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) 2013-2019,2020, 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 <cassert>
  44 #include <cmath>
  45 #include <cstdlib>
  46 #include <cstring>
  47
  48 #include <algorithm>
  49 #include <memory>
  50
  51 #include "gromacs/commandline/filenm.h"
  52 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  53 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  54 #include "gromacs/ewald/ewald.h"
  55 #include "gromacs/ewald/ewald_utils.h"
  56 #include "gromacs/ewald/pme_pp_comm_gpu.h"
  57 #include "gromacs/fileio/filetypes.h"
  58 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  59 #include "gromacs/gmxlib/nonbonded/nonbonded.h"
  60 #include "gromacs/gpu_utils/gpu_utils.h"
  61 #include "gromacs/hardware/hw_info.h"
  62 #include "gromacs/listed_forces/gpubonded.h"
  63 #include "gromacs/listed_forces/listed_forces.h"
  64 #include "gromacs/listed_forces/pairs.h"
  65 #include "gromacs/math/functions.h"
  66 #include "gromacs/math/units.h"
  67 #include "gromacs/math/utilities.h"
  68 #include "gromacs/math/vec.h"
  69 #include "gromacs/mdlib/dispersioncorrection.h"
  70 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  71 #include "gromacs/mdlib/forcerec_threading.h"
  72 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  73 #include "gromacs/mdlib/md_support.h"
  74 #include "gromacs/mdlib/rf_util.h"
  75 #include "gromacs/mdlib/wall.h"
  76 #include "gromacs/mdlib/wholemoleculetransform.h"
  77 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  78 #include "gromacs/mdtypes/fcdata.h"
  79 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
  80 #include "gromacs/mdtypes/group.h"
  81 #include "gromacs/mdtypes/iforceprovider.h"
  82 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  83 #include "gromacs/mdtypes/interaction_const.h"
  84 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  85 #include "gromacs/mdtypes/multipletimestepping.h"
  86 #include "gromacs/nbnxm/nbnxm.h"
  87 #include "gromacs/pbcutil/ishift.h"
  88 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  89 #include "gromacs/tables/forcetable.h"
  90 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  91 #include "gromacs/trajectory/trajectoryframe.h"
  92 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  93 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  94 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  95 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  96 #include "gromacs/utility/logger.h"
  97 #include "gromacs/utility/physicalnodecommunicator.h"
  98 #include "gromacs/utility/pleasecite.h"
  99 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
 100 #include "gromacs/utility/strconvert.h"
 101
 102 #include "gpuforcereduction.h"
 103
 104 ForceHelperBuffers::ForceHelperBuffers(bool haveDirectVirialContributions) :
 105     haveDirectVirialContributions_(haveDirectVirialContributions)
 106 {
 107     shiftForces_.resize(SHIFTS);
 108 }
 109
 110 void ForceHelperBuffers::resize(int numAtoms)
 111 {
 112     if (haveDirectVirialContributions_)
 113     {
 114         forceBufferForDirectVirialContributions_.resize(numAtoms);
 115     }
 116 }
 117
 118 static std::vector<real> mk_nbfp(const gmx_ffparams_t* idef, gmx_bool bBHAM)
 119 {
 120     std::vector<real> nbfp;
 121     int               atnr;
 122
 123     atnr = idef->atnr;
 124     if (bBHAM)
 125     {
 126         nbfp.resize(3 * atnr * atnr);
 127         int k = 0;
 128         for (int i = 0; (i < atnr); i++)
 129         {
 130             for (int j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 131             {
 132                 BHAMA(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.a;
 133                 BHAMB(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.b;
 134                 /* nbfp now includes the 6.0 derivative prefactor */
 135                 BHAMC(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].bham.c * 6.0;
 136             }
 137         }
 138     }
 139     else
 140     {
 141         nbfp.resize(2 * atnr * atnr);
 142         int k = 0;
 143         for (int i = 0; (i < atnr); i++)
 144         {
 145             for (int j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 146             {
 147                 /* nbfp now includes the 6.0/12.0 derivative prefactors */
 148                 C6(nbfp, atnr, i, j)  = idef->iparams[k].lj.c6 * 6.0;
 149                 C12(nbfp, atnr, i, j) = idef->iparams[k].lj.c12 * 12.0;
 150             }
 151         }
 152     }
 153
 154     return nbfp;
 155 }
 156
 157 static real* make_ljpme_c6grid(const gmx_ffparams_t* idef, t_forcerec* fr)
 158 {
 159     int   i, j, k, atnr;
 160     real  c6, c6i, c6j, c12i, c12j, epsi, epsj, sigmai, sigmaj;
 161     real* grid;
 162
 163     /* For LJ-PME simulations, we correct the energies with the reciprocal space
 164      * inside of the cut-off. To do this the non-bonded kernels needs to have
 165      * access to the C6-values used on the reciprocal grid in pme.c
 166      */
 167
 168     atnr = idef->atnr;
 169     snew(grid, 2 * atnr * atnr);
 170     for (i = k = 0; (i < atnr); i++)
 171     {
 172         for (j = 0; (j < atnr); j++, k++)
 173         {
 174             c6i  = idef->iparams[i * (atnr + 1)].lj.c6;
 175             c12i = idef->iparams[i * (atnr + 1)].lj.c12;
 176             c6j  = idef->iparams[j * (atnr + 1)].lj.c6;
 177             c12j = idef->iparams[j * (atnr + 1)].lj.c12;
 178             c6   = std::sqrt(c6i * c6j);
 179             if (fr->ljpme_combination_rule == eljpmeLB && !gmx_numzero(c6) && !gmx_numzero(c12i)
 180                 && !gmx_numzero(c12j))
 181             {
 182                 sigmai = gmx::sixthroot(c12i / c6i);
 183                 sigmaj = gmx::sixthroot(c12j / c6j);
 184                 epsi   = c6i * c6i / c12i;
 185                 epsj   = c6j * c6j / c12j;
 186                 c6     = std::sqrt(epsi * epsj) * gmx::power6(0.5 * (sigmai + sigmaj));
 187             }
 188             /* Store the elements at the same relative positions as C6 in nbfp in order
 189              * to simplify access in the kernels
 190              */
 191             grid[2 * (atnr * i + j)] = c6 * 6.0;
 192         }
 193     }
 194     return grid;
 195 }
 196
 197 enum
 198 {
 199     acNONE = 0,
 200     acCONSTRAINT,
 201     acSETTLE
 202 };
 203
 204 static std::vector<cginfo_mb_t> init_cginfo_mb(const gmx_mtop_t* mtop, const t_forcerec* fr)
 205 {
 206     gmx_bool* type_VDW;
 207     int*      a_con;
 208
 209     snew(type_VDW, fr->ntype);
 210     for (int ai = 0; ai < fr->ntype; ai++)
 211     {
 212         type_VDW[ai] = FALSE;
 213         for (int j = 0; j < fr->ntype; j++)
 214         {
 215             type_VDW[ai] = type_VDW[ai] || fr->bBHAM || C6(fr->nbfp, fr->ntype, ai, j) != 0
 216                            || C12(fr->nbfp, fr->ntype, ai, j) != 0;
 217         }
 218     }
 219
 220     std::vector<cginfo_mb_t> cginfoPerMolblock;
 221     int                      a_offset = 0;
 222     for (size_t mb = 0; mb < mtop->molblock.size(); mb++)
 223     {
 224         const gmx_molblock_t& molb = mtop->molblock[mb];
 225         const gmx_moltype_t&  molt = mtop->moltype[molb.type];
 226         const auto&           excl = molt.excls;
 227
 228         /* Check if the cginfo is identical for all molecules in this block.
 229          * If so, we only need an array of the size of one molecule.
 230          * Otherwise we make an array of #mol times #cgs per molecule.
 231          */
 232         gmx_bool bId = TRUE;
 233         for (int m = 0; m < molb.nmol; m++)
 234         {
 235             const int am = m * molt.atoms.nr;
 236             for (int a = 0; a < molt.atoms.nr; a++)
 237             {
 238                 if (getGroupType(mtop->groups, SimulationAtomGroupType::QuantumMechanics, a_offset + am + a)
 239                     != getGroupType(mtop->groups, SimulationAtomGroupType::QuantumMechanics, a_offset + a))
 240                 {
 241                     bId = FALSE;
 242                 }
 243                 if (!mtop->groups.groupNumbers[SimulationAtomGroupType::QuantumMechanics].empty())
 244                 {
 245                     if (mtop->groups.groupNumbers[SimulationAtomGroupType::QuantumMechanics][a_offset + am + a]
 246                         != mtop->groups.groupNumbers[SimulationAtomGroupType::QuantumMechanics][a_offset + a])
 247                     {
 248                         bId = FALSE;
 249                     }
 250                 }
 251             }
 252         }
 253
 254         cginfo_mb_t cginfo_mb;
 255         cginfo_mb.cg_start = a_offset;
 256         cginfo_mb.cg_end   = a_offset + molb.nmol * molt.atoms.nr;
 257         cginfo_mb.cg_mod   = (bId ? 1 : molb.nmol) * molt.atoms.nr;
 258         cginfo_mb.cginfo.resize(cginfo_mb.cg_mod);
 259         gmx::ArrayRef<int> cginfo = cginfo_mb.cginfo;
 260
 261         /* Set constraints flags for constrained atoms */
 262         snew(a_con, molt.atoms.nr);
 263         for (int ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
 264         {
 265             if (interaction_function[ftype].flags & IF_CONSTRAINT)
 266             {
 267                 const int nral = NRAL(ftype);
 268                 for (int ia = 0; ia < molt.ilist[ftype].size(); ia += 1 + nral)
 269                 {
 270                     int a;
 271
 272                     for (a = 0; a < nral; a++)
 273                     {
 274                         a_con[molt.ilist[ftype].iatoms[ia + 1 + a]] =
 275                                 (ftype == F_SETTLE ? acSETTLE : acCONSTRAINT);
 276                     }
 277                 }
 278             }
 279         }
 280
 281         for (int m = 0; m < (bId ? 1 : molb.nmol); m++)
 282         {
 283             const int molculeOffsetInBlock = m * molt.atoms.nr;
 284             for (int a = 0; a < molt.atoms.nr; a++)
 285             {
 286                 const t_atom& atom     = molt.atoms.atom[a];
 287                 int&          atomInfo = cginfo[molculeOffsetInBlock + a];
 288
 289                 /* Store the energy group in cginfo */
 290                 int gid = getGroupType(mtop->groups,
 291                                        SimulationAtomGroupType::EnergyOutput,
 292                                        a_offset + molculeOffsetInBlock + a);
 293                 SET_CGINFO_GID(atomInfo, gid);
 294
 295                 bool bHaveVDW = (type_VDW[atom.type] || type_VDW[atom.typeB]);
 296                 bool bHaveQ   = (atom.q != 0 || atom.qB != 0);
 297
 298                 bool haveExclusions = false;
 299                 /* Loop over all the exclusions of atom ai */
 300                 for (const int j : excl[a])
 301                 {
 302                     if (j != a)
 303                     {
 304                         haveExclusions = true;
 305                         break;
 306                     }
 307                 }
 308
 309                 switch (a_con[a])
 310                 {
 311                     case acCONSTRAINT: SET_CGINFO_CONSTR(atomInfo); break;
 312                     case acSETTLE: SET_CGINFO_SETTLE(atomInfo); break;
 313                     default: break;
 314                 }
 315                 if (haveExclusions)
 316                 {
 317                     SET_CGINFO_EXCL_INTER(atomInfo);
 318                 }
 319                 if (bHaveVDW)
 320                 {
 321                     SET_CGINFO_HAS_VDW(atomInfo);
 322                 }
 323                 if (bHaveQ)
 324                 {
 325                     SET_CGINFO_HAS_Q(atomInfo);
 326                 }
 327                 if (fr->efep != efepNO && PERTURBED(atom))
 328                 {
 329                     SET_CGINFO_FEP(atomInfo);
 330                 }
 331             }
 332         }
 333
 334         sfree(a_con);
 335
 336         cginfoPerMolblock.push_back(cginfo_mb);
 337
 338         a_offset += molb.nmol * molt.atoms.nr;
 339     }
 340     sfree(type_VDW);
 341
 342     return cginfoPerMolblock;
 343 }
 344
 345 static std::vector<int> cginfo_expand(const int nmb, gmx::ArrayRef<const cginfo_mb_t> cgi_mb)
 346 {
 347     const int ncg = cgi_mb[nmb - 1].cg_end;
 348
 349     std::vector<int> cginfo(ncg);
 350
 351     int mb = 0;
 352     for (int cg = 0; cg < ncg; cg++)
 353     {
 354         while (cg >= cgi_mb[mb].cg_end)
 355         {
 356             mb++;
 357         }
 358         cginfo[cg] = cgi_mb[mb].cginfo[(cg - cgi_mb[mb].cg_start) % cgi_mb[mb].cg_mod];
 359     }
 360
 361     return cginfo;
 362 }
 363
 364 /* Sets the sum of charges (squared) and C6 in the system in fr.
 365  * Returns whether the system has a net charge.
 366  */
 367 static bool set_chargesum(FILE* log, t_forcerec* fr, const gmx_mtop_t* mtop)
 368 {
 369     /*This now calculates sum for q and c6*/
 370     double qsum, q2sum, q, c6sum, c6;
 371
 372     qsum  = 0;
 373     q2sum = 0;
 374     c6sum = 0;
 375     for (const gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
 376     {
 377         int            nmol  = molb.nmol;
 378         const t_atoms* atoms = &mtop->moltype[molb.type].atoms;
 379         for (int i = 0; i < atoms->nr; i++)
 380         {
 381             q = atoms->atom[i].q;
 382             qsum += nmol * q;
 383             q2sum += nmol * q * q;
 384             c6 = mtop->ffparams.iparams[atoms->atom[i].type * (mtop->ffparams.atnr + 1)].lj.c6;
 385             c6sum += nmol * c6;
 386         }
 387     }
 388     fr->qsum[0]  = qsum;
 389     fr->q2sum[0] = q2sum;
 390     fr->c6sum[0] = c6sum;
 391
 392     if (fr->efep != efepNO)
 393     {
 394         qsum  = 0;
 395         q2sum = 0;
 396         c6sum = 0;
 397         for (const gmx_molblock_t& molb : mtop->molblock)
 398         {
 399             int            nmol  = molb.nmol;
 400             const t_atoms* atoms = &mtop->moltype[molb.type].atoms;
 401             for (int i = 0; i < atoms->nr; i++)
 402             {
 403                 q = atoms->atom[i].qB;
 404                 qsum += nmol * q;
 405                 q2sum += nmol * q * q;
 406                 c6 = mtop->ffparams.iparams[atoms->atom[i].typeB * (mtop->ffparams.atnr + 1)].lj.c6;
 407                 c6sum += nmol * c6;
 408             }
 409             fr->qsum[1]  = qsum;
 410             fr->q2sum[1] = q2sum;
 411             fr->c6sum[1] = c6sum;
 412         }
 413     }
 414     else
 415     {
 416         fr->qsum[1]  = fr->qsum[0];
 417         fr->q2sum[1] = fr->q2sum[0];
 418         fr->c6sum[1] = fr->c6sum[0];
 419     }
 420     if (log)
 421     {
 422         if (fr->efep == efepNO)
 423         {
 424             fprintf(log, "System total charge: %.3f\n", fr->qsum[0]);
 425         }
 426         else
 427         {
 428             fprintf(log, "System total charge, top. A: %.3f top. B: %.3f\n", fr->qsum[0], fr->qsum[1]);
 429         }
 430     }
 431
 432     /* A cut-off of 1e-4 is used to catch rounding errors due to ascii input */
 433     return (std::abs(fr->qsum[0]) > 1e-4 || std::abs(fr->qsum[1]) > 1e-4);
 434 }
 435
 436 static real calcBuckinghamBMax(FILE* fplog, const gmx_mtop_t* mtop)
 437 {
 438     const t_atoms *at1, *at2;
 439     int            i, j, tpi, tpj, ntypes;
 440     real           b, bmin;
 441
 442     if (fplog)
 443     {
 444         fprintf(fplog, "Determining largest Buckingham b parameter for table\n");
 445     }
 446     ntypes = mtop->ffparams.atnr;
 447
 448     bmin            = -1;
 449     real bham_b_max = 0;
 450     for (size_t mt1 = 0; mt1 < mtop->moltype.size(); mt1++)
 451     {
 452         at1 = &mtop->moltype[mt1].atoms;
 453         for (i = 0; (i < at1->nr); i++)
 454         {
 455             tpi = at1->atom[i].type;
 456             if (tpi >= ntypes)
 457             {
 458                 gmx_fatal(FARGS, "Atomtype[%d] = %d, maximum = %d", i, tpi, ntypes);
 459             }
 460
 461             for (size_t mt2 = mt1; mt2 < mtop->moltype.size(); mt2++)
 462             {
 463                 at2 = &mtop->moltype[mt2].atoms;
 464                 for (j = 0; (j < at2->nr); j++)
 465                 {
 466                     tpj = at2->atom[j].type;
 467                     if (tpj >= ntypes)
 468                     {
 469                         gmx_fatal(FARGS, "Atomtype[%d] = %d, maximum = %d", j, tpj, ntypes);
 470                     }
 471                     b = mtop->ffparams.iparams[tpi * ntypes + tpj].bham.b;
 472                     if (b > bham_b_max)
 473                     {
 474                         bham_b_max = b;
 475                     }
 476                     if ((b < bmin) || (bmin == -1))
 477                     {
 478                         bmin = b;
 479                     }
 480                 }
 481             }
 482         }
 483     }
 484     if (fplog)
 485     {
 486         fprintf(fplog, "Buckingham b parameters, min: %g, max: %g\n", bmin, bham_b_max);
 487     }
 488
 489     return bham_b_max;
 490 }
 491
 492 /*!\brief If there's bonded interactions of type \c ftype1 or \c
 493  * ftype2 present in the topology, build an array of the number of
 494  * interactions present for each bonded interaction index found in the
 495  * topology.
 496  *
 497  * \c ftype1 or \c ftype2 may be set to -1 to disable seeking for a
 498  * valid type with that parameter.
 499  *
 500  * \c count will be reallocated as necessary to fit the largest bonded
 501  * interaction index found, and its current size will be returned in
 502  * \c ncount. It will contain zero for every bonded interaction index
 503  * for which no interactions are present in the topology.
 504  */
 505 static void count_tables(int ftype1, int ftype2, const gmx_mtop_t* mtop, int* ncount, int** count)
 506 {
 507     int ftype, i, j, tabnr;
 508
 509     // Loop over all moleculetypes
 510     for (const gmx_moltype_t& molt : mtop->moltype)
 511     {
 512         // Loop over all interaction types
 513         for (ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
 514         {
 515             // If the current interaction type is one of the types whose tables we're trying to count...
 516             if (ftype == ftype1 || ftype == ftype2)
 517             {
 518                 const InteractionList& il     = molt.ilist[ftype];
 519                 const int              stride = 1 + NRAL(ftype);
 520                 // ... and there are actually some interactions for this type
 521                 for (i = 0; i < il.size(); i += stride)
 522                 {
 523                     // Find out which table index the user wanted
 524                     tabnr = mtop->ffparams.iparams[il.iatoms[i]].tab.table;
 525                     if (tabnr < 0)
 526                     {
 527                         gmx_fatal(FARGS, "A bonded table number is smaller than 0: %d\n", tabnr);
 528                     }
 529                     // Make room for this index in the data structure
 530                     if (tabnr >= *ncount)
 531                     {
 532                         srenew(*count, tabnr + 1);
 533                         for (j = *ncount; j < tabnr + 1; j++)
 534                         {
 535                             (*count)[j] = 0;
 536                         }
 537                         *ncount = tabnr + 1;
 538                     }
 539                     // Record that this table index is used and must have a valid file
 540                     (*count)[tabnr]++;
 541                 }
 542             }
 543         }
 544     }
 545 }
 546
 547 /*!\brief If there's bonded interactions of flavour \c tabext and type
 548  * \c ftype1 or \c ftype2 present in the topology, seek them in the
 549  * list of filenames passed to mdrun, and make bonded tables from
 550  * those files.
 551  *
 552  * \c ftype1 or \c ftype2 may be set to -1 to disable seeking for a
 553  * valid type with that parameter.
 554  *
 555  * A fatal error occurs if no matching filename is found.
 556  */
 557 static std::vector<bondedtable_t> make_bonded_tables(FILE*                            fplog,
 558                                                      int                              ftype1,
 559                                                      int                              ftype2,
 560                                                      const gmx_mtop_t*                mtop,
 561                                                      gmx::ArrayRef<const std::string> tabbfnm,
 562                                                      const char*                      tabext)
 563 {
 564     std::vector<bondedtable_t> tab;
 565
 566     int  ncount = 0;
 567     int* count  = nullptr;
 568     count_tables(ftype1, ftype2, mtop, &ncount, &count);
 569
 570     // Are there any relevant tabulated bond interactions?
 571     if (ncount > 0)
 572     {
 573         tab.resize(ncount);
 574         for (int i = 0; i < ncount; i++)
 575         {
 576             // Do any interactions exist that requires this table?
 577             if (count[i] > 0)
 578             {
 579                 // This pattern enforces the current requirement that
 580                 // table filenames end in a characteristic sequence
 581                 // before the file type extension, and avoids table 13
 582                 // being recognized and used for table 1.
 583                 std::string patternToFind = gmx::formatString("_%s%d.%s", tabext, i, ftp2ext(efXVG));
 584                 bool        madeTable     = false;
 585                 for (gmx::index j = 0; j < tabbfnm.ssize() && !madeTable; ++j)
 586                 {
 587                     if (gmx::endsWith(tabbfnm[j], patternToFind))
 588                     {
 589                         // Finally read the table from the file found
 590                         tab[i]    = make_bonded_table(fplog, tabbfnm[j].c_str(), NRAL(ftype1) - 2);
 591                         madeTable = true;
 592                     }
 593                 }
 594                 if (!madeTable)
 595                 {
 596                     bool isPlural = (ftype2 != -1);
 597                     gmx_fatal(FARGS,
 598                               "Tabulated interaction of type '%s%s%s' with index %d cannot be used "
 599                               "because no table file whose name matched '%s' was passed via the "
 600                               "gmx mdrun -tableb command-line option.",
 601                               interaction_function[ftype1].longname,
 602                               isPlural ? "' or '" : "",
 603                               isPlural ? interaction_function[ftype2].longname : "",
 604                               i,
 605                               patternToFind.c_str());
 606                 }
 607             }
 608         }
 609         sfree(count);
 610     }
 611
 612     return tab;
 613 }
 614
 615 void forcerec_set_ranges(t_forcerec* fr, int natoms_force, int natoms_force_constr, int natoms_f_novirsum)
 616 {
 617     fr->natoms_force        = natoms_force;
 618     fr->natoms_force_constr = natoms_force_constr;
 619
 620     for (auto& forceHelperBuffers : fr->forceHelperBuffers)
 621     {
 622         forceHelperBuffers.resize(natoms_f_novirsum);
 623     }
 624 }
 625
 626 static real cutoff_inf(real cutoff)
 627 {
 628     if (cutoff == 0)
 629     {
 630         cutoff = GMX_CUTOFF_INF;
 631     }
 632
 633     return cutoff;
 634 }
 635
 636 /*! \brief Print Coulomb Ewald citations and set ewald coefficients */
 637 static void initCoulombEwaldParameters(FILE*                fp,
 638                                        const t_inputrec*    ir,
 639                                        bool                 systemHasNetCharge,
 640                                        interaction_const_t* ic)
 641 {
 642     if (!EEL_PME_EWALD(ir->coulombtype))
 643     {
 644         return;
 645     }
 646
 647     if (fp)
 648     {
 649         fprintf(fp, "Will do PME sum in reciprocal space for electrostatic interactions.\n");
 650
 651         if (ir->coulombtype == eelP3M_AD)
 652         {
 653             please_cite(fp, "Hockney1988");
 654             please_cite(fp, "Ballenegger2012");
 655         }
 656         else
 657         {
 658             please_cite(fp, "Essmann95a");
 659         }
 660
 661         if (ir->ewald_geometry == eewg3DC)
 662         {
 663             if (fp)
 664             {
 665                 fprintf(fp,
 666                         "Using the Ewald3DC correction for systems with a slab geometry%s.\n",
 667                         systemHasNetCharge ? " and net charge" : "");
 668             }
 669             please_cite(fp, "In-Chul99a");
 670             if (systemHasNetCharge)
 671             {
 672                 please_cite(fp, "Ballenegger2009");
 673             }
 674         }
 675     }
 676
 677     ic->ewaldcoeff_q = calc_ewaldcoeff_q(ir->rcoulomb, ir->ewald_rtol);
 678     if (fp)
 679     {
 680         fprintf(fp, "Using a Gaussian width (1/beta) of %g nm for Ewald\n", 1 / ic->ewaldcoeff_q);
 681     }
 682
 683     if (ic->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
 684     {
 685         GMX_RELEASE_ASSERT(ic->rcoulomb != 0, "Cutoff radius cannot be zero");
 686         ic->sh_ewald = std::erfc(ic->ewaldcoeff_q * ic->rcoulomb) / ic->rcoulomb;
 687     }
 688     else
 689     {
 690         ic->sh_ewald = 0;
 691     }
 692 }
 693
 694 /*! \brief Print Van der Waals Ewald citations and set ewald coefficients */
 695 static void initVdwEwaldParameters(FILE* fp, const t_inputrec* ir, interaction_const_t* ic)
 696 {
 697     if (!EVDW_PME(ir->vdwtype))
 698     {
 699         return;
 700     }
 701
 702     if (fp)
 703     {
 704         fprintf(fp, "Will do PME sum in reciprocal space for LJ dispersion interactions.\n");
 705         please_cite(fp, "Essmann95a");
 706     }
 707     ic->ewaldcoeff_lj = calc_ewaldcoeff_lj(ir->rvdw, ir->ewald_rtol_lj);
 708     if (fp)
 709     {
 710         fprintf(fp, "Using a Gaussian width (1/beta) of %g nm for LJ Ewald\n", 1 / ic->ewaldcoeff_lj);
 711     }
 712
 713     if (ic->vdw_modifier == eintmodPOTSHIFT)
 714     {
 715         real crc2       = gmx::square(ic->ewaldcoeff_lj * ic->rvdw);
 716         ic->sh_lj_ewald = (std::exp(-crc2) * (1 + crc2 + 0.5 * crc2 * crc2) - 1) / gmx::power6(ic->rvdw);
 717     }
 718     else
 719     {
 720         ic->sh_lj_ewald = 0;
 721     }
 722 }
 723
 724 /* Generate Coulomb and/or Van der Waals Ewald long-range correction tables
 725  *
 726  * Tables are generated for one or both, depending on if the pointers
 727  * are non-null. The spacing for both table sets is the same and obeys
 728  * both accuracy requirements, when relevant.
 729  */
 730 static void init_ewald_f_table(const interaction_const_t& ic,
 731                                const real                 tableExtensionLength,
 732                                EwaldCorrectionTables*     coulombTables,
 733                                EwaldCorrectionTables*     vdwTables)
 734 {
 735     const bool useCoulombTable = (EEL_PME_EWALD(ic.eeltype) && coulombTables != nullptr);
 736     const bool useVdwTable     = (EVDW_PME(ic.vdwtype) && vdwTables != nullptr);
 737
 738     /* Get the Ewald table spacing based on Coulomb and/or LJ
 739      * Ewald coefficients and rtol.
 740      */
 741     const real tableScale = ewald_spline3_table_scale(ic, useCoulombTable, useVdwTable);
 742
 743     const bool havePerturbedNonbondeds = (ic.softCoreParameters != nullptr);
 744
 745     real tableLen = ic.rcoulomb;
 746     if (useCoulombTable && havePerturbedNonbondeds && tableExtensionLength > 0.0)
 747     {
 748         /* TODO: Ideally this should also check if couple-intramol == no, but that isn't
 749          * stored in ir. Grompp puts that info into an opts structure that doesn't make it into the tpr.
 750          * The alternative is to look through all the exclusions and check if they come from
 751          * couple-intramol == no. Meanwhile, always having larger tables should only affect
 752          * memory consumption, not speed (barring cache issues).
 753          */
 754         tableLen = ic.rcoulomb + tableExtensionLength;
 755     }
 756     const int tableSize = static_cast<int>(tableLen * tableScale) + 2;
 757
 758     if (useCoulombTable)
 759     {
 760         *coulombTables =
 761                 generateEwaldCorrectionTables(tableSize, tableScale, ic.ewaldcoeff_q, v_q_ewald_lr);
 762     }
 763
 764     if (useVdwTable)
 765     {
 766         *vdwTables = generateEwaldCorrectionTables(tableSize, tableScale, ic.ewaldcoeff_lj, v_lj_ewald_lr);
 767     }
 768 }
 769
 770 void init_interaction_const_tables(FILE* fp, interaction_const_t* ic, const real tableExtensionLength)
 771 {
 772     if (EEL_PME_EWALD(ic->eeltype) || EVDW_PME(ic->vdwtype))
 773     {
 774         init_ewald_f_table(
 775                 *ic, tableExtensionLength, ic->coulombEwaldTables.get(), ic->vdwEwaldTables.get());
 776         if (fp != nullptr)
 777         {
 778             fprintf(fp,
 779                     "Initialized non-bonded Ewald tables, spacing: %.2e size: %zu\n\n",
 780                     1 / ic->coulombEwaldTables->scale,
 781                     ic->coulombEwaldTables->tableF.size());
 782         }
 783     }
 784 }
 785
 786 static void clear_force_switch_constants(shift_consts_t* sc)
 787 {
 788     sc->c2   = 0;
 789     sc->c3   = 0;
 790     sc->cpot = 0;
 791 }
 792
 793 static void force_switch_constants(real p, real rsw, real rc, shift_consts_t* sc)
 794 {
 795     /* Here we determine the coefficient for shifting the force to zero
 796      * between distance rsw and the cut-off rc.
 797      * For a potential of r^-p, we have force p*r^-(p+1).
 798      * But to save flops we absorb p in the coefficient.
 799      * Thus we get:
 800      * force/p   = r^-(p+1) + c2*r^2 + c3*r^3
 801      * potential = r^-p + c2/3*r^3 + c3/4*r^4 + cpot
 802      */
 803     sc->c2   = ((p + 1) * rsw - (p + 4) * rc) / (pow(rc, p + 2) * gmx::square(rc - rsw));
 804     sc->c3   = -((p + 1) * rsw - (p + 3) * rc) / (pow(rc, p + 2) * gmx::power3(rc - rsw));
 805     sc->cpot = -pow(rc, -p) + p * sc->c2 / 3 * gmx::power3(rc - rsw)
 806                + p * sc->c3 / 4 * gmx::power4(rc - rsw);
 807 }
 808
 809 static void potential_switch_constants(real rsw, real rc, switch_consts_t* sc)
 810 {
 811     /* The switch function is 1 at rsw and 0 at rc.
 812      * The derivative and second derivate are zero at both ends.
 813      * rsw        = max(r - r_switch, 0)
 814      * sw         = 1 + c3*rsw^3 + c4*rsw^4 + c5*rsw^5
 815      * dsw        = 3*c3*rsw^2 + 4*c4*rsw^3 + 5*c5*rsw^4
 816      * force      = force*dsw - potential*sw
 817      * potential *= sw
 818      */
 819     sc->c3 = -10 / gmx::power3(rc - rsw);
 820     sc->c4 = 15 / gmx::power4(rc - rsw);
 821     sc->c5 = -6 / gmx::power5(rc - rsw);
 822 }
 823
 824 /*! \brief Construct interaction constants
 825  *
 826  * This data is used (particularly) by search and force code for
 827  * short-range interactions. Many of these are constant for the whole
 828  * simulation; some are constant only after PME tuning completes.
 829  */
 830 static void init_interaction_const(FILE*                 fp,
 831                                    interaction_const_t** interaction_const,
 832                                    const t_inputrec*     ir,
 833                                    const gmx_mtop_t*     mtop,
 834                                    bool                  systemHasNetCharge)
 835 {
 836     interaction_const_t* ic = new interaction_const_t;
 837
 838     ic->coulombEwaldTables = std::make_unique<EwaldCorrectionTables>();
 839     ic->vdwEwaldTables     = std::make_unique<EwaldCorrectionTables>();
 840
 841     /* Lennard-Jones */
 842     ic->vdwtype         = ir->vdwtype;
 843     ic->vdw_modifier    = ir->vdw_modifier;
 844     ic->reppow          = mtop->ffparams.reppow;
 845     ic->rvdw            = cutoff_inf(ir->rvdw);
 846     ic->rvdw_switch     = ir->rvdw_switch;
 847     ic->ljpme_comb_rule = ir->ljpme_combination_rule;
 848     ic->useBuckingham   = (mtop->ffparams.functype[0] == F_BHAM);
 849     if (ic->useBuckingham)
 850     {
 851         ic->buckinghamBMax = calcBuckinghamBMax(fp, mtop);
 852     }
 853
 854     initVdwEwaldParameters(fp, ir, ic);
 855
 856     clear_force_switch_constants(&ic->dispersion_shift);
 857     clear_force_switch_constants(&ic->repulsion_shift);
 858
 859     switch (ic->vdw_modifier)
 860     {
 861         case eintmodPOTSHIFT:
 862             /* Only shift the potential, don't touch the force */
 863             ic->dispersion_shift.cpot = -1.0 / gmx::power6(ic->rvdw);
 864             ic->repulsion_shift.cpot  = -1.0 / gmx::power12(ic->rvdw);
 865             break;
 866         case eintmodFORCESWITCH:
 867             /* Switch the force, switch and shift the potential */
 868             force_switch_constants(6.0, ic->rvdw_switch, ic->rvdw, &ic->dispersion_shift);
 869             force_switch_constants(12.0, ic->rvdw_switch, ic->rvdw, &ic->repulsion_shift);
 870             break;
 871         case eintmodPOTSWITCH:
 872             /* Switch the potential and force */
 873             potential_switch_constants(ic->rvdw_switch, ic->rvdw, &ic->vdw_switch);
 874             break;
 875         case eintmodNONE:
 876         case eintmodEXACTCUTOFF:
 877             /* Nothing to do here */
 878             break;
 879         default: gmx_incons("unimplemented potential modifier");
 880     }
 881
 882     /* Electrostatics */
 883     ic->eeltype          = ir->coulombtype;
 884     ic->coulomb_modifier = ir->coulomb_modifier;
 885     ic->rcoulomb         = cutoff_inf(ir->rcoulomb);
 886     ic->rcoulomb_switch  = ir->rcoulomb_switch;
 887     ic->epsilon_r        = ir->epsilon_r;
 888
 889     /* Set the Coulomb energy conversion factor */
 890     if (ic->epsilon_r != 0)
 891     {
 892         ic->epsfac = ONE_4PI_EPS0 / ic->epsilon_r;
 893     }
 894     else
 895     {
 896         /* eps = 0 is infinite dieletric: no Coulomb interactions */
 897         ic->epsfac = 0;
 898     }
 899
 900     /* Reaction-field */
 901     if (EEL_RF(ic->eeltype))
 902     {
 903         GMX_RELEASE_ASSERT(ic->eeltype != eelGRF_NOTUSED, "GRF is no longer supported");
 904         ic->epsilon_rf = ir->epsilon_rf;
 905
 906         calc_rffac(fp, ic->epsilon_r, ic->epsilon_rf, ic->rcoulomb, &ic->k_rf, &ic->c_rf);
 907     }
 908     else
 909     {
 910         /* For plain cut-off we might use the reaction-field kernels */
 911         ic->epsilon_rf = ic->epsilon_r;
 912         ic->k_rf       = 0;
 913         if (ir->coulomb_modifier == eintmodPOTSHIFT)
 914         {
 915             ic->c_rf = 1 / ic->rcoulomb;
 916         }
 917         else
 918         {
 919             ic->c_rf = 0;
 920         }
 921     }
 922
 923     initCoulombEwaldParameters(fp, ir, systemHasNetCharge, ic);
 924
 925     if (fp != nullptr)
 926     {
 927         real dispersion_shift;
 928
 929         dispersion_shift = ic->dispersion_shift.cpot;
 930         if (EVDW_PME(ic->vdwtype))
 931         {
 932             dispersion_shift -= ic->sh_lj_ewald;
 933         }
 934         fprintf(fp, "Potential shift: LJ r^-12: %.3e r^-6: %.3e", ic->repulsion_shift.cpot, dispersion_shift);
 935
 936         if (ic->eeltype == eelCUT)
 937         {
 938             fprintf(fp, ", Coulomb %.e", -ic->c_rf);
 939         }
 940         else if (EEL_PME(ic->eeltype))
 941         {
 942             fprintf(fp, ", Ewald %.3e", -ic->sh_ewald);
 943         }
 944         fprintf(fp, "\n");
 945     }
 946
 947     if (ir->efep != efepNO)
 948     {
 949         GMX_RELEASE_ASSERT(ir->fepvals, "ir->fepvals should be set wth free-energy");
 950         ic->softCoreParameters = std::make_unique<interaction_const_t::SoftCoreParameters>(*ir->fepvals);
 951     }
 952
 953     *interaction_const = ic;
 954 }
 955
 956 void init_forcerec(FILE*                            fp,
 957                    const gmx::MDLogger&             mdlog,
 958                    t_forcerec*                      fr,
 959                    const t_inputrec*                ir,
 960                    const gmx_mtop_t*                mtop,
 961                    const t_commrec*                 cr,
 962                    matrix                           box,
 963                    const char*                      tabfn,
 964                    const char*                      tabpfn,
 965                    gmx::ArrayRef<const std::string> tabbfnm,
 966                    real                             print_force)
 967 {
 968     /* The CMake default turns SIMD kernels on, but it might be turned off further down... */
 969     fr->use_simd_kernels = GMX_USE_SIMD_KERNELS;
 970
 971     if (check_box(ir->pbcType, box))
 972     {
 973         gmx_fatal(FARGS, "%s", check_box(ir->pbcType, box));
 974     }
 975
 976     /* Test particle insertion ? */
 977     if (EI_TPI(ir->eI))
 978     {
 979         /* Set to the size of the molecule to be inserted (the last one) */
 980         gmx::RangePartitioning molecules = gmx_mtop_molecules(*mtop);
 981         fr->n_tpi                        = molecules.block(molecules.numBlocks() - 1).size();
 982     }
 983     else
 984     {
 985         fr->n_tpi = 0;
 986     }
 987
 988     if (ir->coulombtype == eelRF_NEC_UNSUPPORTED || ir->coulombtype == eelGRF_NOTUSED)
 989     {
 990         gmx_fatal(FARGS, "%s electrostatics is no longer supported", eel_names[ir->coulombtype]);
 991     }
 992
 993     if (ir->bAdress)
 994     {
 995         gmx_fatal(FARGS, "AdResS simulations are no longer supported");
 996     }
 997     if (ir->useTwinRange)
 998     {
 999         gmx_fatal(FARGS, "Twin-range simulations are no longer supported");
1000     }
1001     /* Copy the user determined parameters */
1002     fr->userint1  = ir->userint1;
1003     fr->userint2  = ir->userint2;
1004     fr->userint3  = ir->userint3;
1005     fr->userint4  = ir->userint4;
1006     fr->userreal1 = ir->userreal1;
1007     fr->userreal2 = ir->userreal2;
1008     fr->userreal3 = ir->userreal3;
1009     fr->userreal4 = ir->userreal4;
1010
1011     /* Shell stuff */
1012     fr->fc_stepsize = ir->fc_stepsize;
1013
1014     /* Free energy */
1015     fr->efep = ir->efep;
1016
1017     if ((getenv("GMX_DISABLE_SIMD_KERNELS") != nullptr) || (getenv("GMX_NOOPTIMIZEDKERNELS") != nullptr))
1018     {
1019         fr->use_simd_kernels = FALSE;
1020         if (fp != nullptr)
1021         {
1022             fprintf(fp,
1023                     "\nFound environment variable GMX_DISABLE_SIMD_KERNELS.\n"
1024                     "Disabling the usage of any SIMD-specific non-bonded & bonded kernel routines\n"
1025                     "(e.g. SSE2/SSE4.1/AVX).\n\n");
1026         }
1027     }
1028
1029     fr->bBHAM = (mtop->ffparams.functype[0] == F_BHAM);
1030
1031     /* Neighbour searching stuff */
1032     fr->pbcType = ir->pbcType;
1033
1034     /* Determine if we will do PBC for distances in bonded interactions */
1035     if (fr->pbcType == PbcType::No)
1036     {
1037         fr->bMolPBC = FALSE;
1038     }
1039     else
1040     {
1041         const bool useEwaldSurfaceCorrection =
1042                 (EEL_PME_EWALD(ir->coulombtype) && ir->epsilon_surface != 0);
1043         const bool haveOrientationRestraints = (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_ORIRES) > 0);
1044         if (!DOMAINDECOMP(cr))
1045         {
1046             fr->bMolPBC = true;
1047
1048             if (useEwaldSurfaceCorrection || haveOrientationRestraints)
1049             {
1050                 fr->wholeMoleculeTransform =
1051                         std::make_unique<gmx::WholeMoleculeTransform>(*mtop, ir->pbcType);
1052             }
1053         }
1054         else
1055         {
1056             fr->bMolPBC = dd_bonded_molpbc(cr->dd, fr->pbcType);
1057
1058             /* With Ewald surface correction it is useful to support e.g. running water
1059              * in parallel with update groups.
1060              * With orientation restraints there is no sensible use case supported with DD.
1061              */
1062             if ((useEwaldSurfaceCorrection && !dd_moleculesAreAlwaysWhole(*cr->dd)) || haveOrientationRestraints)
1063             {
1064                 gmx_fatal(FARGS,
1065                           "You requested Ewald surface correction or orientation restraints, "
1066                           "but molecules are broken "
1067                           "over periodic boundary conditions by the domain decomposition. "
1068                           "Run without domain decomposition instead.");
1069             }
1070         }
1071
1072         if (useEwaldSurfaceCorrection)
1073         {
1074             GMX_RELEASE_ASSERT(!DOMAINDECOMP(cr) || dd_moleculesAreAlwaysWhole(*cr->dd),
1075                                "Molecules can not be broken by PBC with epsilon_surface > 0");
1076         }
1077     }
1078
1079     fr->rc_scaling = ir->refcoord_scaling;
1080     copy_rvec(ir->posres_com, fr->posres_com);
1081     copy_rvec(ir->posres_comB, fr->posres_comB);
1082     fr->rlist                  = cutoff_inf(ir->rlist);
1083     fr->ljpme_combination_rule = ir->ljpme_combination_rule;
1084
1085     /* This now calculates sum for q and c6*/
1086     bool systemHasNetCharge = set_chargesum(fp, fr, mtop);
1087
1088     /* fr->ic is used both by verlet and group kernels (to some extent) now */
1089     init_interaction_const(fp, &fr->ic, ir, mtop, systemHasNetCharge);
1090     init_interaction_const_tables(fp, fr->ic, ir->tabext);
1091
1092     const interaction_const_t* ic = fr->ic;
1093
1094     /* TODO: Replace this Ewald table or move it into interaction_const_t */
1095     if (ir->coulombtype == eelEWALD)
1096     {
1097         init_ewald_tab(&(fr->ewald_table), ir, fp);
1098     }
1099
1100     /* Electrostatics: Translate from interaction-setting-in-mdp-file to kernel interaction format */
1101     switch (ic->eeltype)
1102     {
1103         case eelCUT: fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_COULOMB; break;
1104
1105         case eelRF:
1106         case eelRF_ZERO: fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_REACTIONFIELD; break;
1107
1108         case eelSWITCH:
1109         case eelSHIFT:
1110         case eelUSER:
1111         case eelPMESWITCH:
1112         case eelPMEUSER:
1113         case eelPMEUSERSWITCH:
1114             fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_CUBICSPLINETABLE;
1115             break;
1116
1117         case eelPME:
1118         case eelP3M_AD:
1119         case eelEWALD: fr->nbkernel_elec_interaction = GMX_NBKERNEL_ELEC_EWALD; break;
1120
1121         default:
1122             gmx_fatal(FARGS, "Unsupported electrostatic interaction: %s", eel_names[ic->eeltype]);
1123     }
1124     fr->nbkernel_elec_modifier = ic->coulomb_modifier;
1125
1126     /* Vdw: Translate from mdp settings to kernel format */
1127     switch (ic->vdwtype)
1128     {
1129         case evdwCUT:
1130             if (fr->bBHAM)
1131             {
1132                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_BUCKINGHAM;
1133             }
1134             else
1135             {
1136                 fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_LENNARDJONES;
1137             }
1138             break;
1139         case evdwPME: fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_LJEWALD; break;
1140
1141         case evdwSWITCH:
1142         case evdwSHIFT:
1143         case evdwUSER: fr->nbkernel_vdw_interaction = GMX_NBKERNEL_VDW_CUBICSPLINETABLE; break;
1144
1145         default: gmx_fatal(FARGS, "Unsupported vdw interaction: %s", evdw_names[ic->vdwtype]);
1146     }
1147     fr->nbkernel_vdw_modifier = ic->vdw_modifier;
1148
1149     if (!gmx_within_tol(ic->reppow, 12.0, 10 * GMX_DOUBLE_EPS))
1150     {
1151         gmx_fatal(FARGS, "Only LJ repulsion power 12 is supported");
1152     }
1153     /* Older tpr files can contain Coulomb user tables with the Verlet cutoff-scheme,
1154      * while mdrun does not (and never did) support this.
1155      */
1156     if (EEL_USER(fr->ic->eeltype))
1157     {
1158         gmx_fatal(FARGS, "Electrostatics type %s is currently not supported", eel_names[ir->coulombtype]);
1159     }
1160
1161     fr->bvdwtab  = FALSE;
1162     fr->bcoultab = FALSE;
1163
1164     /* 1-4 interaction electrostatics */
1165     fr->fudgeQQ = mtop->ffparams.fudgeQQ;
1166
1167     // Multiple time stepping
1168     fr->useMts = ir->useMts;
1169
1170     if (fr->useMts)
1171     {
1172         GMX_ASSERT(gmx::checkMtsRequirements(*ir).empty(),
1173                    "All MTS requirements should be met here");
1174     }
1175
1176     const bool haveDirectVirialContributionsFast =
1177             fr->forceProviders->hasForceProvider() || gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_POSRES) > 0
1178             || gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_FBPOSRES) > 0 || ir->nwall > 0 || ir->bPull || ir->bRot
1179             || ir->bIMD;
1180     const bool haveDirectVirialContributionsSlow = EEL_FULL(ic->eeltype) || EVDW_PME(ic->vdwtype);
1181     for (int i = 0; i < (fr->useMts ? 2 : 1); i++)
1182     {
1183         bool haveDirectVirialContributions =
1184                 (((!fr->useMts || i == 0) && haveDirectVirialContributionsFast)
1185                  || ((!fr->useMts || i == 1) && haveDirectVirialContributionsSlow));
1186         fr->forceHelperBuffers.emplace_back(haveDirectVirialContributions);
1187     }
1188
1189     if (fr->shift_vec == nullptr)
1190     {
1191         snew(fr->shift_vec, SHIFTS);
1192     }
1193
1194     if (fr->nbfp.empty())
1195     {
1196         fr->ntype = mtop->ffparams.atnr;
1197         fr->nbfp  = mk_nbfp(&mtop->ffparams, fr->bBHAM);
1198         if (EVDW_PME(ic->vdwtype))
1199         {
1200             fr->ljpme_c6grid = make_ljpme_c6grid(&mtop->ffparams, fr);
1201         }
1202     }
1203
1204     /* Copy the energy group exclusions */
1205     fr->egp_flags = ir->opts.egp_flags;
1206
1207     /* Van der Waals stuff */
1208     if ((ic->vdwtype != evdwCUT) && (ic->vdwtype != evdwUSER) && !fr->bBHAM)
1209     {
1210         if (ic->rvdw_switch >= ic->rvdw)
1211         {
1212             gmx_fatal(FARGS, "rvdw_switch (%f) must be < rvdw (%f)", ic->rvdw_switch, ic->rvdw);
1213         }
1214         if (fp)
1215         {
1216             fprintf(fp,
1217                     "Using %s Lennard-Jones, switch between %g and %g nm\n",
1218                     (ic->eeltype == eelSWITCH) ? "switched" : "shifted",
1219                     ic->rvdw_switch,
1220                     ic->rvdw);
1221         }
1222     }
1223
1224     if (fr->bBHAM && EVDW_PME(ic->vdwtype))
1225     {
1226         gmx_fatal(FARGS, "LJ PME not supported with Buckingham");
1227     }
1228
1229     if (fr->bBHAM && (ic->vdwtype == evdwSHIFT || ic->vdwtype == evdwSWITCH))
1230     {
1231         gmx_fatal(FARGS, "Switch/shift interaction not supported with Buckingham");
1232     }
1233
1234     if (fr->bBHAM)
1235     {
1236         gmx_fatal(FARGS, "The Verlet cutoff-scheme does not (yet) support Buckingham");
1237     }
1238
1239     if (ir->implicit_solvent)
1240     {
1241         gmx_fatal(FARGS, "Implict solvation is no longer supported.");
1242     }
1243
1244
1245     /* This code automatically gives table length tabext without cut-off's,
1246      * in that case grompp should already have checked that we do not need
1247      * normal tables and we only generate tables for 1-4 interactions.
1248      */
1249     real rtab = ir->rlist + ir->tabext;
1250
1251     /* We want to use unmodified tables for 1-4 coulombic
1252      * interactions, so we must in general have an extra set of
1253      * tables. */
1254     if (gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJ14) > 0 || gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC14_Q) > 0
1255         || gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_LJC_PAIRS_NB) > 0)
1256     {
1257         fr->pairsTable = make_tables(fp, ic, tabpfn, rtab, GMX_MAKETABLES_14ONLY);
1258     }
1259
1260     /* Wall stuff */
1261     fr->nwall = ir->nwall;
1262     if (ir->nwall && ir->wall_type == ewtTABLE)
1263     {
1264         make_wall_tables(fp, ir, tabfn, &mtop->groups, fr);
1265     }
1266
1267     fr->fcdata = std::make_unique<t_fcdata>();
1268
1269     if (!tabbfnm.empty())
1270     {
1271         t_fcdata& fcdata = *fr->fcdata;
1272         // Need to catch std::bad_alloc
1273         // TODO Don't need to catch this here, when merging with master branch
1274         try
1275         {
1276             // TODO move these tables into a separate struct and store reference in ListedForces
1277             fcdata.bondtab  = make_bonded_tables(fp, F_TABBONDS, F_TABBONDSNC, mtop, tabbfnm, "b");
1278             fcdata.angletab = make_bonded_tables(fp, F_TABANGLES, -1, mtop, tabbfnm, "a");
1279             fcdata.dihtab   = make_bonded_tables(fp, F_TABDIHS, -1, mtop, tabbfnm, "d");
1280         }
1281         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
1282     }
1283     else
1284     {
1285         if (debug)
1286         {
1287             fprintf(debug,
1288                     "No fcdata or table file name passed, can not read table, can not do bonded "
1289                     "interactions\n");
1290         }
1291     }
1292
1293     /* Initialize the thread working data for bonded interactions */
1294     if (fr->useMts)
1295     {
1296         // Add one ListedForces object for each MTS level
1297         bool isFirstLevel = true;
1298         for (const auto& mtsLevel : ir->mtsLevels)
1299         {
1300             ListedForces::InteractionSelection interactionSelection;
1301             const auto&                        forceGroups = mtsLevel.forceGroups;
1302             if (forceGroups[static_cast<int>(gmx::MtsForceGroups::Pair)])
1303             {
1304                 interactionSelection.set(static_cast<int>(ListedForces::InteractionGroup::Pairs));
1305             }
1306             if (forceGroups[static_cast<int>(gmx::MtsForceGroups::Dihedral)])
1307             {
1308                 interactionSelection.set(static_cast<int>(ListedForces::InteractionGroup::Dihedrals));
1309             }
1310             if (forceGroups[static_cast<int>(gmx::MtsForceGroups::Angle)])
1311             {
1312                 interactionSelection.set(static_cast<int>(ListedForces::InteractionGroup::Angles));
1313             }
1314             if (isFirstLevel)
1315             {
1316                 interactionSelection.set(static_cast<int>(ListedForces::InteractionGroup::Rest));
1317                 isFirstLevel = false;
1318             }
1319             fr->listedForces.emplace_back(mtop->ffparams,
1320                                           mtop->groups.groups[SimulationAtomGroupType::EnergyOutput].size(),
1321                                           gmx_omp_nthreads_get(emntBonded),
1322                                           interactionSelection,
1323                                           fp);
1324         }
1325     }
1326     else
1327     {
1328         // Add one ListedForces object with all listed interactions
1329         fr->listedForces.emplace_back(mtop->ffparams,
1330                                       mtop->groups.groups[SimulationAtomGroupType::EnergyOutput].size(),
1331                                       gmx_omp_nthreads_get(emntBonded),
1332                                       ListedForces::interactionSelectionAll(),
1333                                       fp);
1334     }
1335
1336     // QM/MM initialization if requested
1337     if (ir->bQMMM)
1338     {
1339         gmx_incons("QM/MM was requested, but is no longer available in GROMACS");
1340     }
1341
1342     /* Set all the static charge group info */
1343     fr->cginfo_mb = init_cginfo_mb(mtop, fr);
1344     if (!DOMAINDECOMP(cr))
1345     {
1346         fr->cginfo = cginfo_expand(mtop->molblock.size(), fr->cginfo_mb);
1347     }
1348
1349     if (!DOMAINDECOMP(cr))
1350     {
1351         forcerec_set_ranges(fr, mtop->natoms, mtop->natoms, mtop->natoms);
1352     }
1353
1354     fr->print_force = print_force;
1355
1356     fr->nthread_ewc = gmx_omp_nthreads_get(emntBonded);
1357     snew(fr->ewc_t, fr->nthread_ewc);
1358
1359     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
1360     {
1361         fr->dispersionCorrection = std::make_unique<DispersionCorrection>(
1362                 *mtop, *ir, fr->bBHAM, fr->ntype, fr->nbfp, *fr->ic, tabfn);
1363         fr->dispersionCorrection->print(mdlog);
1364     }
1365
1366     if (fp != nullptr)
1367     {
1368         /* Here we switch from using mdlog, which prints the newline before
1369          * the paragraph, to our old fprintf logging, which prints the newline
1370          * after the paragraph, so we should add a newline here.
1371          */
1372         fprintf(fp, "\n");
1373     }
1374 }
1375
1376 t_forcerec::t_forcerec() = default;
1377
1378 t_forcerec::~t_forcerec()
1379 {
1380     /* Note: This code will disappear when types are converted to C++ */
1381     sfree(shift_vec);
1382     sfree(ewc_t);
1383 }