 841                 }
 842                 if (bHavePerturbedAtoms && fr->efep != efepNO)
 843                 {
 844                     SET_CGINFO_FEP(cginfo[cgm+cg]);
 845                     *bFEP_NonBonded = TRUE;
 846                 }
 847                 /* Store the charge group size */
 848                 SET_CGINFO_NATOMS(cginfo[cgm+cg], a1-a0);
 849
 850                 if (!bExclIntraAll || bExclInter)
 851                 {
 852                     *bExcl_IntraCGAll_InterCGNone = FALSE;
 853                 }
 854             }
 855         }
 856
 857         sfree(a_con);
 858
 859         cg_offset += molb->nmol*cgs->nr;
 860         a_offset  += molb->nmol*cgs->index[cgs->nr];
 861     }
 862     sfree(bExcl);
 863
 864     /* the solvent optimizer is called after the QM is initialized,
 865      * because we don't want to have the QM subsystemto become an
 866      * optimized solvent
 867      */
 868
 869     check_solvent(fplog, mtop, fr, cginfo_mb);
 870
 871     if (getenv("GMX_NO_SOLV_OPT"))
 872     {
 873         if (fplog)
 874         {
 875             fprintf(fplog, "Found environment variable GMX_NO_SOLV_OPT.\n"
 876                     "Disabling all solvent optimization\n");
 877         }
 878         fr->solvent_opt = esolNO;
 879     }
 880     if (bNoSolvOpt)
 881     {
 882         fr->solvent_opt = esolNO;
 883     }
 884     if (!fr->solvent_opt)
 885     {
 886         for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 887         {
 888             for (cg = 0; cg < cginfo_mb[mb].cg_mod; cg++)
 889             {
 890                 SET_CGINFO_SOLOPT(cginfo_mb[mb].cginfo[cg], esolNO);
 891             }
 892         }
 893     }
 894
 895     return cginfo_mb;
 896 }
 897
 898 static int *cginfo_expand(int nmb, cginfo_mb_t *cgi_mb)
 899 {
 900     int  ncg, mb, cg;
 901     int *cginfo;
 902
 903     ncg = cgi_mb[nmb-1].cg_end;
 904     snew(cginfo, ncg);
 905     mb = 0;
 906     for (cg = 0; cg < ncg; cg++)
 907     {
 908         while (cg >= cgi_mb[mb].cg_end)
 909         {
 910             mb++;
 911         }
 912         cginfo[cg] =
 913             cgi_mb[mb].cginfo[(cg - cgi_mb[mb].cg_start) % cgi_mb[mb].cg_mod];
 914     }
 915
 916     return cginfo;
 917 }
 918
 919 static void set_chargesum(FILE *log, t_forcerec *fr, const gmx_mtop_t *mtop)
 920 {
 921     /*This now calculates sum for q and c6*/
 922     double         qsum, q2sum, q, c6sum, c6;
 923     int            mb, nmol, i;
 924     const t_atoms *atoms;
 925
 926     qsum   = 0;
 927     q2sum  = 0;
 928     c6sum  = 0;
 929     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 930     {
 931         nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
 932         atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 933         for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
 934         {
 935             q       = atoms->atom[i].q;
 936             qsum   += nmol*q;
 937             q2sum  += nmol*q*q;
 938             c6      = mtop->ffparams.iparams[atoms->atom[i].type*(mtop->ffparams.atnr+1)].lj.c6;
 939             c6sum  += nmol*c6;
 940         }
 941     }
 942     fr->qsum[0]   = qsum;
 943     fr->q2sum[0]  = q2sum;
 944     fr->c6sum[0]  = c6sum;
 945
 946     if (fr->efep != efepNO)
 947     {
 948         qsum   = 0;
 949         q2sum  = 0;
 950         c6sum  = 0;
 951         for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 952         {
 953             nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
 954             atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
 955             for (i = 0; i < atoms->nr; i++)
 956             {
 957                 q       = atoms->atom[i].qB;
 958                 qsum   += nmol*q;
 959                 q2sum  += nmol*q*q;
 960                 c6      = mtop->ffparams.iparams[atoms->atom[i].typeB*(mtop->ffparams.atnr+1)].lj.c6;
 961                 c6sum  += nmol*c6;
 962             }
 963             fr->qsum[1]   = qsum;
 964             fr->q2sum[1]  = q2sum;
 965             fr->c6sum[1]  = c6sum;
 966         }
 967     }
 968     else
 969     {
 970         fr->qsum[1]   = fr->qsum[0];
 971         fr->q2sum[1]  = fr->q2sum[0];
 972         fr->c6sum[1]  = fr->c6sum[0];
 973     }
 974     if (log)
 975     {
 976         if (fr->efep == efepNO)
 977         {
 978             fprintf(log, "System total charge: %.3f\n", fr->qsum[0]);
 979         }
 980         else
 981         {
 982             fprintf(log, "System total charge, top. A: %.3f top. B: %.3f\n",
 983                     fr->qsum[0], fr->qsum[1]);
 984         }
 985     }
 986 }
 987
 988 void update_forcerec(t_forcerec *fr, matrix box)
 989 {
 990     if (fr->eeltype == eelGRF)
 991     {
 992         calc_rffac(NULL, fr->eeltype, fr->epsilon_r, fr->epsilon_rf,
 993                    fr->rcoulomb, fr->temp, fr->zsquare, box,
 994                    &fr->kappa, &fr->k_rf, &fr->c_rf);
 995     }
 996 }
 997
 998 void set_avcsixtwelve(FILE *fplog, t_forcerec *fr, const gmx_mtop_t *mtop)
 999 {
1000     const t_atoms  *atoms, *atoms_tpi;
1001     const t_blocka *excl;
1002     int             mb, nmol, nmolc, i, j, tpi, tpj, j1, j2, k, nexcl, q;
1003     gmx_int64_t     npair, npair_ij, tmpi, tmpj;
1004     double          csix, ctwelve;
1005     int             ntp, *typecount;
1006     gmx_bool        bBHAM;
1007     real           *nbfp;
1008     real           *nbfp_comb = NULL;
1009
1010     ntp   = fr->ntype;
1011     bBHAM = fr->bBHAM;
1012     nbfp  = fr->nbfp;
1013
1014     /* For LJ-PME, we want to correct for the difference between the
1015      * actual C6 values and the C6 values used by the LJ-PME based on
1016      * combination rules. */
1017
1018     if (EVDW_PME(fr->vdwtype))
1019     {
1020         nbfp_comb = mk_nbfp_combination_rule(&mtop->ffparams,
1021                                              (fr->ljpme_combination_rule == eljpmeLB) ? eCOMB_ARITHMETIC : eCOMB_GEOMETRIC);
1022         for (tpi = 0; tpi < ntp; ++tpi)
1023         {
1024             for (tpj = 0; tpj < ntp; ++tpj)
1025             {
1026                 C6(nbfp_comb, ntp, tpi, tpj) =
1027                     C6(nbfp, ntp, tpi, tpj) - C6(nbfp_comb, ntp, tpi, tpj);
1028                 C12(nbfp_comb, ntp, tpi, tpj) = C12(nbfp, ntp, tpi, tpj);
1029             }
1030         }
1031         nbfp = nbfp_comb;
1032     }
1033     for (q = 0; q < (fr->efep == efepNO ? 1 : 2); q++)
1034     {
1035         csix    = 0;
1036         ctwelve = 0;
1037         npair   = 0;
1038         nexcl   = 0;
1039         if (!fr->n_tpi)
1040         {
1041             /* Count the types so we avoid natoms^2 operations */
1042             snew(typecount, ntp);
1043             gmx_mtop_count_atomtypes(mtop, q, typecount);
1044
1045             for (tpi = 0; tpi < ntp; tpi++)
1046             {
1047                 for (tpj = tpi; tpj < ntp; tpj++)
1048                 {
1049                     tmpi = typecount[tpi];
1050                     tmpj = typecount[tpj];
1051                     if (tpi != tpj)
1052                     {
1053                         npair_ij = tmpi*tmpj;
1054                     }
1055                     else
1056                     {
1057                         npair_ij = tmpi*(tmpi - 1)/2;
1058                     }
1059                     if (bBHAM)
1060                     {
1061                         /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
1062                         csix    += npair_ij*BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1063                     }
1064                     else
1065                     {
1066                         /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
1067                         csix    += npair_ij*   C6(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1068                         ctwelve += npair_ij*  C12(nbfp, ntp, tpi, tpj)/12.0;
1069                     }
1070                     npair += npair_ij;
1071                 }
1072             }
1073             sfree(typecount);
1074             /* Subtract the excluded pairs.
1075              * The main reason for substracting exclusions is that in some cases
1076              * some combinations might never occur and the parameters could have
1077              * any value. These unused values should not influence the dispersion
1078              * correction.
1079              */
1080             for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
1081             {
1082                 nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
1083                 atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
1084                 excl  = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].excls;
1085                 for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
1086                 {
1087                     if (q == 0)
1088                     {
1089                         tpi = atoms->atom[i].type;
1090                     }
1091                     else
1092                     {
1093                         tpi = atoms->atom[i].typeB;
1094                     }
1095                     j1  = excl->index[i];
1096                     j2  = excl->index[i+1];
1097                     for (j = j1; j < j2; j++)
1098                     {
1099                         k = excl->a[j];
1100                         if (k > i)
1101                         {
1102                             if (q == 0)
1103                             {
1104                                 tpj = atoms->atom[k].type;
1105                             }
1106                             else
1107                             {
1108                                 tpj = atoms->atom[k].typeB;
1109                             }
1110                             if (bBHAM)
1111                             {
1112                                 /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
1113                                 csix -= nmol*BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1114                             }
1115                             else
1116                             {
1117                                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
1118                                 csix    -= nmol*C6 (nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1119                                 ctwelve -= nmol*C12(nbfp, ntp, tpi, tpj)/12.0;
1120                             }
1121                             nexcl += nmol;
1122                         }
1123                     }
1124                 }
1125             }
1126         }
1127         else
1128         {
1129             /* Only correct for the interaction of the test particle
1130              * with the rest of the system.
1131              */
1132             atoms_tpi =
1133                 &mtop->moltype[mtop->molblock[mtop->nmolblock-1].type].atoms;
1134
1135             npair = 0;
1136             for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
1137             {
1138                 nmol  = mtop->molblock[mb].nmol;
1139                 atoms = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type].atoms;
1140                 for (j = 0; j < atoms->nr; j++)
1141                 {
1142                     nmolc = nmol;
1143                     /* Remove the interaction of the test charge group
1144                      * with itself.
1145                      */
1146                     if (mb == mtop->nmolblock-1)
1147                     {
1148                         nmolc--;
1149
1150                         if (mb == 0 && nmol == 1)
1151                         {
1152                             gmx_fatal(FARGS, "Old format tpr with TPI, please generate a new tpr file");
1153                         }
1154                     }
1155                     if (q == 0)
1156                     {
1157                         tpj = atoms->atom[j].type;
1158                     }
1159                     else
1160                     {
1161                         tpj = atoms->atom[j].typeB;
1162                     }
1163                     for (i = 0; i < fr->n_tpi; i++)
1164                     {
1165                         if (q == 0)
1166                         {
1167                             tpi = atoms_tpi->atom[i].type;
1168                         }
1169                         else
1170                         {
1171                             tpi = atoms_tpi->atom[i].typeB;
1172                         }
1173                         if (bBHAM)
1174                         {
1175                             /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
1176                             csix    += nmolc*BHAMC(nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1177                         }
1178                         else
1179                         {
1180                             /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
1181                             csix    += nmolc*C6 (nbfp, ntp, tpi, tpj)/6.0;
1182                             ctwelve += nmolc*C12(nbfp, ntp, tpi, tpj)/12.0;
1183                         }
1184                         npair += nmolc;
1185                     }
1186                 }
1187             }
1188         }
1189         if (npair - nexcl <= 0 && fplog)
1190         {
1191             fprintf(fplog, "\nWARNING: There are no atom pairs for dispersion correction\n\n");
1192             csix     = 0;
1193             ctwelve  = 0;
1194         }
1195         else
1196         {
1197             csix    /= npair - nexcl;
1198             ctwelve /= npair - nexcl;
1199         }
1200         if (debug)
1201         {
1202             fprintf(debug, "Counted %d exclusions\n", nexcl);
1203             fprintf(debug, "Average C6 parameter is: %10g\n", (double)csix);
1204             fprintf(debug, "Average C12 parameter is: %10g\n", (double)ctwelve);
1205         }
1206         fr->avcsix[q]    = csix;
1207         fr->avctwelve[q] = ctwelve;
1208     }
1209
1210     if (EVDW_PME(fr->vdwtype))
1211     {
1212         sfree(nbfp_comb);
1213     }
1214
1215     if (fplog != NULL)
1216     {
1217         if (fr->eDispCorr == edispcAllEner ||
1218             fr->eDispCorr == edispcAllEnerPres)
1219         {
1220             fprintf(fplog, "Long Range LJ corr.: <C6> %10.4e, <C12> %10.4e\n",
1221                     fr->avcsix[0], fr->avctwelve[0]);
1222         }
1223         else
1224         {
1225             fprintf(fplog, "Long Range LJ corr.: <C6> %10.4e\n", fr->avcsix[0]);
1226         }
1227     }
1228 }
1229
1230
1231 static void set_bham_b_max(FILE *fplog, t_forcerec *fr,
1232                            const gmx_mtop_t *mtop)
1233 {
1234     const t_atoms *at1, *at2;
1235     int            mt1, mt2, i, j, tpi, tpj, ntypes;
1236     real           b, bmin;
1237     real          *nbfp;
1238
1239     if (fplog)
1240     {
1241         fprintf(fplog, "Determining largest Buckingham b parameter for table\n");
1242     }
1243     nbfp   = fr->nbfp;
1244     ntypes = fr->ntype;
1245
1246     bmin           = -1;
1247     fr->bham_b_max = 0;
1248     for (mt1 = 0; mt1 < mtop->nmoltype; mt1++)
1249     {
1250         at1 = &mtop->moltype[mt1].atoms;
1251         for (i = 0; (i < at1->nr); i++)
1252         {
1253             tpi = at1->atom[i].type;
1254             if (tpi >= ntypes)
1255             {
1256                 gmx_fatal(FARGS, "Atomtype[%d] = %d, maximum = %d", i, tpi, ntypes);
1257             }
1258
1259             for (mt2 = mt1; mt2 < mtop->nmoltype; mt2++)
1260             {
1261                 at2 = &mtop->moltype[mt2].atoms;
1262                 for (j = 0; (j < at2->nr); j++)
1263                 {
1264                     tpj = at2->atom[j].type;
1265                     if (tpj >= ntypes)
1266                     {
1267                         gmx_fatal(FARGS, "Atomtype[%d] = %d, maximum = %d", j, tpj, ntypes);
1268                     }
1269                     b = BHAMB(nbfp, ntypes, tpi, tpj);
1270                     if (b > fr->bham_b_max)
1271                     {
1272                         fr->bham_b_max = b;
1273                     }
1274                     if ((b < bmin) || (bmin == -1))
1275                     {
1276                         bmin = b;
1277                     }
1278                 }
1279             }
1280         }
1281     }
1282     if (fplog)
1283     {
1284         fprintf(fplog, "Buckingham b parameters, min: %g, max: %g\n",
1285                 bmin, fr->bham_b_max);
1286     }
1287 }
1288
1289 static void make_nbf_tables(FILE *fp,
1290                             t_forcerec *fr, real rtab,
1291                             const char *tabfn, char *eg1, char *eg2,
1292                             t_nblists *nbl)
1293 {
1294     char buf[STRLEN];
1295     int  i, j;
1296
1297     if (tabfn == NULL)
1298     {
1299         if (debug)
1300         {
1301             fprintf(debug, "No table file name passed, can not read table, can not do non-bonded interactions\n");
1302         }
1303         return;
1304     }
1305
1306     sprintf(buf, "%s", tabfn);
1307     if (eg1 && eg2)
1308     {
1309         /* Append the two energy group names */
1310         sprintf(buf + strlen(tabfn) - strlen(ftp2ext(efXVG)) - 1, "_%s_%s.%s",
1311                 eg1, eg2, ftp2ext(efXVG));
1312     }
1313     nbl->table_elec_vdw = make_tables(fp, fr, buf, rtab, 0);
1314     /* Copy the contents of the table to separate coulomb and LJ tables too,
1315      * to improve cache performance.
1316      */
1317     /* For performance reasons we want
1318      * the table data to be aligned to 16-byte. The pointers could be freed
1319      * but currently aren't.
1320      */
1321     snew(nbl->table_elec, 1);
1322     nbl->table_elec->interaction   = GMX_TABLE_INTERACTION_ELEC;
1323     nbl->table_elec->format        = nbl->table_elec_vdw->format;
1324     nbl->table_elec->r             = nbl->table_elec_vdw->r;
1325     nbl->table_elec->n             = nbl->table_elec_vdw->n;
1326     nbl->table_elec->scale         = nbl->table_elec_vdw->scale;
1327     nbl->table_elec->formatsize    = nbl->table_elec_vdw->formatsize;
1328     nbl->table_elec->ninteractions = 1;
1329     nbl->table_elec->stride        = nbl->table_elec->formatsize * nbl->table_elec->ninteractions;
1330     snew_aligned(nbl->table_elec->data, nbl->table_elec->stride*(nbl->table_elec->n+1), 32);
1331
1332     snew(nbl->table_vdw, 1);
1333     nbl->table_vdw->interaction   = GMX_TABLE_INTERACTION_VDWREP_VDWDISP;
1334     nbl->table_vdw->format        = nbl->table_elec_vdw->format;
1335     nbl->table_vdw->r             = nbl->table_elec_vdw->r;
1336     nbl->table_vdw->n             = nbl->table_elec_vdw->n;
1337     nbl->table_vdw->scale         = nbl->table_elec_vdw->scale;
1338     nbl->table_vdw->formatsize    = nbl->table_elec_vdw->formatsize;
1339     nbl->table_vdw->ninteractions = 2;
1340     nbl->table_vdw->stride        = nbl->table_vdw->formatsize * nbl->table_vdw->ninteractions;
1341     snew_aligned(nbl->table_vdw->data, nbl->table_vdw->stride*(nbl->table_vdw->n+1), 32);
1342
1343     for (i = 0; i <= nbl->table_elec_vdw->n; i++)
1344     {
1345         for (j = 0; j < 4; j++)
1346         {
1347             nbl->table_elec->data[4*i+j] = nbl->table_elec_vdw->data[12*i+j];
1348         }
1349         for (j = 0; j < 8; j++)
1350         {
1351             nbl->table_vdw->data[8*i+j] = nbl->table_elec_vdw->data[12*i+4+j];
1352         }
1353     }
1354 }
1355
1356 static void count_tables(int ftype1, int ftype2, const gmx_mtop_t *mtop,
1357                          int *ncount, int **count)
1358 {
1359     const gmx_moltype_t *molt;
1360     const t_ilist       *il;
1361     int                  mt, ftype, stride, i, j, tabnr;
1362
1363     for (mt = 0; mt < mtop->nmoltype; mt++)
1364     {
1365         molt = &mtop->moltype[mt];
1366         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
1367         {
1368             if (ftype == ftype1 || ftype == ftype2)
1369             {
1370                 il     = &molt->ilist[ftype];
1371                 stride = 1 + NRAL(ftype);
1372                 for (i = 0; i < il->nr; i += stride)
1373                 {
1374                     tabnr = mtop->ffparams.iparams[il->iatoms[i]].tab.table;
1375                     if (tabnr < 0)
1376                     {
1377                         gmx_fatal(FARGS, "A bonded table number is smaller than 0: %d\n", tabnr);
1378                     }
1379                     if (tabnr >= *ncount)
1380                     {
1381                         srenew(*count, tabnr+1);
1382                         for (j = *ncount; j < tabnr+1; j++)
1383                         {
1384                             (*count)[j] = 0;
1385                         }
1386                         *ncount = tabnr+1;
1387                     }
1388                     (*count)[tabnr]++;
1389                 }
1390             }
1391         }
1392     }
1393 }
1394
1395 static bondedtable_t *make_bonded_tables(FILE *fplog,
1396                                          int ftype1, int ftype2,
1397                                          const gmx_mtop_t *mtop,
1398                                          const char *basefn, const char *tabext)
1399 {
1400     int            i, ncount, *count;
1401     char           tabfn[STRLEN];
1402     bondedtable_t *tab;
1403
1404     tab = NULL;
1405
1406     ncount = 0;
1407     count  = NULL;
1408     count_tables(ftype1, ftype2, mtop, &ncount, &count);
1409
1410     if (ncount > 0)
1411     {
1412         snew(tab, ncount);
1413         for (i = 0; i < ncount; i++)
1414         {
1415             if (count[i] > 0)
1416             {
1417                 sprintf(tabfn, "%s", basefn);
1418                 sprintf(tabfn + strlen(basefn) - strlen(ftp2ext(efXVG)) - 1, "_%s%d.%s",
1419                         tabext, i, ftp2ext(efXVG));
1420                 tab[i] = make_bonded_table(fplog, tabfn, NRAL(ftype1)-2);
1421             }
1422         }
1423         sfree(count);
1424     }
1425
1426     return tab;
1427 }
1428
1429 void forcerec_set_ranges(t_forcerec *fr,
1430                          int ncg_home, int ncg_force,
1431                          int natoms_force,
1432                          int natoms_force_constr, int natoms_f_novirsum)
1433 {
1434     fr->cg0 = 0;
1435     fr->hcg = ncg_home;
1436
1437     /* fr->ncg_force is unused in the standard code,
1438      * but it can be useful for modified code dealing with charge groups.
1439      */
1440     fr->ncg_force           = ncg_force;
1441     fr->natoms_force        = natoms_force;
1442     fr->natoms_force_constr = natoms_force_constr;
1443
1444     if (fr->natoms_force_constr > fr->nalloc_force)
1445     {
1446         fr->nalloc_force = over_alloc_dd(fr->natoms_force_constr);
1447     }
1448
1449     if (fr->bF_NoVirSum)
1450     {
1451         fr->f_novirsum_n = natoms_f_novirsum;
1452         if (fr->f_novirsum_n > fr->f_novirsum_nalloc)
1453         {
1454             fr->f_novirsum_nalloc = over_alloc_dd(fr->f_novirsum_n);
1455             srenew(fr->f_novirsum_alloc, fr->f_novirsum_nalloc);
1456         }
1457     }
1458     else
1459     {
1460         fr->f_novirsum_n = 0;
1461     }
1462 }
1463
1464 static real cutoff_inf(real cutoff)
1465 {
1466     if (cutoff == 0)
1467     {
1468         cutoff = GMX_CUTOFF_INF;
1469     }
1470
1471     return cutoff;
1472 }
1473
1474 gmx_bool can_use_allvsall(const t_inputrec *ir, gmx_bool bPrintNote, t_commrec *cr, FILE *fp)
1475 {
1476     gmx_bool bAllvsAll;
1477
1478     bAllvsAll =
1479         (
1480             ir->rlist == 0            &&
1481             ir->rcoulomb == 0         &&
1482             ir->rvdw == 0             &&
1483             ir->ePBC == epbcNONE      &&
1484             ir->vdwtype == evdwCUT    &&
1485             ir->coulombtype == eelCUT &&
1486             ir->efep == efepNO        &&
1487             (ir->implicit_solvent == eisNO ||
1488              (ir->implicit_solvent == eisGBSA && (ir->gb_algorithm == egbSTILL ||
1489                                                   ir->gb_algorithm == egbHCT   ||
1490                                                   ir->gb_algorithm == egbOBC))) &&
1491             getenv("GMX_NO_ALLVSALL") == NULL
1492         );
1493
1494     if (bAllvsAll && ir->opts.ngener > 1)
1495     {
1496         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";
1497
1498         if (bPrintNote)
1499         {
1500             if (MASTER(cr))
1501             {
1502                 fprintf(stderr, "\n%s\n", note);
1503             }
1504             if (fp != NULL)
1505             {
1506                 fprintf(fp, "\n%s\n", note);
1507             }
1508         }
1509         bAllvsAll = FALSE;
1510     }
1511
1512     if (bAllvsAll && fp && MASTER(cr))
1513     {
1514         fprintf(fp, "\nUsing SIMD all-vs-all kernels.\n\n");
1515     }
1516
1517     return bAllvsAll;
1518 }
1519
1520
1521 gmx_bool nbnxn_gpu_acceleration_supported(FILE             *fplog,
1522                                           const t_commrec  *cr,
1523                                           const t_inputrec *ir,
1524                                           gmx_bool          bRerunMD)
1525 {
1526     if (bRerunMD && ir->opts.ngener > 1)
1527     {
1528         /* Rerun execution time is dominated by I/O and pair search,
1529          * so GPUs are not very useful, plus they do not support more
1530          * than one energy group. If the user requested GPUs
1531          * explicitly, a fatal error is given later.  With non-reruns,
1532          * we fall back to a single whole-of system energy group
1533          * (which runs much faster than a multiple-energy-groups
1534          * implementation would), and issue a note in the .log
1535          * file. Users can re-run if they want the information. */
1536         md_print_warn(cr, fplog, "Rerun with energy groups is not implemented for GPUs, falling back to the CPU\n");
1537         return FALSE;
1538     }
1539
1540     return TRUE;
1541 }
1542
1543 gmx_bool nbnxn_simd_supported(FILE             *fplog,
1544                               const t_commrec  *cr,
1545                               const t_inputrec *ir)
1546 {
1547     if (ir->vdwtype == evdwPME && ir->ljpme_combination_rule == eljpmeLB)
1548     {
1549         /* LJ PME with LB combination rule does 7 mesh operations.
1550          * This so slow that we don't compile SIMD non-bonded kernels
1551          * for that. */
1552         md_print_warn(cr, fplog, "LJ-PME with Lorentz-Berthelot is not supported with SIMD kernels, falling back to plain C kernels\n");
1553         return FALSE;
1554     }
1555
1556     return TRUE;
1557 }
1558
1559
1560 static void pick_nbnxn_kernel_cpu(const t_inputrec gmx_unused *ir,
1561                                   int                         *kernel_type,
1562                                   int                         *ewald_excl)
1563 {
1564     *kernel_type = nbnxnk4x4_PlainC;
1565     *ewald_excl  = ewaldexclTable;
1566
1567 #if GMX_SIMD
1568     {
1569 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_4XN
1570         *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_4xN;
1571 #endif
1572 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_2XNN
1573         *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_2xNN;
1574 #endif
1575
1576 #if defined GMX_NBNXN_SIMD_2XNN && defined GMX_NBNXN_SIMD_4XN
1577         /* We need to choose if we want 2x(N+N) or 4xN kernels.
1578          * Currently this is based on the SIMD acceleration choice,
1579          * but it might be better to decide this at runtime based on CPU.
1580          *
1581          * 4xN calculates more (zero) interactions, but has less pair-search
1582          * work and much better kernel instruction scheduling.
1583          *
1584          * Up till now we have only seen that on Intel Sandy/Ivy Bridge,
1585          * which doesn't have FMA, both the analytical and tabulated Ewald
1586          * kernels have similar pair rates for 4x8 and 2x(4+4), so we choose
1587          * 2x(4+4) because it results in significantly fewer pairs.
1588          * For RF, the raw pair rate of the 4x8 kernel is higher than 2x(4+4),
1589          * 10% with HT, 50% without HT. As we currently don't detect the actual
1590          * use of HT, use 4x8 to avoid a potential performance hit.
1591          * On Intel Haswell 4x8 is always faster.
1592          */
1593         *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_4xN;
1594
1595 #if !GMX_SIMD_HAVE_FMA
1596         if (EEL_PME_EWALD(ir->coulombtype) ||
1597             EVDW_PME(ir->vdwtype))
1598         {
1599             /* We have Ewald kernels without FMA (Intel Sandy/Ivy Bridge).
1600              * There are enough instructions to make 2x(4+4) efficient.
1601              */
1602             *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_2xNN;
1603         }
1604 #endif
1605 #endif  /* GMX_NBNXN_SIMD_2XNN && GMX_NBNXN_SIMD_4XN */
1606
1607
1608         if (getenv("GMX_NBNXN_SIMD_4XN") != NULL)
1609         {
1610 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_4XN
1611             *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_4xN;
1612 #else
1613             gmx_fatal(FARGS, "SIMD 4xN kernels requested, but GROMACS has been compiled without support for these kernels");
1614 #endif
1615         }
1616         if (getenv("GMX_NBNXN_SIMD_2XNN") != NULL)
1617         {
1618 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD_2XNN
1619             *kernel_type = nbnxnk4xN_SIMD_2xNN;
1620 #else
1621             gmx_fatal(FARGS, "SIMD 2x(N+N) kernels requested, but GROMACS has been compiled without support for these kernels");
1622 #endif
1623         }
1624
1625         /* Analytical Ewald exclusion correction is only an option in
1626          * the SIMD kernel.
1627          * Since table lookup's don't parallelize with SIMD, analytical
1628          * will probably always be faster for a SIMD width of 8 or more.
1629          * With FMA analytical is sometimes faster for a width if 4 as well.
1630          * On BlueGene/Q, this is faster regardless of precision.
1631          * In single precision, this is faster on Bulldozer.
1632          */
1633 #if GMX_SIMD_REAL_WIDTH >= 8 || \
1634         (GMX_SIMD_REAL_WIDTH >= 4 && GMX_SIMD_HAVE_FMA && !GMX_DOUBLE) || GMX_SIMD_IBM_QPX
1635         *ewald_excl = ewaldexclAnalytical;
1636 #endif
1637         if (getenv("GMX_NBNXN_EWALD_TABLE") != NULL)
1638         {
1639             *ewald_excl = ewaldexclTable;
1640         }
1641         if (getenv("GMX_NBNXN_EWALD_ANALYTICAL") != NULL)
1642         {
1643             *ewald_excl = ewaldexclAnalytical;
1644         }
1645
1646     }
1647 #endif // GMX_SIMD
1648 }
1649
1650
1651 const char *lookup_nbnxn_kernel_name(int kernel_type)
1652 {
1653     const char *returnvalue = NULL;
1654     switch (kernel_type)
1655     {
1656         case nbnxnkNotSet:
1657             returnvalue = "not set";
1658             break;
1659         case nbnxnk4x4_PlainC:
1660             returnvalue = "plain C";
1661             break;
1662         case nbnxnk4xN_SIMD_4xN:
1663         case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN:
1664 #if GMX_SIMD
1665             returnvalue = "SIMD";
1666 #else  // GMX_SIMD
1667             returnvalue = "not available";
1668 #endif // GMX_SIMD
1669             break;
1670         case nbnxnk8x8x8_GPU: returnvalue    = "GPU"; break;
1671         case nbnxnk8x8x8_PlainC: returnvalue = "plain C"; break;
1672
1673         case nbnxnkNR:
1674         default:
1675             gmx_fatal(FARGS, "Illegal kernel type selected");
1676             returnvalue = NULL;
1677             break;
1678     }
1679     return returnvalue;
1680 };
1681
1682 static void pick_nbnxn_kernel(FILE                *fp,
1683                               const t_commrec     *cr,
1684                               gmx_bool             use_simd_kernels,
1685                               gmx_bool             bUseGPU,
1686                               gmx_bool             bEmulateGPU,
1687                               const t_inputrec    *ir,
1688                               int                 *kernel_type,
1689                               int                 *ewald_excl,
1690                               gmx_bool             bDoNonbonded)
1691 {
1692     assert(kernel_type);
1693
1694     *kernel_type = nbnxnkNotSet;
1695     *ewald_excl  = ewaldexclTable;
1696
1697     if (bEmulateGPU)
1698     {
1699         *kernel_type = nbnxnk8x8x8_PlainC;
1700
1701         if (bDoNonbonded)
1702         {
1703             md_print_warn(cr, fp, "Emulating a GPU run on the CPU (slow)");
1704         }
1705     }
1706     else if (bUseGPU)
1707     {
1708         *kernel_type = nbnxnk8x8x8_GPU;
1709     }
1710
1711     if (*kernel_type == nbnxnkNotSet)
1712     {
1713         if (use_simd_kernels &&
1714             nbnxn_simd_supported(fp, cr, ir))
1715         {
1716             pick_nbnxn_kernel_cpu(ir, kernel_type, ewald_excl);
1717         }
1718         else
1719         {
1720             *kernel_type = nbnxnk4x4_PlainC;
1721         }
1722     }
1723
1724     if (bDoNonbonded && fp != NULL)
1725     {
1726         fprintf(fp, "\nUsing %s %dx%d non-bonded kernels\n\n",
1727                 lookup_nbnxn_kernel_name(*kernel_type),
1728                 nbnxn_kernel_to_cluster_i_size(*kernel_type),
1729                 nbnxn_kernel_to_cluster_j_size(*kernel_type));
1730
1731         if (nbnxnk4x4_PlainC == *kernel_type ||
1732             nbnxnk8x8x8_PlainC == *kernel_type)
1733         {
1734             md_print_warn(cr, fp,
1735                           "WARNING: Using the slow %s kernels. This should\n"
1736                           "not happen during routine usage on supported platforms.\n\n",
1737                           lookup_nbnxn_kernel_name(*kernel_type));
1738         }
1739     }
1740 }
1741
1742 static void pick_nbnxn_resources(FILE                *fp,
1743                                  const t_commrec     *cr,
1744                                  const gmx_hw_info_t *hwinfo,
1745                                  gmx_bool             bDoNonbonded,
1746                                  gmx_bool            *bUseGPU,
1747                                  gmx_bool            *bEmulateGPU,
1748                                  const gmx_gpu_opt_t *gpu_opt)
1749 {
1750     gmx_bool bEmulateGPUEnvVarSet;
1751     char     gpu_err_str[STRLEN];
1752
1753     *bUseGPU = FALSE;
1754
1755     bEmulateGPUEnvVarSet = (getenv("GMX_EMULATE_GPU") != NULL);
1756
1757     /* Run GPU emulation mode if GMX_EMULATE_GPU is defined. Because
1758      * GPUs (currently) only handle non-bonded calculations, we will
1759      * automatically switch to emulation if non-bonded calculations are
1760      * turned off via GMX_NO_NONBONDED - this is the simple and elegant
1761      * way to turn off GPU initialization, data movement, and cleanup.
1762      *
1763      * GPU emulation can be useful to assess the performance one can expect by
1764      * adding GPU(s) to the machine. The conditional below allows this even
1765      * if mdrun is compiled without GPU acceleration support.
1766      * Note that you should freezing the system as otherwise it will explode.
1767      */
1768     *bEmulateGPU = (bEmulateGPUEnvVarSet ||
1769                     (!bDoNonbonded && gpu_opt->n_dev_use > 0));
1770
1771     /* Enable GPU mode when GPUs are available or no GPU emulation is requested.
1772      */
1773     if (gpu_opt->n_dev_use > 0 && !(*bEmulateGPU))
1774     {
1775         /* Each PP node will use the intra-node id-th device from the
1776          * list of detected/selected GPUs. */
1777         if (!init_gpu(fp, cr->rank_pp_intranode, gpu_err_str,
1778                       &hwinfo->gpu_info, gpu_opt))
1779         {
1780             /* At this point the init should never fail as we made sure that
1781              * we have all the GPUs we need. If it still does, we'll bail. */
1782             /* TODO the decorating of gpu_err_str is nicer if it
1783                happens inside init_gpu. Out here, the decorating with
1784                the MPI rank makes sense. */
1785             gmx_fatal(FARGS, "On rank %d failed to initialize GPU #%d: %s",
1786                       cr->nodeid,
1787                       get_gpu_device_id(&hwinfo->gpu_info, gpu_opt,
1788                                         cr->rank_pp_intranode),
1789                       gpu_err_str);
1790         }
1791
1792         /* Here we actually turn on hardware GPU acceleration */
1793         *bUseGPU = TRUE;
1794     }
1795 }
1796
1797 gmx_bool uses_simple_tables(int                 cutoff_scheme,
1798                             nonbonded_verlet_t *nbv,
1799                             int                 group)
1800 {
1801     gmx_bool bUsesSimpleTables = TRUE;
1802     int      grp_index;
1803
1804     switch (cutoff_scheme)
1805     {
1806         case ecutsGROUP:
1807             bUsesSimpleTables = TRUE;
1808             break;
1809         case ecutsVERLET:
1810             assert(NULL != nbv && NULL != nbv->grp);
1811             grp_index         = (group < 0) ? 0 : (nbv->ngrp - 1);
1812             bUsesSimpleTables = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[grp_index].kernel_type);
1813             break;
1814         default:
1815             gmx_incons("unimplemented");
1816     }
1817     return bUsesSimpleTables;
1818 }
1819
1820 static void init_ewald_f_table(interaction_const_t *ic,
1821                                real                 rtab)
1822 {
1823     real maxr;
1824
1825     /* Get the Ewald table spacing based on Coulomb and/or LJ
1826      * Ewald coefficients and rtol.
1827      */
1828     ic->tabq_scale = ewald_spline3_table_scale(ic);
1829
1830     if (ic->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
1831     {
1832         maxr = ic->rcoulomb;
1833     }
1834     else
1835     {
1836         maxr = std::max(ic->rcoulomb, rtab);
1837     }
1838     ic->tabq_size  = static_cast<int>(maxr*ic->tabq_scale) + 2;
1839
1840     sfree_aligned(ic->tabq_coul_FDV0);
1841     sfree_aligned(ic->tabq_coul_F);
1842     sfree_aligned(ic->tabq_coul_V);
1843
1844     sfree_aligned(ic->tabq_vdw_FDV0);
1845     sfree_aligned(ic->tabq_vdw_F);
1846     sfree_aligned(ic->tabq_vdw_V);
1847
1848     if (EEL_PME_EWALD(ic->eeltype))
1849     {
1850         /* Create the original table data in FDV0 */
1851         snew_aligned(ic->tabq_coul_FDV0, ic->tabq_size*4, 32);
1852         snew_aligned(ic->tabq_coul_F, ic->tabq_size, 32);
1853         snew_aligned(ic->tabq_coul_V, ic->tabq_size, 32);
1854         table_spline3_fill_ewald_lr(ic->tabq_coul_F, ic->tabq_coul_V, ic->tabq_coul_FDV0,
1855                                     ic->tabq_size, 1/ic->tabq_scale, ic->ewaldcoeff_q, v_q_ewald_lr);
1856     }
1857
1858     if (EVDW_PME(ic->vdwtype))
1859     {
1860         snew_aligned(ic->tabq_vdw_FDV0, ic->tabq_size*4, 32);
1861         snew_aligned(ic->tabq_vdw_F, ic->tabq_size, 32);
1862         snew_aligned(ic->tabq_vdw_V, ic->tabq_size, 32);
1863         table_spline3_fill_ewald_lr(ic->tabq_vdw_F, ic->tabq_vdw_V, ic->tabq_vdw_FDV0,
1864                                     ic->tabq_size, 1/ic->tabq_scale, ic->ewaldcoeff_lj, v_lj_ewald_lr);
1865     }
1866 }
1867
1868 void init_interaction_const_tables(FILE                *fp,
1869                                    interaction_const_t *ic,
1870                                    real                 rtab)
1871 {
1872     if (EEL_PME_EWALD(ic->eeltype) || EVDW_PME(ic->vdwtype))
1873     {
1874         init_ewald_f_table(ic, rtab);
1875
1876         if (fp != NULL)
1877         {
1878             fprintf(fp, "Initialized non-bonded Ewald correction tables, spacing: %.2e size: %d\n\n",
1879                     1/ic->tabq_scale, ic->tabq_size);
1880         }
1881     }
1882 }
1883
1884 static void clear_force_switch_constants(shift_consts_t *sc)
1885 {
1886     sc->c2   = 0;
1887     sc->c3   = 0;
1888     sc->cpot = 0;
1889 }
1890
1891 static void force_switch_constants(real p,
1892                                    real rsw, real rc,
1893                                    shift_consts_t *sc)
1894 {
1895     /* Here we determine the coefficient for shifting the force to zero
1896      * between distance rsw and the cut-off rc.
1897      * For a potential of r^-p, we have force p*r^-(p+1).
1898      * But to save flops we absorb p in the coefficient.
1899      * Thus we get:
1900      * force/p   = r^-(p+1) + c2*r^2 + c3*r^3
1901      * potential = r^-p + c2/3*r^3 + c3/4*r^4 + cpot
1902      */
1903     sc->c2   =  ((p + 1)*rsw - (p + 4)*rc)/(pow(rc, p + 2)*gmx::square(rc - rsw));
1904     sc->c3   = -((p + 1)*rsw - (p + 3)*rc)/(pow(rc, p + 2)*gmx::power3(rc - rsw));
1905     sc->cpot = -pow(rc, -p) + p*sc->c2/3*gmx::power3(rc - rsw) + p*sc->c3/4*gmx::power4(rc - rsw);
1906 }
1907
1908 static void potential_switch_constants(real rsw, real rc,
1909                                        switch_consts_t *sc)
1910 {
1911     /* The switch function is 1 at rsw and 0 at rc.
1912      * The derivative and second derivate are zero at both ends.
1913      * rsw        = max(r - r_switch, 0)
1914      * sw         = 1 + c3*rsw^3 + c4*rsw^4 + c5*rsw^5
1915      * dsw        = 3*c3*rsw^2 + 4*c4*rsw^3 + 5*c5*rsw^4
1916      * force      = force*dsw - potential*sw
1917      * potential *= sw
1918      */
1919     sc->c3 = -10/gmx::power3(rc - rsw);
1920     sc->c4 =  15/gmx::power4(rc - rsw);
1921     sc->c5 =  -6/gmx::power5(rc - rsw);
1922 }
1923
1924 /*! \brief Construct interaction constants
1925  *
1926  * This data is used (particularly) by search and force code for
1927  * short-range interactions. Many of these are constant for the whole
1928  * simulation; some are constant only after PME tuning completes.
1929  */
1930 static void
1931 init_interaction_const(FILE                       *fp,
1932                        interaction_const_t       **interaction_const,
1933                        const t_forcerec           *fr)
1934 {
1935     interaction_const_t *ic;
1936
1937     snew(ic, 1);
1938
1939     ic->cutoff_scheme   = fr->cutoff_scheme;
1940
1941     /* Just allocate something so we can free it */
1942     snew_aligned(ic->tabq_coul_FDV0, 16, 32);
1943     snew_aligned(ic->tabq_coul_F, 16, 32);
1944     snew_aligned(ic->tabq_coul_V, 16, 32);
1945
1946     ic->rlist           = fr->rlist;
1947
1948     /* Lennard-Jones */
1949     ic->vdwtype         = fr->vdwtype;
1950     ic->vdw_modifier    = fr->vdw_modifier;
1951     ic->rvdw            = fr->rvdw;
1952     ic->rvdw_switch     = fr->rvdw_switch;
1953     ic->ewaldcoeff_lj   = fr->ewaldcoeff_lj;
1954     ic->ljpme_comb_rule = fr->ljpme_combination_rule;
1955     ic->sh_lj_ewald     = 0;
1956     clear_force_switch_constants(&ic->dispersion_shift);
1957     clear_force_switch_constants(&ic->repulsion_shift);
1958
1959     switch (ic->vdw_modifier)
1960     {
1961         case eintmodPOTSHIFT:
1962             /* Only shift the potential, don't touch the force */
1963             ic->dispersion_shift.cpot = -1.0/gmx::power6(ic->rvdw);
1964             ic->repulsion_shift.cpot  = -1.0/gmx::power12(ic->rvdw);
1965             if (EVDW_PME(ic->vdwtype))
1966             {
1967                 real crc2;
1968
1969                 crc2            = gmx::square(ic->ewaldcoeff_lj*ic->rvdw);
1970                 ic->sh_lj_ewald = (std::exp(-crc2)*(1 + crc2 + 0.5*crc2*crc2) - 1)/gmx::power6(ic->rvdw);
1971             }
1972             break;
1973         case eintmodFORCESWITCH:
1974             /* Switch the force, switch and shift the potential */
1975             force_switch_constants(6.0, ic->rvdw_switch, ic->rvdw,
1976                                    &ic->dispersion_shift);
1977             force_switch_constants(12.0, ic->rvdw_switch, ic->rvdw,
1978                                    &ic->repulsion_shift);
1979             break;
1980         case eintmodPOTSWITCH:
1981             /* Switch the potential and force */
1982             potential_switch_constants(ic->rvdw_switch, ic->rvdw,
1983                                        &ic->vdw_switch);
1984             break;
1985         case eintmodNONE:
1986         case eintmodEXACTCUTOFF:
1987             /* Nothing to do here */
1988             break;
1989         default:
1990             gmx_incons("unimplemented potential modifier");
1991     }
1992
1993     ic->sh_invrc6 = -ic->dispersion_shift.cpot;
1994
1995     /* Electrostatics */
1996     ic->eeltype          = fr->eeltype;
1997     ic->coulomb_modifier = fr->coulomb_modifier;
1998     ic->rcoulomb         = fr->rcoulomb;
1999     ic->epsilon_r        = fr->epsilon_r;
2000     ic->epsfac           = fr->epsfac;
2001     ic->ewaldcoeff_q     = fr->ewaldcoeff_q;
2002
2003     if (fr->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
2004     {
2005         ic->sh_ewald = std::erfc(ic->ewaldcoeff_q*ic->rcoulomb);
2006     }
2007     else
2008     {
2009         ic->sh_ewald = 0;
2010     }
2011
2012     /* Reaction-field */
2013     if (EEL_RF(ic->eeltype))
2014     {
2015         ic->epsilon_rf = fr->epsilon_rf;
2016         ic->k_rf       = fr->k_rf;
2017         ic->c_rf       = fr->c_rf;
2018     }
2019     else
2020     {
2021         /* For plain cut-off we might use the reaction-field kernels */
2022         ic->epsilon_rf = ic->epsilon_r;
2023         ic->k_rf       = 0;
2024         if (fr->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
2025         {
2026             ic->c_rf   = 1/ic->rcoulomb;
2027         }
2028         else
2029         {
2030             ic->c_rf   = 0;
2031         }
2032     }
2033
2034     if (fp != NULL)
2035     {
2036         real dispersion_shift;
2037
2038         dispersion_shift = ic->dispersion_shift.cpot;
2039         if (EVDW_PME(ic->vdwtype))
2040         {
2041             dispersion_shift -= ic->sh_lj_ewald;
2042         }
2043         fprintf(fp, "Potential shift: LJ r^-12: %.3e r^-6: %.3e",
2044                 ic->repulsion_shift.cpot, dispersion_shift);
2045
2046         if (ic->eeltype == eelCUT)
2047         {
2048             fprintf(fp, ", Coulomb %.e", -ic->c_rf);
2049         }
2050         else if (EEL_PME(ic->eeltype))
2051         {
2052             fprintf(fp, ", Ewald %.3e", -ic->sh_ewald);
2053         }
2054         fprintf(fp, "\n");
2055     }
2056
2057     *interaction_const = ic;
2058 }
2059
2060 static void init_nb_verlet(FILE                *fp,
2061                            nonbonded_verlet_t **nb_verlet,
2062                            gmx_bool             bFEP_NonBonded,
2063                            const t_inputrec    *ir,
2064                            const t_forcerec    *fr,
2065                            const t_commrec     *cr,
2066                            const char          *nbpu_opt)
2067 {
2068     nonbonded_verlet_t *nbv;
2069     int                 i;
2070     char               *env;
2071     gmx_bool            bEmulateGPU, bHybridGPURun = FALSE;
2072
2073     nbnxn_alloc_t      *nb_alloc;
2074     nbnxn_free_t       *nb_free;
2075
2076     snew(nbv, 1);
2077
2078     pick_nbnxn_resources(fp, cr, fr->hwinfo,
2079                          fr->bNonbonded,
2080                          &nbv->bUseGPU,
2081                          &bEmulateGPU,
2082                          fr->gpu_opt);
2083
2084     nbv->nbs             = NULL;
2085     nbv->min_ci_balanced = 0;
2086
2087     nbv->ngrp = (DOMAINDECOMP(cr) ? 2 : 1);
2088     for (i = 0; i < nbv->ngrp; i++)
2089     {
2090         nbv->grp[i].nbl_lists.nnbl = 0;
2091         nbv->grp[i].nbat           = NULL;
2092         nbv->grp[i].kernel_type    = nbnxnkNotSet;
2093
2094         if (i == 0) /* local */
2095         {
2096             pick_nbnxn_kernel(fp, cr, fr->use_simd_kernels,
2097                               nbv->bUseGPU, bEmulateGPU, ir,
2098                               &nbv->grp[i].kernel_type,
2099                               &nbv->grp[i].ewald_excl,
2100                               fr->bNonbonded);
2101         }
2102         else /* non-local */
2103         {
2104             if (nbpu_opt != NULL && strcmp(nbpu_opt, "gpu_cpu") == 0)
2105             {
2106                 /* Use GPU for local, select a CPU kernel for non-local */
2107                 pick_nbnxn_kernel(fp, cr, fr->use_simd_kernels,
2108                                   FALSE, FALSE, ir,
2109                                   &nbv->grp[i].kernel_type,
2110                                   &nbv->grp[i].ewald_excl,
2111                                   fr->bNonbonded);
2112
2113                 bHybridGPURun = TRUE;
2114             }
2115             else
2116             {
2117                 /* Use the same kernel for local and non-local interactions */
2118                 nbv->grp[i].kernel_type = nbv->grp[0].kernel_type;
2119                 nbv->grp[i].ewald_excl  = nbv->grp[0].ewald_excl;
2120             }
2121         }
2122     }
2123
2124     nbnxn_init_search(&nbv->nbs,
2125                       DOMAINDECOMP(cr) ? &cr->dd->nc : NULL,
2126                       DOMAINDECOMP(cr) ? domdec_zones(cr->dd) : NULL,
2127                       bFEP_NonBonded,
2128                       gmx_omp_nthreads_get(emntPairsearch));
2129
2130     for (i = 0; i < nbv->ngrp; i++)
2131     {
2132         gpu_set_host_malloc_and_free(nbv->grp[0].kernel_type == nbnxnk8x8x8_GPU,
2133                                      &nb_alloc, &nb_free);
2134
2135         nbnxn_init_pairlist_set(&nbv->grp[i].nbl_lists,
2136                                 nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type),
2137                                 /* 8x8x8 "non-simple" lists are ATM always combined */
2138                                 !nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type),
2139                                 nb_alloc, nb_free);
2140
2141         if (i == 0 ||
2142             nbv->grp[0].kernel_type != nbv->grp[i].kernel_type)
2143         {
2144             gmx_bool bSimpleList;
2145             int      enbnxninitcombrule;
2146
2147             bSimpleList = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nbv->grp[i].kernel_type);
2148
2149             if (fr->vdwtype == evdwCUT &&
2150                 (fr->vdw_modifier == eintmodNONE ||
2151                  fr->vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT) &&
2152                 getenv("GMX_NO_LJ_COMB_RULE") == NULL)
2153             {
2154                 /* Plain LJ cut-off: we can optimize with combination rules */
2155                 enbnxninitcombrule = enbnxninitcombruleDETECT;
2156             }
2157             else if (fr->vdwtype == evdwPME)
2158             {
2159                 /* LJ-PME: we need to use a combination rule for the grid */
2160                 if (fr->ljpme_combination_rule == eljpmeGEOM)
2161                 {
2162                     enbnxninitcombrule = enbnxninitcombruleGEOM;
2163                 }
2164                 else
2165                 {
2166                     enbnxninitcombrule = enbnxninitcombruleLB;
2167                 }
2168             }
2169             else
2170             {
2171                 /* We use a full combination matrix: no rule required */
2172                 enbnxninitcombrule = enbnxninitcombruleNONE;
2173             }
2174
2175
2176             snew(nbv->grp[i].nbat, 1);
2177             nbnxn_atomdata_init(fp,
2178                                 nbv->grp[i].nbat,
2179                                 nbv->grp[i].kernel_type,
2180                                 enbnxninitcombrule,
2181                                 fr->ntype, fr->nbfp,
2182                                 ir->opts.ngener,
2183                                 bSimpleList ? gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded) : 1,
2184                                 nb_alloc, nb_free);
2185         }
2186         else
2187         {
2188             nbv->grp[i].nbat = nbv->grp[0].nbat;
2189         }
2190     }
2191
2192     if (nbv->bUseGPU)
2193     {
2194         /* init the NxN GPU data; the last argument tells whether we'll have
2195          * both local and non-local NB calculation on GPU */
2196         nbnxn_gpu_init(&nbv->gpu_nbv,
2197                        &fr->hwinfo->gpu_info,
2198                        fr->gpu_opt,
2199                        fr->ic,
2200                        nbv->grp,
2201                        cr->rank_pp_intranode,
2202                        cr->nodeid,
2203                        (nbv->ngrp > 1) && !bHybridGPURun);
2204
2205         /* With tMPI + GPUs some ranks may be sharing GPU(s) and therefore
2206          * also sharing texture references. To keep the code simple, we don't
2207          * treat texture references as shared resources, but this means that
2208          * the coulomb_tab and nbfp texture refs will get updated by multiple threads.
2209          * Hence, to ensure that the non-bonded kernels don't start before all
2210          * texture binding operations are finished, we need to wait for all ranks
2211          * to arrive here before continuing.
2212          *
2213          * Note that we could omit this barrier if GPUs are not shared (or
2214          * texture objects are used), but as this is initialization code, there
2215          * is no point in complicating things.
2216          */
2217 #if GMX_THREAD_MPI
2218         if (PAR(cr))
2219         {
2220             gmx_barrier(cr);
2221         }
2222 #endif  /* GMX_THREAD_MPI */
2223
2224         if ((env = getenv("GMX_NB_MIN_CI")) != NULL)
2225         {
2226             char *end;
2227
2228             nbv->min_ci_balanced = strtol(env, &end, 10);
2229             if (!end || (*end != 0) || nbv->min_ci_balanced < 0)
2230             {
2231                 gmx_fatal(FARGS, "Invalid value passed in GMX_NB_MIN_CI=%s, non-negative integer required", env);
2232             }
2233
2234             if (debug)
2235             {
2236                 fprintf(debug, "Neighbor-list balancing parameter: %d (passed as env. var.)\n",
2237                         nbv->min_ci_balanced);
2238             }
2239         }
2240         else
2241         {
2242             nbv->min_ci_balanced = nbnxn_gpu_min_ci_balanced(nbv->gpu_nbv);
2243             if (debug)
2244             {
2245                 fprintf(debug, "Neighbor-list balancing parameter: %d (auto-adjusted to the number of GPU multi-processors)\n",
2246                         nbv->min_ci_balanced);
2247             }
2248         }
2249
2250     }
2251
2252     *nb_verlet = nbv;
2253 }
2254
2255 gmx_bool usingGpu(nonbonded_verlet_t *nbv)
2256 {
2257     return nbv != NULL && nbv->bUseGPU;
2258 }
2259
2260 void init_forcerec(FILE              *fp,
2261                    t_forcerec        *fr,
2262                    t_fcdata          *fcd,
2263                    const t_inputrec  *ir,
2264                    const gmx_mtop_t  *mtop,
2265                    const t_commrec   *cr,
2266                    matrix             box,
2267                    const char        *tabfn,
2268                    const char        *tabpfn,
2269                    const char        *tabbfn,
2270                    const char        *nbpu_opt,
2271                    gmx_bool           bNoSolvOpt,
2272                    real               print_force)
2273 {
2274     int            i, m, negp_pp, negptable, egi, egj;
2275     real           rtab;
2276     char          *env;
2277     double         dbl;
2278     const t_block *cgs;
2279     gmx_bool       bGenericKernelOnly;
2280     gmx_bool       needGroupSchemeTables, bSomeNormalNbListsAreInUse;
2281     gmx_bool       bFEP_NonBonded;
2282     int           *nm_ind, egp_flags;
2283
2284     if (fr->hwinfo == NULL)
2285     {
2286         /* Detect hardware, gather information.
2287          * In mdrun, hwinfo has already been set before calling init_forcerec.
2288          * Here we ignore GPUs, as tools will not use them anyhow.
2289          */
2290         fr->hwinfo = gmx_detect_hardware(fp, cr, FALSE);
2291     }
2292
2293     /* By default we turn SIMD kernels on, but it might be turned off further down... */
2294     fr->use_simd_kernels = TRUE;
2295
2296     fr->bDomDec = DOMAINDECOMP(cr);
2297
2298     if (check_box(ir->ePBC, box))
2299     {
2300         gmx_fatal(FARGS, check_box(ir->ePBC, box));
2301     }
2302
2303     /* Test particle insertion ? */
2304     if (EI_TPI(ir->eI))
2305     {
2306         /* Set to the size of the molecule to be inserted (the last one) */
2307         /* Because of old style topologies, we have to use the last cg
2308          * instead of the last molecule type.
2309          */
2310         cgs       = &mtop->moltype[mtop->molblock[mtop->nmolblock-1].type].cgs;
2311         fr->n_tpi = cgs->index[cgs->nr] - cgs->index[cgs->nr-1];
2312         if (fr->n_tpi != mtop->mols.index[mtop->mols.nr] - mtop->mols.index[mtop->mols.nr-1])
2313         {
2314             gmx_fatal(FARGS, "The molecule to insert can not consist of multiple charge groups.\nMake it a single charge group.");
2315         }
2316     }
2317     else
2318     {
2319         fr->n_tpi = 0;
2320     }
2321
2322     if (ir->coulombtype == eelRF_NEC_UNSUPPORTED)
2323     {
2324         gmx_fatal(FARGS, "%s electrostatics is no longer supported",
2325                   eel_names[ir->coulombtype]);
2326     }
2327
2328     if (ir->bAdress)
2329     {
2330         gmx_fatal(FARGS, "AdResS simulations are no longer supported");
2331     }
2332     if (ir->useTwinRange)
2333     {
2334         gmx_fatal(FARGS, "Twin-range simulations are no longer supported");
2335     }
2336     /* Copy the user determined parameters */
2337     fr->userint1  = ir->userint1;
2338     fr->userint2  = ir->userint2;
2339     fr->userint3  = ir->userint3;
2340     fr->userint4  = ir->userint4;
2341     fr->userreal1 = ir->userreal1;
2342     fr->userreal2 = ir->userreal2;
2343     fr->userreal3 = ir->userreal3;
2344     fr->userreal4 = ir->userreal4;
2345
2346     /* Shell stuff */
2347     fr->fc_stepsize = ir->fc_stepsize;
2348
2349     /* Free energy */
2350     fr->efep        = ir->efep;
2351     fr->sc_alphavdw = ir->fepvals->sc_alpha;
2352     if (ir->fepvals->bScCoul)
2353     {
2354         fr->sc_alphacoul  = ir->fepvals->sc_alpha;
2355         fr->sc_sigma6_min = gmx::power6(ir->fepvals->sc_sigma_min);
2356     }
2357     else
2358     {
2359         fr->sc_alphacoul  = 0;
2360         fr->sc_sigma6_min = 0; /* only needed when bScCoul is on */
2361     }
2362     fr->sc_power      = ir->fepvals->sc_power;
2363     fr->sc_r_power    = ir->fepvals->sc_r_power;
2364     fr->sc_sigma6_def = gmx::power6(ir->fepvals->sc_sigma);
2365
2366     env = getenv("GMX_SCSIGMA_MIN");
2367     if (env != NULL)
2368     {
2369         dbl = 0;
2370         sscanf(env, "%20lf", &dbl);
2371         fr->sc_sigma6_min = gmx::power6(dbl);
2372         if (fp)
2373         {
2374             fprintf(fp, "Setting the minimum soft core sigma to %g nm\n", dbl);
2375         }
2376     }
2377
2378     fr->bNonbonded = TRUE;
2379     if (getenv("GMX_NO_NONBONDED") != NULL)
2380     {
2381         /* turn off non-bonded calculations */
2382         fr->bNonbonded = FALSE;
2383         md_print_warn(cr, fp,
2384                       "Found environment variable GMX_NO_NONBONDED.\n"
2385                       "Disabling nonbonded calculations.\n");
2386     }
2387
2388     bGenericKernelOnly = FALSE;
2389
2390     /* We now check in the NS code whether a particular combination of interactions
2391      * can be used with water optimization, and disable it if that is not the case.
2392      */
2393
2394     if (getenv("GMX_NB_GENERIC") != NULL)
2395     {
2396         if (fp != NULL)
2397         {
2398             fprintf(fp,
2399                     "Found environment variable GMX_NB_GENERIC.\n"
2400                     "Disabling all interaction-specific nonbonded kernels, will only\n"
2401                     "use the slow generic ones in src/gmxlib/nonbonded/nb_generic.c\n\n");
2402         }
2403         bGenericKernelOnly = TRUE;
2404     }
2405
2406     if (bGenericKernelOnly == TRUE)
2407     {
2408         bNoSolvOpt         = TRUE;
2409     }
2410
2411     if ( (getenv("GMX_DISABLE_SIMD_KERNELS") != NULL) || (getenv("GMX_NOOPTIMIZEDKERNELS") != NULL) )
2412     {
2413         fr->use_simd_kernels = FALSE;
2414         if (fp != NULL)
2415         {
2416             fprintf(fp,
2417                     "\nFound environment variable GMX_DISABLE_SIMD_KERNELS.\n"
2418                     "Disabling the usage of any SIMD-specific non-bonded & bonded kernel routines\n"
2419                     "(e.g. SSE2/SSE4.1/AVX).\n\n");
2420         }
2421     }
2422
2423     fr->bBHAM = (mtop->ffparams.functype[0] == F_BHAM);
2424
2425     /* Check if we can/should do all-vs-all kernels */
2426     fr->bAllvsAll       = can_use_allvsall(ir, FALSE, NULL, NULL);
2427     fr->AllvsAll_work   = NULL;
2428     fr->AllvsAll_workgb = NULL;
2429
2430     /* All-vs-all kernels have not been implemented in 4.6 and later.
2431      * See Redmine #1249. */
2432     if (fr->bAllvsAll)
2433     {
2434         fr->bAllvsAll            = FALSE;
2435         if (fp != NULL)
2436         {
2437             fprintf(fp,
2438                     "\nYour simulation settings would have triggered the efficient all-vs-all\n"
2439                     "kernels in GROMACS 4.5, but these have not been implemented in GROMACS\n"
2440                     "4.6 and 5.x. If performance is important, please use GROMACS 4.5.7\n"
2441                     "or try cutoff-scheme = Verlet.\n\n");
2442         }
2443     }
2444
2445     /* Neighbour searching stuff */
2446     fr->cutoff_scheme = ir->cutoff_scheme;
2447     fr->bGrid         = (ir->ns_type == ensGRID);
2448     fr->ePBC          = ir->ePBC;
2449
2450     if (fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP)
2451     {
2452         const char *note = "NOTE: This file uses the deprecated 'group' cutoff_scheme. This will be\n"
2453             "removed in a future release when 'verlet' supports all interaction forms.\n";
2454
2455         if (MASTER(cr))
2456         {
2457             fprintf(stderr, "\n%s\n", note);
2458         }
2459         if (fp != NULL)
2460         {
2461             fprintf(fp, "\n%s\n", note);
2462         }
2463     }
2464
2465     /* Determine if we will do PBC for distances in bonded interactions */
2466     if (fr->ePBC == epbcNONE)
2467     {
2468         fr->bMolPBC = FALSE;
2469     }
2470     else
2471     {
2472         if (!DOMAINDECOMP(cr))
2473         {
2474             gmx_bool bSHAKE;
2475
2476             bSHAKE = (ir->eConstrAlg == econtSHAKE &&
2477                       (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTR) > 0 ||
2478                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTRNC) > 0));
2479
2480             /* The group cut-off scheme and SHAKE assume charge groups
2481              * are whole, but not using molpbc is faster in most cases.
2482              * With intermolecular interactions we need PBC for calculating
2483              * distances between atoms in different molecules.
2484              */
2485             if ((fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP || bSHAKE) &&
2486                 !mtop->bIntermolecularInteractions)
2487             {
2488                 fr->bMolPBC = ir->bPeriodicMols;
2489
2490                 if (bSHAKE && fr->bMolPBC)
2491                 {
2492                     gmx_fatal(FARGS, "SHAKE is not supported with periodic molecules");
2493                 }
2494             }
2495             else
2496             {
2497                 fr->bMolPBC = TRUE;
2498
2499                 if (getenv("GMX_USE_GRAPH") != NULL)
2500                 {
2501                     fr->bMolPBC = FALSE;
2502                     if (fp)
2503                     {
2504                         md_print_warn(cr, fp, "GMX_USE_GRAPH is set, using the graph for bonded interactions\n");
2505                     }
2506
2507                     if (mtop->bIntermolecularInteractions)
2508                     {
2509                         md_print_warn(cr, fp, "WARNING: Molecules linked by intermolecular interactions have to reside in the same periodic image, otherwise artifacts will occur!\n");
2510                     }
2511                 }
2512
2513                 if (bSHAKE && fr->bMolPBC)
2514                 {
2515                     gmx_fatal(FARGS, "SHAKE is not properly supported with intermolecular interactions. For short simulations where linked molecules remain in the same periodic image, the environment variable GMX_USE_GRAPH can be used to override this check.\n");
2516                 }
2517             }
2518         }
2519         else
2520         {
2521             fr->bMolPBC = dd_bonded_molpbc(cr->dd, fr->ePBC);
2522         }
2523     }
2524     fr->bGB = (ir->implicit_solvent == eisGBSA);
2525
2526     fr->rc_scaling = ir->refcoord_scaling;
2527     copy_rvec(ir->posres_com, fr->posres_com);
2528     copy_rvec(ir->posres_comB, fr->posres_comB);
2529     fr->rlist                    = cutoff_inf(ir->rlist);
2530     fr->eeltype                  = ir->coulombtype;
2531     fr->vdwtype                  = ir->vdwtype;
2532     fr->ljpme_combination_rule   = ir->ljpme_combination_rule;
2533
2534     fr->coulomb_modifier = ir->coulomb_modifier;
2535     fr->vdw_modifier     = ir->vdw_modifier;
2536
2537     /* Electrostatics: Translate from interaction-setting-in-mdp-file to kernel interaction format */
2538     switch (fr->eeltype)
2539     {
2540         case eelCUT:
2541             fr->nbkernel_elec_interaction = (fr->bGB) ? GMX_NBKERNEL_ELEC_GENERALIZEDBORN : GMX_NBKERNEL_ELEC_COULOMB;
2542             break;
2543
2544         case eelRF:
2545         case eelGRF:
2546             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD;
2547             break;
2548
2549         case eelRF_ZERO:
2550             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD;
2551             fr->coulomb_modifier          = eintmodEXACTCUTOFF;
2552             break;
2553
2554         case eelSWITCH:
2555         case eelSHIFT:
2556         case eelUSER:
2557         case eelENCADSHIFT:
2558         case eelPMESWITCH:
2559         case eelPMEUSER:
2560         case eelPMEUSERSWITCH:
2561             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
2562             break;
2563
2564         case eelPME:
2565         case eelP3M_AD:
2566         case eelEWALD:
2567             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_EWALD;
2568             break;
2569
2570         default:
2571             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported electrostatic interaction: %s", eel_names[fr->eeltype]);
2572             break;
2573     }
2574
2575     /* Vdw: Translate from mdp settings to kernel format */
2576     switch (fr->vdwtype)
2577     {
2578         case evdwCUT:
2579             if (fr->bBHAM)
2580             {
2581                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_BUCKINGHAM;
2582             }
2583             else
2584             {
2585                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_LENNARDJONES;
2586             }
2587             break;
2588         case evdwPME:
2589             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_LJEWALD;
2590             break;
2591
2592         case evdwSWITCH:
2593         case evdwSHIFT:
2594         case evdwUSER:
2595         case evdwENCADSHIFT:
2596             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE;
2597             break;
2598
2599         default:
2600             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported vdw interaction: %s", evdw_names[fr->vdwtype]);
2601             break;
2602     }
2603
2604     /* These start out identical to ir, but might be altered if we e.g. tabulate the interaction in the kernel */
2605     fr->nbkernel_elec_modifier    = fr->coulomb_modifier;
2606     fr->nbkernel_vdw_modifier     = fr->vdw_modifier;
2607
2608     fr->rvdw             = cutoff_inf(ir->rvdw);
2609     fr->rvdw_switch      = ir->rvdw_switch;
2610     fr->rcoulomb         = cutoff_inf(ir->rcoulomb);
2611     fr->rcoulomb_switch  = ir->rcoulomb_switch;
2612
2613     fr->bEwald     = EEL_PME_EWALD(fr->eeltype);
2614
2615     fr->reppow     = mtop->ffparams.reppow;
2616
2617     if (ir->cutoff_scheme == ecutsGROUP)
2618     {
2619         fr->bvdwtab    = ((fr->vdwtype != evdwCUT || !gmx_within_tol(fr->reppow, 12.0, 10*GMX_DOUBLE_EPS))
2620                           && !EVDW_PME(fr->vdwtype));
2621         /* We have special kernels for standard Ewald and PME, but the pme-switch ones are tabulated above */
2622         fr->bcoultab   = !(fr->eeltype == eelCUT ||
2623                            fr->eeltype == eelEWALD ||
2624                            fr->eeltype == eelPME ||
2625                            fr->eeltype == eelRF ||
2626                            fr->eeltype == eelRF_ZERO);
2627
2628         /* If the user absolutely wants different switch/shift settings for coul/vdw, it is likely
2629          * going to be faster to tabulate the interaction than calling the generic kernel.
2630          * However, if generic kernels have been requested we keep things analytically.
2631          */
2632         if (fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodPOTSWITCH &&
2633             fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH &&
2634             bGenericKernelOnly == FALSE)
2635         {
2636             if ((fr->rcoulomb_switch != fr->rvdw_switch) || (fr->rcoulomb != fr->rvdw))
2637             {
2638                 fr->bcoultab = TRUE;
2639                 /* Once we tabulate electrostatics, we can use the switch function for LJ,
2640                  * which would otherwise need two tables.
2641                  */
2642             }
2643         }
2644         else if ((fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodPOTSHIFT && fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT) ||
2645                  ((fr->nbkernel_elec_interaction == GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD &&
2646                    fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodEXACTCUTOFF &&
2647                    (fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSWITCH || fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT))))
2648         {
2649             if ((fr->rcoulomb != fr->rvdw) && (bGenericKernelOnly == FALSE))
2650             {
2651                 fr->bcoultab = TRUE;
2652             }
2653         }
2654
2655         if (fr->nbkernel_elec_modifier == eintmodFORCESWITCH)
2656         {
2657             fr->bcoultab = TRUE;
2658         }
2659         if (fr->nbkernel_vdw_modifier == eintmodFORCESWITCH)
2660         {
2661             fr->bvdwtab = TRUE;
2662         }
2663
2664         if (getenv("GMX_REQUIRE_TABLES"))
2665         {
2666             fr->bvdwtab  = TRUE;
2667             fr->bcoultab = TRUE;
2668         }
2669
2670         if (fp)
2671         {
2672             fprintf(fp, "Table routines are used for coulomb: %s\n",
2673                     gmx::boolToString(fr->bcoultab));
2674             fprintf(fp, "Table routines are used for vdw:     %s\n",
2675                     gmx::boolToString(fr->bvdwtab));
2676         }
2677
2678         if (fr->bvdwtab == TRUE)
2679         {
2680             fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE;
2681             fr->nbkernel_vdw_modifier    = eintmodNONE;
2682         }
2683         if (fr->bcoultab == TRUE)
2684         {
2685             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
2686             fr->nbkernel_elec_modifier    = eintmodNONE;
2687         }
2688     }
2689
2690     if (ir->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
2691     {
2692         if (!gmx_within_tol(fr->reppow, 12.0, 10*GMX_DOUBLE_EPS))
2693         {
2694             gmx_fatal(FARGS, "Cut-off scheme %S only supports LJ repulsion power 12", ecutscheme_names[ir->cutoff_scheme]);
2695         }
2696         fr->bvdwtab  = FALSE;
2697         fr->bcoultab = FALSE;
2698     }
2699
2700     /* Tables are used for direct ewald sum */
2701     if (fr->bEwald)
2702     {
2703         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
2704         {
2705             if (fp)
2706             {
2707                 fprintf(fp, "Will do PME sum in reciprocal space for electrostatic interactions.\n");
2708             }
2709             if (ir->coulombtype == eelP3M_AD)
2710             {
2711                 please_cite(fp, "Hockney1988");
2712                 please_cite(fp, "Ballenegger2012");
2713             }
2714             else
2715             {
2716                 please_cite(fp, "Essmann95a");
2717             }
2718
2719             if (ir->ewald_geometry == eewg3DC)
2720             {
2721                 if (fp)
2722                 {
2723                     fprintf(fp, "Using the Ewald3DC correction for systems with a slab geometry.\n");
2724                 }
2725                 please_cite(fp, "In-Chul99a");
2726             }
2727         }
2728         fr->ewaldcoeff_q = calc_ewaldcoeff_q(ir->rcoulomb, ir->ewald_rtol);
2729         init_ewald_tab(&(fr->ewald_table), ir, fp);
2730         if (fp)
2731         {
2732             fprintf(fp, "Using a Gaussian width (1/beta) of %g nm for Ewald\n",
2733                     1/fr->ewaldcoeff_q);
2734         }
2735     }
2736
2737     if (EVDW_PME(ir->vdwtype))
2738     {
2739         if (fp)
2740         {
2741             fprintf(fp, "Will do PME sum in reciprocal space for LJ dispersion interactions.\n");
2742         }
2743         please_cite(fp, "Essmann95a");
2744         fr->ewaldcoeff_lj = calc_ewaldcoeff_lj(ir->rvdw, ir->ewald_rtol_lj);
2745         if (fp)
2746         {
2747             fprintf(fp, "Using a Gaussian width (1/beta) of %g nm for LJ Ewald\n",
2748                     1/fr->ewaldcoeff_lj);
2749         }
2750     }
2751
2752     /* Electrostatics */
2753     fr->epsilon_r       = ir->epsilon_r;
2754     fr->epsilon_rf      = ir->epsilon_rf;
2755     fr->fudgeQQ         = mtop->ffparams.fudgeQQ;
2756
2757     /* Parameters for generalized RF */
2758     fr->zsquare = 0.0;
2759     fr->temp    = 0.0;
2760
2761     if (fr->eeltype == eelGRF)
2762     {
2763         init_generalized_rf(fp, mtop, ir, fr);
2764     }
2765
2766     fr->bF_NoVirSum = (EEL_FULL(fr->eeltype) || EVDW_PME(fr->vdwtype) ||
2767                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_POSRES) > 0 ||
2768                        gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_FBPOSRES) > 0 ||
2769                        inputrecElecField(ir)
2770                        );
2771
2772     if (fr->cutoff_scheme == ecutsGROUP &&
2773         ncg_mtop(mtop) > fr->cg_nalloc && !DOMAINDECOMP(cr))
2774     {
2775         /* Count the total number of charge groups */
2776         fr->cg_nalloc = ncg_mtop(mtop);
2777         srenew(fr->cg_cm, fr->cg_nalloc);
2778     }
2779     if (fr->shift_vec == NULL)
2780     {
2781         snew(fr->shift_vec, SHIFTS);
2782     }
2783
2784     if (fr->fshift == NULL)
2785     {
2786         snew(fr->fshift, SHIFTS);
2787     }
2788
2789     if (fr->nbfp == NULL)
2790     {
2791         fr->ntype = mtop->ffparams.atnr;
2792         fr->nbfp  = mk_nbfp(&mtop->ffparams, fr->bBHAM);
2793         if (EVDW_PME(fr->vdwtype))
2794         {
2795             fr->ljpme_c6grid  = make_ljpme_c6grid(&mtop->ffparams, fr);
2796         }
2797     }
2798
2799     /* Copy the energy group exclusions */
2800     fr->egp_flags = ir->opts.egp_flags;
2801
2802     /* Van der Waals stuff */
2803     if ((fr->vdwtype != evdwCUT) && (fr->vdwtype != evdwUSER) && !fr->bBHAM)
2804     {
2805         if (fr->rvdw_switch >= fr->rvdw)
2806         {
2807             gmx_fatal(FARGS, "rvdw_switch (%f) must be < rvdw (%f)",
2808                       fr->rvdw_switch, fr->rvdw);
2809         }
2810         if (fp)
2811         {
2812             fprintf(fp, "Using %s Lennard-Jones, switch between %g and %g nm\n",
2813                     (fr->eeltype == eelSWITCH) ? "switched" : "shifted",
2814                     fr->rvdw_switch, fr->rvdw);
2815         }
2816     }
2817
2818     if (fr->bBHAM && EVDW_PME(fr->vdwtype))
2819     {
2820         gmx_fatal(FARGS, "LJ PME not supported with Buckingham");
2821     }
2822
2823     if (fr->bBHAM && (fr->vdwtype == evdwSHIFT || fr->vdwtype == evdwSWITCH))
2824     {
2825         gmx_fatal(FARGS, "Switch/shift interaction not supported with Buckingham");
2826     }
2827
2828     if (fr->bBHAM && fr->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
2829     {
2830         gmx_fatal(FARGS, "Verlet cutoff-scheme is not supported with Buckingham");
2831     }
2832
2833     if (fp)
2834     {
2835         fprintf(fp, "Cut-off's:   NS: %g   Coulomb: %g   %s: %g\n",
2836                 fr->rlist, fr->rcoulomb, fr->bBHAM ? "BHAM" : "LJ", fr->rvdw);
2837     }
2838
2839     fr->eDispCorr = ir->eDispCorr;
2840     fr->numAtomsForDispersionCorrection = mtop->natoms;
2841     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
2842     {
2843         set_avcsixtwelve(fp, fr, mtop);
2844     }
2845
2846     if (fr->bBHAM)
2847     {
2848         set_bham_b_max(fp, fr, mtop);
2849     }
2850
2851     fr->gb_epsilon_solvent = ir->gb_epsilon_solvent;
2852
2853     /* Copy the GBSA data (radius, volume and surftens for each
2854      * atomtype) from the topology atomtype section to forcerec.
2855      */
2856     snew(fr->atype_radius, fr->ntype);
2857     snew(fr->atype_vol, fr->ntype);
2858     snew(fr->atype_surftens, fr->ntype);
2859     snew(fr->atype_gb_radius, fr->ntype);
2860     snew(fr->atype_S_hct, fr->ntype);
2861
2862     if (mtop->atomtypes.nr > 0)
2863     {
2864         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2865         {
2866             fr->atype_radius[i] = mtop->atomtypes.radius[i];
2867         }
2868         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2869         {
2870             fr->atype_vol[i] = mtop->atomtypes.vol[i];
2871         }
2872         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2873         {
2874             fr->atype_surftens[i] = mtop->atomtypes.surftens[i];
2875         }
2876         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2877         {
2878             fr->atype_gb_radius[i] = mtop->atomtypes.gb_radius[i];
2879         }
2880         for (i = 0; i < fr->ntype; i++)
2881         {
2882             fr->atype_S_hct[i] = mtop->atomtypes.S_hct[i];
2883         }
2884     }
2885
2886     /* Generate the GB table if needed */
2887     if (fr->bGB)
2888     {
2889 #if GMX_DOUBLE
2890         fr->gbtabscale = 2000;
2891 #else
2892         fr->gbtabscale = 500;
2893 #endif
2894
2895         fr->gbtabr = 100;
2896         fr->gbtab  = make_gb_table(fr);
2897
2898         init_gb(&fr->born, fr, ir, mtop, ir->gb_algorithm);
2899
2900         /* Copy local gb data (for dd, this is done in dd_partition_system) */
2901         if (!DOMAINDECOMP(cr))
2902         {
2903             make_local_gb(cr, fr->born, ir->gb_algorithm);
2904         }
2905     }
2906
2907     /* Set the charge scaling */
2908     if (fr->epsilon_r != 0)
2909     {
2910         fr->epsfac = ONE_4PI_EPS0/fr->epsilon_r;
2911     }
2912     else
2913     {
2914         /* eps = 0 is infinite dieletric: no coulomb interactions */
2915         fr->epsfac = 0;
2916     }
2917
2918     /* Reaction field constants */
2919     if (EEL_RF(fr->eeltype))
2920     {
2921         calc_rffac(fp, fr->eeltype, fr->epsilon_r, fr->epsilon_rf,
2922                    fr->rcoulomb, fr->temp, fr->zsquare, box,
2923                    &fr->kappa, &fr->k_rf, &fr->c_rf);
2924     }
2925
2926     /*This now calculates sum for q and c6*/
2927     set_chargesum(fp, fr, mtop);
2928
2929     /* Construct tables for the group scheme. A little unnecessary to
2930      * make both vdw and coul tables sometimes, but what the
2931      * heck. Note that both cutoff schemes construct Ewald tables in
2932      * init_interaction_const_tables. */
2933     needGroupSchemeTables = (ir->cutoff_scheme == ecutsGROUP &&
2934                              (fr->bcoultab || fr->bvdwtab));
2935
2936     negp_pp   = ir->opts.ngener - ir->nwall;
2937     negptable = 0;
2938     if (!needGroupSchemeTables)
2939     {
2940         bSomeNormalNbListsAreInUse = TRUE;
2941         fr->nnblists               = 1;
2942     }
2943     else
2944     {
2945         bSomeNormalNbListsAreInUse = FALSE;
2946         for (egi = 0; egi < negp_pp; egi++)
2947         {
2948             for (egj = egi; egj < negp_pp; egj++)
2949             {
2950                 egp_flags = ir->opts.egp_flags[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)];
2951                 if (!(egp_flags & EGP_EXCL))
2952                 {
2953                     if (egp_flags & EGP_TABLE)
2954                     {
2955                         negptable++;
2956                     }
2957                     else
2958                     {
2959                         bSomeNormalNbListsAreInUse = TRUE;
2960                     }
2961                 }
2962             }
2963         }
2964         if (bSomeNormalNbListsAreInUse)
2965         {
2966             fr->nnblists = negptable + 1;
2967         }
2968         else
2969         {
2970             fr->nnblists = negptable;
2971         }
2972         if (fr->nnblists > 1)
2973         {
2974             snew(fr->gid2nblists, ir->opts.ngener*ir->opts.ngener);
2975         }
2976     }
2977
2978     snew(fr->nblists, fr->nnblists);
2979
2980     /* This code automatically gives table length tabext without cut-off's,
2981      * in that case grompp should already have checked that we do not need
2982      * normal tables and we only generate tables for 1-4 interactions.
2983      */
2984     rtab = ir->rlist + ir->tabext;
2985
2986     if (needGroupSchemeTables)
2987     {
2988         /* make tables for ordinary interactions */
2989         if (bSomeNormalNbListsAreInUse)
2990         {
2991             make_nbf_tables(fp, fr, rtab, tabfn, NULL, NULL, &fr->nblists[0]);
2992             m = 1;
2993         }
2994         else
2995         {
2996             m = 0;
2997         }
2998         if (negptable > 0)
2999         {
3000             /* Read the special tables for certain energy group pairs */
3001             nm_ind = mtop->groups.grps[egcENER].nm_ind;
3002             for (egi = 0; egi < negp_pp; egi++)
3003             {
3004                 for (egj = egi; egj < negp_pp; egj++)
3005                 {
3006                     egp_flags = ir->opts.egp_flags[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)];
3007                     if ((egp_flags & EGP_TABLE) && !(egp_flags & EGP_EXCL))
3008                     {
3009                         if (fr->nnblists > 1)
3010                         {
3011                             fr->gid2nblists[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)] = m;
3012                         }
3013                         /* Read the table file with the two energy groups names appended */
3014                         make_nbf_tables(fp, fr, rtab, tabfn,
3015                                         *mtop->groups.grpname[nm_ind[egi]],
3016                                         *mtop->groups.grpname[nm_ind[egj]],
3017                                         &fr->nblists[m]);
3018                         m++;
3019                     }
3020                     else if (fr->nnblists > 1)
3021                     {
3022                         fr->gid2nblists[GID(egi, egj, ir->opts.ngener)] = 0;
3023                     }
3024                 }
3025             }
3026         }
3027     }
3028
3029     /* Tables might not be used for the potential modifier
3030      * interactions per se, but we still need them to evaluate
3031      * switch/shift dispersion corrections in this case. */
3032     if (fr->eDispCorr != edispcNO)
3033     {
3034         fr->dispersionCorrectionTable = makeDispersionCorrectionTable(fp, fr, rtab, tabfn);
3035     }
3036
3037     /* We want to use unmodified tables for 1-4 coulombic
3038      * interactions, so we must in general have an extra set of
3039      * tables. */
3040     if (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJ14) > 0 ||
3041         gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC14_Q) > 0 ||
3042         gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC_PAIRS_NB) > 0)
3043     {
3044         fr->pairsTable = make_tables(fp, fr, tabpfn, rtab,
3045                                      GMX_MAKETABLES_14ONLY);
3046     }
3047
3048     /* Wall stuff */
3049     fr->nwall = ir->nwall;
3050     if (ir->nwall && ir->wall_type == ewtTABLE)
3051     {
3052         make_wall_tables(fp, ir, tabfn, &mtop->groups, fr);
3053     }
3054
3055     if (fcd && tabbfn)
3056     {
3057         fcd->bondtab  = make_bonded_tables(fp,
3058                                            F_TABBONDS, F_TABBONDSNC,
3059                                            mtop, tabbfn, "b");
3060         fcd->angletab = make_bonded_tables(fp,
3061                                            F_TABANGLES, -1,
3062                                            mtop, tabbfn, "a");
3063         fcd->dihtab   = make_bonded_tables(fp,
3064                                            F_TABDIHS, -1,
3065                                            mtop, tabbfn, "d");
3066     }
3067     else
3068     {
3069         if (debug)
3070         {
3071             fprintf(debug, "No fcdata or table file name passed, can not read table, can not do bonded interactions\n");
3072         }
3073     }
3074
3075     /* QM/MM initialization if requested
3076      */
3077     if (ir->bQMMM)
3078     {
3079         fprintf(stderr, "QM/MM calculation requested.\n");
3080     }
3081
3082     fr->bQMMM      = ir->bQMMM;
3083     fr->qr         = mk_QMMMrec();
3084
3085     /* Set all the static charge group info */
3086     fr->cginfo_mb = init_cginfo_mb(fp, mtop, fr, bNoSolvOpt,
3087                                    &bFEP_NonBonded,
3088                                    &fr->bExcl_IntraCGAll_InterCGNone);
3089     if (DOMAINDECOMP(cr))
3090     {
3091         fr->cginfo = NULL;
3092     }
3093     else
3094     {
3095         fr->cginfo = cginfo_expand(mtop->nmolblock, fr->cginfo_mb);
3096     }
3097
3098     if (!DOMAINDECOMP(cr))
3099     {
3100         forcerec_set_ranges(fr, ncg_mtop(mtop), ncg_mtop(mtop),
3101                             mtop->natoms, mtop->natoms, mtop->natoms);
3102     }
3103
3104     fr->print_force = print_force;
3105
3106
3107     /* coarse load balancing vars */
3108     fr->t_fnbf    = 0.;
3109     fr->t_wait    = 0.;
3110     fr->timesteps = 0;
3111
3112     /* Initialize neighbor search */
3113     snew(fr->ns, 1);
3114     init_ns(fp, cr, fr->ns, fr, mtop);
3115
3116     if (cr->duty & DUTY_PP)
3117     {
3118         gmx_nonbonded_setup(fr, bGenericKernelOnly);
3119     }
3120
3121     /* Initialize the thread working data for bonded interactions */
3122     init_bonded_threading(fp, mtop->groups.grps[egcENER].nr,
3123                           &fr->bonded_threading);
3124
3125     fr->nthread_ewc = gmx_omp_nthreads_get(emntBonded);
3126     snew(fr->ewc_t, fr->nthread_ewc);
3127     snew(fr->excl_load, fr->nthread_ewc + 1);
3128
3129     /* fr->ic is used both by verlet and group kernels (to some extent) now */
3130     init_interaction_const(fp, &fr->ic, fr);
3131     init_interaction_const_tables(fp, fr->ic, rtab);
3132
3133     if (fr->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
3134     {
3135         // We checked the cut-offs in grompp, but double-check here.
3136         // We have PME+LJcutoff kernels for rcoulomb>rvdw.
3137         if (EEL_PME_EWALD(ir->coulombtype) && ir->vdwtype == eelCUT)
3138         {
3139             GMX_RELEASE_ASSERT(ir->rcoulomb >= ir->rvdw, "With Verlet lists and PME we should have rcoulomb>=rvdw");
3140         }
3141         else
3142         {
3143             GMX_RELEASE_ASSERT(ir->rcoulomb == ir->rvdw, "With Verlet lists and no PME rcoulomb and rvdw should be identical");
3144         }
3145
3146         init_nb_verlet(fp, &fr->nbv, bFEP_NonBonded, ir, fr, cr, nbpu_opt);
3147     }
3148
3149     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
3150     {
3151         calc_enervirdiff(fp, ir->eDispCorr, fr);
3152     }
3153 }
3154
3155 #define pr_real(fp, r) fprintf(fp, "%s: %e\n",#r, r)
3156 #define pr_int(fp, i)  fprintf((fp), "%s: %d\n",#i, i)
3157 #define pr_bool(fp, b) fprintf((fp), "%s: %s\n",#b, gmx::boolToString(b))
3158
3159 void pr_forcerec(FILE *fp, t_forcerec *fr)
3160 {
3161     int i;
3162
3163     pr_real(fp, fr->rlist);
3164     pr_real(fp, fr->rcoulomb);
3165     pr_real(fp, fr->fudgeQQ);
3166     pr_bool(fp, fr->bGrid);
3167     /*pr_int(fp,fr->cg0);
3168        pr_int(fp,fr->hcg);*/
3169     for (i = 0; i < fr->nnblists; i++)
3170     {
3171         pr_int(fp, fr->nblists[i].table_elec_vdw->n);
3172     }
3173     pr_real(fp, fr->rcoulomb_switch);
3174     pr_real(fp, fr->rcoulomb);
3175
3176     fflush(fp);
3177 }
3178
3179 void forcerec_set_excl_load(t_forcerec           *fr,
3180                             const gmx_localtop_t *top)
3181 {
3182     const int *ind, *a;
3183     int        t, i, j, ntot, n, ntarget;
3184
3185     ind = top->excls.index;
3186     a   = top->excls.a;
3187
3188     ntot = 0;
3189     for (i = 0; i < top->excls.nr; i++)
3190     {
3191         for (j = ind[i]; j < ind[i+1]; j++)
3192         {
3193             if (a[j] > i)
3194             {
3195                 ntot++;
3196             }
3197         }
3198     }
3199
3200     fr->excl_load[0] = 0;
3201     n                = 0;
3202     i                = 0;
3203     for (t = 1; t <= fr->nthread_ewc; t++)
3204     {
3205         ntarget = (ntot*t)/fr->nthread_ewc;
3206         while (i < top->excls.nr && n < ntarget)
3207         {
3208             for (j = ind[i]; j < ind[i+1]; j++)
3209             {
3210                 if (a[j] > i)
3211                 {
3212                     n++;
3213                 }
3214             }
3215             i++;
3216         }
3217         fr->excl_load[t] = i;
3218     }
3219 }
3220
3221 /* Frees GPU memory and destroys the GPU context.
3222  *
3223  * Note that this function needs to be called even if GPUs are not used
3224  * in this run because the PME ranks have no knowledge of whether GPUs
3225  * are used or not, but all ranks need to enter the barrier below.
3226  */
3227 void free_gpu_resources(const t_forcerec     *fr,
3228                         const t_commrec      *cr,
3229                         const gmx_gpu_info_t *gpu_info,
3230                         const gmx_gpu_opt_t  *gpu_opt)
3231 {
3232     gmx_bool bIsPPrankUsingGPU;
3233     char     gpu_err_str[STRLEN];
3234
3235     bIsPPrankUsingGPU = (cr->duty & DUTY_PP) && fr && fr->nbv && fr->nbv->bUseGPU;
3236
3237     if (bIsPPrankUsingGPU)
3238     {
3239         /* free nbnxn data in GPU memory */
3240         nbnxn_gpu_free(fr->nbv->gpu_nbv);
3241         /* stop the GPU profiler (only CUDA) */
3242         stopGpuProfiler();
3243
3244         /* With tMPI we need to wait for all ranks to finish deallocation before
3245          * destroying the CUDA context in free_gpu() as some tMPI ranks may be sharing
3246          * GPU and context.
3247          *
3248          * This is not a concern in OpenCL where we use one context per rank which
3249          * is freed in nbnxn_gpu_free().
3250          *
3251          * Note: as only PP ranks need to free GPU resources, so it is safe to
3252          * not call the barrier on PME ranks.
3253          */
3254 #if GMX_THREAD_MPI
3255         if (PAR(cr))
3256         {
3257             gmx_barrier(cr);
3258         }
3259 #endif  /* GMX_THREAD_MPI */
3260
3261         /* uninitialize GPU (by destroying the context) */
3262         if (!free_cuda_gpu(cr->rank_pp_intranode, gpu_err_str, gpu_info, gpu_opt))
3263         {
3264             gmx_warning("On rank %d failed to free GPU #%d: %s",
3265                         cr->nodeid, get_current_cuda_gpu_device_id(), gpu_err_str);
3266         }
3267     }
3268 }