src/gromacs/mdlib/lincs.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) 2013,2014,2015,2016,2017,2018, 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 /*! \internal \file
  38  * \brief Defines LINCS code.
  39  *
  40  * \author Berk Hess <hess@kth.se>
  41  * \author Mark Abraham <mark.j.abraham@gmail.com>
  42  * \ingroup module_mdlib
  43  */
  44 #include "gmxpre.h"
  45
  46 #include "lincs.h"
  47
  48 #include "config.h"
  49
  50 #include <cassert>
  51 #include <cmath>
  52 #include <cstdlib>
  53
  54 #include <algorithm>
  55 #include <vector>
  56
  57 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  58 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  59 #include "gromacs/gmxlib/nrnb.h"
  60 #include "gromacs/math/functions.h"
  61 #include "gromacs/math/units.h"
  62 #include "gromacs/math/vec.h"
  63 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  64 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  65 #include "gromacs/mdlib/mdrun.h"
  66 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  67 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  68 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/mdatom.h"
  70 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  71 #include "gromacs/pbcutil/pbc-simd.h"
  72 #include "gromacs/simd/simd.h"
  73 #include "gromacs/simd/simd_math.h"
  74 #include "gromacs/simd/vector_operations.h"
  75 #include "gromacs/topology/block.h"
  76 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  77 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  78 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  79 #include "gromacs/utility/bitmask.h"
  80 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  81 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  82 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  83 #include "gromacs/utility/gmxomp.h"
  84 #include "gromacs/utility/pleasecite.h"
  85 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  86
  87 using namespace gmx; // TODO: Remove when this file is moved into gmx namespace
  88
  89 namespace gmx
  90 {
  91
  92 //! Unit of work within LINCS.
  93 struct Task
  94 {
  95     //! First constraint for this task.
  96     int    b0 = 0;
  97     //! b1-1 is the last constraint for this task.
  98     int    b1 = 0;
  99     //! The number of constraints in triangles.
 100     int    ntriangle = 0;
 101     //! The list of triangle constraints.
 102     int   *triangle = nullptr;
 103     //! The bits tell if the matrix element should be used.
 104     int   *tri_bits = nullptr;
 105     //! Allocation size of triangle and tri_bits.
 106     int    tri_alloc = 0;
 107     //! Number of indices.
 108     int    nind = 0;
 109     //! Constraint index for updating atom data.
 110     int   *ind = nullptr;
 111     //! Number of indices.
 112     int    nind_r = 0;
 113     //! Constraint index for updating atom data.
 114     int   *ind_r = nullptr;
 115     //! Allocation size of ind and ind_r.
 116     int    ind_nalloc = 0;
 117     //! Temporary variable for virial calculation.
 118     tensor vir_r_m_dr = {{0}};
 119     //! Temporary variable for lambda derivative.
 120     real   dhdlambda;
 121 };
 122
 123 /*! \brief Data for LINCS algorithm.
 124  */
 125 class Lincs
 126 {
 127     public:
 128         //! The global number of constraints.
 129         int             ncg = 0;
 130         //! The global number of flexible constraints.
 131         int             ncg_flex = 0;
 132         //! The global number of constraints in triangles.
 133         int             ncg_triangle = 0;
 134         //! The number of iterations.
 135         int             nIter = 0;
 136         //! The order of the matrix expansion.
 137         int             nOrder = 0;
 138         //! The maximum number of constraints connected to a single atom.
 139         int             max_connect = 0;
 140
 141         //! The number of real constraints.
 142         int             nc_real = 0;
 143         //! The number of constraints including padding for SIMD.
 144         int             nc = 0;
 145         //! The number we allocated memory for.
 146         int             nc_alloc = 0;
 147         //! The number of constraint connections.
 148         int             ncc = 0;
 149         //! The number we allocated memory for.
 150         int             ncc_alloc = 0;
 151         //! The FE lambda value used for filling blc and blmf.
 152         real            matlam = 0;
 153         //! mapping from topology to LINCS constraints.
 154         int            *con_index = nullptr;
 155         //! The reference distance in topology A.
 156         real           *bllen0 = nullptr;
 157         //! The reference distance in top B - the r.d. in top A.
 158         real           *ddist = nullptr;
 159         //! The atom pairs involved in the constraints.
 160         int            *bla = nullptr;
 161         //! 1/sqrt(invmass1  invmass2).
 162         real           *blc = nullptr;
 163         //! As blc, but with all masses 1.
 164         real           *blc1 = nullptr;
 165         //! Index into blbnb and blmf.
 166         int            *blnr = nullptr;
 167         //! List of constraint connections.
 168         int            *blbnb = nullptr;
 169         //! The local number of constraints in triangles.
 170         int             ntriangle = 0;
 171         //! The number of constraint connections in triangles.
 172         int             ncc_triangle = 0;
 173         //! Communicate before each LINCS interation.
 174         bool            bCommIter = false;
 175         //! Matrix of mass factors for constraint connections.
 176         real           *blmf = nullptr;
 177         //! As blmf, but with all masses 1.
 178         real           *blmf1 = nullptr;
 179         //! The reference bond length.
 180         real           *bllen = nullptr;
 181         //! The local atom count per constraint, can be NULL.
 182         int            *nlocat = nullptr;
 183
 184         /*! \brief The number of tasks used for LINCS work.
 185          *
 186          * \todo This is mostly used to loop over \c task, which would
 187          * be nicer to do with range-based for loops, but the thread
 188          * index is used for constructing bit masks and organizing the
 189          * virial output buffer, so other things need to change,
 190          * first. */
 191         int               ntask = 0;
 192         /*! \brief LINCS thread division */
 193         std::vector<Task> task;
 194         //! Atom flags for thread parallelization.
 195         gmx_bitmask_t    *atf = nullptr;
 196         //! Allocation size of atf
 197         int               atf_nalloc = 0;
 198         //! Are the LINCS tasks interdependent?
 199         bool              bTaskDep = false;
 200         //! Are there triangle constraints that cross task borders?
 201         bool              bTaskDepTri = false;
 202         //! Arrays for temporary storage in the LINCS algorithm.
 203         /*! @{ */
 204         rvec           *tmpv   = nullptr;
 205         real           *tmpncc = nullptr;
 206         real           *tmp1   = nullptr;
 207         real           *tmp2   = nullptr;
 208         real           *tmp3   = nullptr;
 209         real           *tmp4   = nullptr;
 210         /*! @} */
 211         //! The Lagrange multipliers times -1.
 212         real               *mlambda = nullptr;
 213         //! Storage for the constraint RMS relative deviation output.
 214         std::array<real, 2> rmsdData = {{0}};
 215 };
 216
 217 /*! \brief Define simd_width for memory allocation used for SIMD code */
 218 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 219 static const int simd_width = GMX_SIMD_REAL_WIDTH;
 220 #else
 221 static const int simd_width = 1;
 222 #endif
 223
 224 /*! \brief Align to 128 bytes, consistent with the current implementation of
 225    AlignedAllocator, which currently forces 128 byte alignment. */
 226 static const int align_bytes = 128;
 227
 228 ArrayRef<real> lincs_rmsdData(Lincs *lincsd)
 229 {
 230     return lincsd->rmsdData;
 231 }
 232
 233 real lincs_rmsd(const Lincs *lincsd)
 234 {
 235     if (lincsd->rmsdData[0] > 0)
 236     {
 237         return std::sqrt(lincsd->rmsdData[1]/lincsd->rmsdData[0]);
 238     }
 239     else
 240     {
 241         return 0;
 242     }
 243 }
 244
 245 /*! \brief Do a set of nrec LINCS matrix multiplications.
 246  *
 247  * This function will return with up to date thread-local
 248  * constraint data, without an OpenMP barrier.
 249  */
 250 static void lincs_matrix_expand(const Lincs *lincsd,
 251                                 const Task *li_task,
 252                                 const real *blcc,
 253                                 real *rhs1, real *rhs2, real *sol)
 254 {
 255     int        b0, b1, nrec, rec;
 256     const int *blnr  = lincsd->blnr;
 257     const int *blbnb = lincsd->blbnb;
 258
 259     b0   = li_task->b0;
 260     b1   = li_task->b1;
 261     nrec = lincsd->nOrder;
 262
 263     for (rec = 0; rec < nrec; rec++)
 264     {
 265         int b;
 266
 267         if (lincsd->bTaskDep)
 268         {
 269 #pragma omp barrier
 270         }
 271         for (b = b0; b < b1; b++)
 272         {
 273             real mvb;
 274             int  n;
 275
 276             mvb = 0;
 277             for (n = blnr[b]; n < blnr[b+1]; n++)
 278             {
 279                 mvb = mvb + blcc[n]*rhs1[blbnb[n]];
 280             }
 281             rhs2[b] = mvb;
 282             sol[b]  = sol[b] + mvb;
 283         }
 284
 285         real *swap;
 286
 287         swap = rhs1;
 288         rhs1 = rhs2;
 289         rhs2 = swap;
 290     }   /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
 291
 292     if (lincsd->ntriangle > 0)
 293     {
 294         /* Perform an extra nrec recursions for only the constraints
 295          * involved in rigid triangles.
 296          * In this way their accuracy should come close to those of the other
 297          * constraints, since traingles of constraints can produce eigenvalues
 298          * around 0.7, while the effective eigenvalue for bond constraints
 299          * is around 0.4 (and 0.7*0.7=0.5).
 300          */
 301
 302         if (lincsd->bTaskDep)
 303         {
 304             /* We need a barrier here, since other threads might still be
 305              * reading the contents of rhs1 and/o rhs2.
 306              * We could avoid this barrier by introducing two extra rhs
 307              * arrays for the triangle constraints only.
 308              */
 309 #pragma omp barrier
 310         }
 311
 312         /* Constraints involved in a triangle are ensured to be in the same
 313          * LINCS task. This means no barriers are required during the extra
 314          * iterations for the triangle constraints.
 315          */
 316         const int *triangle = li_task->triangle;
 317         const int *tri_bits = li_task->tri_bits;
 318
 319         for (rec = 0; rec < nrec; rec++)
 320         {
 321             int tb;
 322
 323             for (tb = 0; tb < li_task->ntriangle; tb++)
 324             {
 325                 int  b, bits, nr0, nr1, n;
 326                 real mvb;
 327
 328                 b    = triangle[tb];
 329                 bits = tri_bits[tb];
 330                 mvb  = 0;
 331                 nr0  = blnr[b];
 332                 nr1  = blnr[b+1];
 333                 for (n = nr0; n < nr1; n++)
 334                 {
 335                     if (bits & (1 << (n - nr0)))
 336                     {
 337                         mvb = mvb + blcc[n]*rhs1[blbnb[n]];
 338                     }
 339                 }
 340                 rhs2[b] = mvb;
 341                 sol[b]  = sol[b] + mvb;
 342             }
 343
 344             real *swap;
 345
 346             swap = rhs1;
 347             rhs1 = rhs2;
 348             rhs2 = swap;
 349         }   /* nrec*(ntriangle + ncc_triangle*2) flops */
 350
 351         if (lincsd->bTaskDepTri)
 352         {
 353             /* The constraints triangles are decoupled from each other,
 354              * but constraints in one triangle cross thread task borders.
 355              * We could probably avoid this with more advanced setup code.
 356              */
 357 #pragma omp barrier
 358         }
 359     }
 360 }
 361
 362 //! Update atomic coordinates when an index is not required.
 363 static void lincs_update_atoms_noind(int ncons, const int *bla,
 364                                      real prefac,
 365                                      const real *fac, rvec *r,
 366                                      const real *invmass,
 367                                      rvec *x)
 368 {
 369     int  b, i, j;
 370     real mvb, im1, im2, tmp0, tmp1, tmp2;
 371
 372     if (invmass != nullptr)
 373     {
 374         for (b = 0; b < ncons; b++)
 375         {
 376             i        = bla[2*b];
 377             j        = bla[2*b+1];
 378             mvb      = prefac*fac[b];
 379             im1      = invmass[i];
 380             im2      = invmass[j];
 381             tmp0     = r[b][0]*mvb;
 382             tmp1     = r[b][1]*mvb;
 383             tmp2     = r[b][2]*mvb;
 384             x[i][0] -= tmp0*im1;
 385             x[i][1] -= tmp1*im1;
 386             x[i][2] -= tmp2*im1;
 387             x[j][0] += tmp0*im2;
 388             x[j][1] += tmp1*im2;
 389             x[j][2] += tmp2*im2;
 390         }   /* 16 ncons flops */
 391     }
 392     else
 393     {
 394         for (b = 0; b < ncons; b++)
 395         {
 396             i        = bla[2*b];
 397             j        = bla[2*b+1];
 398             mvb      = prefac*fac[b];
 399             tmp0     = r[b][0]*mvb;
 400             tmp1     = r[b][1]*mvb;
 401             tmp2     = r[b][2]*mvb;
 402             x[i][0] -= tmp0;
 403             x[i][1] -= tmp1;
 404             x[i][2] -= tmp2;
 405             x[j][0] += tmp0;
 406             x[j][1] += tmp1;
 407             x[j][2] += tmp2;
 408         }
 409     }
 410 }
 411
 412 //! Update atomic coordinates when an index is required.
 413 static void lincs_update_atoms_ind(int ncons, const int *ind, const int *bla,
 414                                    real prefac,
 415                                    const real *fac, rvec *r,
 416                                    const real *invmass,
 417                                    rvec *x)
 418 {
 419     int  bi, b, i, j;
 420     real mvb, im1, im2, tmp0, tmp1, tmp2;
 421
 422     if (invmass != nullptr)
 423     {
 424         for (bi = 0; bi < ncons; bi++)
 425         {
 426             b        = ind[bi];
 427             i        = bla[2*b];
 428             j        = bla[2*b+1];
 429             mvb      = prefac*fac[b];
 430             im1      = invmass[i];
 431             im2      = invmass[j];
 432             tmp0     = r[b][0]*mvb;
 433             tmp1     = r[b][1]*mvb;
 434             tmp2     = r[b][2]*mvb;
 435             x[i][0] -= tmp0*im1;
 436             x[i][1] -= tmp1*im1;
 437             x[i][2] -= tmp2*im1;
 438             x[j][0] += tmp0*im2;
 439             x[j][1] += tmp1*im2;
 440             x[j][2] += tmp2*im2;
 441         }   /* 16 ncons flops */
 442     }
 443     else
 444     {
 445         for (bi = 0; bi < ncons; bi++)
 446         {
 447             b        = ind[bi];
 448             i        = bla[2*b];
 449             j        = bla[2*b+1];
 450             mvb      = prefac*fac[b];
 451             tmp0     = r[b][0]*mvb;
 452             tmp1     = r[b][1]*mvb;
 453             tmp2     = r[b][2]*mvb;
 454             x[i][0] -= tmp0;
 455             x[i][1] -= tmp1;
 456             x[i][2] -= tmp2;
 457             x[j][0] += tmp0;
 458             x[j][1] += tmp1;
 459             x[j][2] += tmp2;
 460         }   /* 16 ncons flops */
 461     }
 462 }
 463
 464 //! Update coordinates for atoms.
 465 static void lincs_update_atoms(Lincs *li, int th,
 466                                real prefac,
 467                                const real *fac, rvec *r,
 468                                const real *invmass,
 469                                rvec *x)
 470 {
 471     if (li->ntask == 1)
 472     {
 473         /* Single thread, we simply update for all constraints */
 474         lincs_update_atoms_noind(li->nc_real,
 475                                  li->bla, prefac, fac, r, invmass, x);
 476     }
 477     else
 478     {
 479         /* Update the atom vector components for our thread local
 480          * constraints that only access our local atom range.
 481          * This can be done without a barrier.
 482          */
 483         lincs_update_atoms_ind(li->task[th].nind, li->task[th].ind,
 484                                li->bla, prefac, fac, r, invmass, x);
 485
 486         if (li->task[li->ntask].nind > 0)
 487         {
 488             /* Update the constraints that operate on atoms
 489              * in multiple thread atom blocks on the master thread.
 490              */
 491 #pragma omp barrier
 492 #pragma omp master
 493             {
 494                 lincs_update_atoms_ind(li->task[li->ntask].nind,
 495                                        li->task[li->ntask].ind,
 496                                        li->bla, prefac, fac, r, invmass, x);
 497             }
 498         }
 499     }
 500 }
 501
 502 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 503 //! Helper function so that we can run TSAN with SIMD support (where implemented).
 504 template <int align>
 505 static inline void gmx_simdcall
 506 gatherLoadUTransposeTSANSafe(const real         *base,
 507                              const std::int32_t *offset,
 508                              SimdReal           *v0,
 509                              SimdReal           *v1,
 510                              SimdReal           *v2)
 511 {
 512 #if (CMAKE_BUILD_TYPE == CMAKE_BUILD_TYPE_TSAN) && GMX_SIMD_X86_AVX2_256
 513     // This function is only implemented in this case
 514     gatherLoadUTransposeSafe<align>(base, offset, v0, v1, v2);
 515 #else
 516     gatherLoadUTranspose<align>(base, offset, v0, v1, v2);
 517 #endif
 518 }
 519
 520 /*! \brief Calculate the constraint distance vectors r to project on from x.
 521  *
 522  * Determine the right-hand side of the matrix equation using quantity f.
 523  * This function only differs from calc_dr_x_xp_simd below in that
 524  * no constraint length is subtracted and no PBC is used for f. */
 525 static void gmx_simdcall
 526 calc_dr_x_f_simd(int                       b0,
 527                  int                       b1,
 528                  const int *               bla,
 529                  const rvec * gmx_restrict x,
 530                  const rvec * gmx_restrict f,
 531                  const real * gmx_restrict blc,
 532                  const real *              pbc_simd,
 533                  rvec * gmx_restrict       r,
 534                  real * gmx_restrict       rhs,
 535                  real * gmx_restrict       sol)
 536 {
 537     assert(b0 % GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 0);
 538
 539     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset2[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 540
 541     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 542     {
 543         offset2[i] = i;
 544     }
 545
 546     for (int bs = b0; bs < b1; bs += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
 547     {
 548         SimdReal x0_S, y0_S, z0_S;
 549         SimdReal x1_S, y1_S, z1_S;
 550         SimdReal rx_S, ry_S, rz_S, n2_S, il_S;
 551         SimdReal fx_S, fy_S, fz_S, ip_S, rhs_S;
 552         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t      offset0[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 553         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t      offset1[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 554
 555         for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 556         {
 557             offset0[i] = bla[bs*2 + i*2];
 558             offset1[i] = bla[bs*2 + i*2 + 1];
 559         }
 560
 561         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(x), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 562         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(x), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 563         rx_S = x0_S - x1_S;
 564         ry_S = y0_S - y1_S;
 565         rz_S = z0_S - z1_S;
 566
 567         pbc_correct_dx_simd(&rx_S, &ry_S, &rz_S, pbc_simd);
 568
 569         n2_S  = norm2(rx_S, ry_S, rz_S);
 570         il_S  = invsqrt(n2_S);
 571
 572         rx_S  = rx_S * il_S;
 573         ry_S  = ry_S * il_S;
 574         rz_S  = rz_S * il_S;
 575
 576         transposeScatterStoreU<3>(reinterpret_cast<real *>(r + bs), offset2, rx_S, ry_S, rz_S);
 577
 578         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(f), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 579         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(f), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 580         fx_S = x0_S - x1_S;
 581         fy_S = y0_S - y1_S;
 582         fz_S = z0_S - z1_S;
 583
 584         ip_S  = iprod(rx_S, ry_S, rz_S, fx_S, fy_S, fz_S);
 585
 586         rhs_S = load<SimdReal>(blc + bs) * ip_S;
 587
 588         store(rhs + bs, rhs_S);
 589         store(sol + bs, rhs_S);
 590     }
 591 }
 592 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 593
 594 /*! \brief LINCS projection, works on derivatives of the coordinates. */
 595 static void do_lincsp(const rvec *x, rvec *f, rvec *fp, t_pbc *pbc,
 596                       Lincs *lincsd, int th,
 597                       real *invmass,
 598                       ConstraintVariable econq, bool bCalcDHDL,
 599                       bool bCalcVir, tensor rmdf)
 600 {
 601     int      b0, b1, b;
 602     int     *bla, *blnr, *blbnb;
 603     rvec    *r;
 604     real    *blc, *blmf, *blcc, *rhs1, *rhs2, *sol;
 605
 606     b0 = lincsd->task[th].b0;
 607     b1 = lincsd->task[th].b1;
 608
 609     bla    = lincsd->bla;
 610     r      = lincsd->tmpv;
 611     blnr   = lincsd->blnr;
 612     blbnb  = lincsd->blbnb;
 613     if (econq != ConstraintVariable::Force)
 614     {
 615         /* Use mass-weighted parameters */
 616         blc  = lincsd->blc;
 617         blmf = lincsd->blmf;
 618     }
 619     else
 620     {
 621         /* Use non mass-weighted parameters */
 622         blc  = lincsd->blc1;
 623         blmf = lincsd->blmf1;
 624     }
 625     blcc   = lincsd->tmpncc;
 626     rhs1   = lincsd->tmp1;
 627     rhs2   = lincsd->tmp2;
 628     sol    = lincsd->tmp3;
 629
 630 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 631     /* This SIMD code does the same as the plain-C code after the #else.
 632      * The only difference is that we always call pbc code, as with SIMD
 633      * the overhead of pbc computation (when not needed) is small.
 634      */
 635     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) real    pbc_simd[9*GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 636
 637     /* Convert the pbc struct for SIMD */
 638     set_pbc_simd(pbc, pbc_simd);
 639
 640     /* Compute normalized x i-j vectors, store in r.
 641      * Compute the inner product of r and xp i-j and store in rhs1.
 642      */
 643     calc_dr_x_f_simd(b0, b1, bla, x, f, blc,
 644                      pbc_simd,
 645                      r, rhs1, sol);
 646
 647 #else   // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 648
 649     /* Compute normalized i-j vectors */
 650     if (pbc)
 651     {
 652         for (b = b0; b < b1; b++)
 653         {
 654             rvec dx;
 655
 656             pbc_dx_aiuc(pbc, x[bla[2*b]], x[bla[2*b+1]], dx);
 657             unitv(dx, r[b]);
 658         }
 659     }
 660     else
 661     {
 662         for (b = b0; b < b1; b++)
 663         {
 664             rvec dx;
 665
 666             rvec_sub(x[bla[2*b]], x[bla[2*b+1]], dx);
 667             unitv(dx, r[b]);
 668         }   /* 16 ncons flops */
 669     }
 670
 671     for (b = b0; b < b1; b++)
 672     {
 673         int  i, j;
 674         real mvb;
 675
 676         i       = bla[2*b];
 677         j       = bla[2*b+1];
 678         mvb     = blc[b]*(r[b][0]*(f[i][0] - f[j][0]) +
 679                           r[b][1]*(f[i][1] - f[j][1]) +
 680                           r[b][2]*(f[i][2] - f[j][2]));
 681         rhs1[b] = mvb;
 682         sol[b]  = mvb;
 683         /* 7 flops */
 684     }
 685
 686 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 687
 688     if (lincsd->bTaskDep)
 689     {
 690         /* We need a barrier, since the matrix construction below
 691          * can access entries in r of other threads.
 692          */
 693 #pragma omp barrier
 694     }
 695
 696     /* Construct the (sparse) LINCS matrix */
 697     for (b = b0; b < b1; b++)
 698     {
 699         int n;
 700
 701         for (n = blnr[b]; n < blnr[b+1]; n++)
 702         {
 703             blcc[n] = blmf[n]*::iprod(r[b], r[blbnb[n]]);
 704         }   /* 6 nr flops */
 705     }
 706     /* Together: 23*ncons + 6*nrtot flops */
 707
 708     lincs_matrix_expand(lincsd, &lincsd->task[th], blcc, rhs1, rhs2, sol);
 709     /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
 710
 711     if (econq == ConstraintVariable::Deriv_FlexCon)
 712     {
 713         /* We only want to constraint the flexible constraints,
 714          * so we mask out the normal ones by setting sol to 0.
 715          */
 716         for (b = b0; b < b1; b++)
 717         {
 718             if (!(lincsd->bllen0[b] == 0 && lincsd->ddist[b] == 0))
 719             {
 720                 sol[b] = 0;
 721             }
 722         }
 723     }
 724
 725     /* We multiply sol by blc, so we can use lincs_update_atoms for OpenMP */
 726     for (b = b0; b < b1; b++)
 727     {
 728         sol[b] *= blc[b];
 729     }
 730
 731     /* When constraining forces, we should not use mass weighting,
 732      * so we pass invmass=NULL, which results in the use of 1 for all atoms.
 733      */
 734     lincs_update_atoms(lincsd, th, 1.0, sol, r,
 735                        (econq != ConstraintVariable::Force) ? invmass : nullptr, fp);
 736
 737     if (bCalcDHDL)
 738     {
 739         real dhdlambda;
 740
 741         dhdlambda = 0;
 742         for (b = b0; b < b1; b++)
 743         {
 744             dhdlambda -= sol[b]*lincsd->ddist[b];
 745         }
 746
 747         lincsd->task[th].dhdlambda = dhdlambda;
 748     }
 749
 750     if (bCalcVir)
 751     {
 752         /* Constraint virial,
 753          * determines sum r_bond x delta f,
 754          * where delta f is the constraint correction
 755          * of the quantity that is being constrained.
 756          */
 757         for (b = b0; b < b1; b++)
 758         {
 759             real mvb, tmp1;
 760             int  i, j;
 761
 762             mvb = lincsd->bllen[b]*sol[b];
 763             for (i = 0; i < DIM; i++)
 764             {
 765                 tmp1 = mvb*r[b][i];
 766                 for (j = 0; j < DIM; j++)
 767                 {
 768                     rmdf[i][j] += tmp1*r[b][j];
 769                 }
 770             }
 771         }   /* 23 ncons flops */
 772     }
 773 }
 774
 775 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 776
 777 /*! \brief Calculate the constraint distance vectors r to project on from x.
 778  *
 779  * Determine the right-hand side of the matrix equation using coordinates xp. */
 780 static void gmx_simdcall
 781 calc_dr_x_xp_simd(int                       b0,
 782                   int                       b1,
 783                   const int *               bla,
 784                   const rvec * gmx_restrict x,
 785                   const rvec * gmx_restrict xp,
 786                   const real * gmx_restrict bllen,
 787                   const real * gmx_restrict blc,
 788                   const real *              pbc_simd,
 789                   rvec * gmx_restrict       r,
 790                   real * gmx_restrict       rhs,
 791                   real * gmx_restrict       sol)
 792 {
 793     assert(b0 % GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 0);
 794     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset2[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 795
 796     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 797     {
 798         offset2[i] = i;
 799     }
 800
 801     for (int bs = b0; bs < b1; bs += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
 802     {
 803         SimdReal x0_S, y0_S, z0_S;
 804         SimdReal x1_S, y1_S, z1_S;
 805         SimdReal rx_S, ry_S, rz_S, n2_S, il_S;
 806         SimdReal rxp_S, ryp_S, rzp_S, ip_S, rhs_S;
 807         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t      offset0[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 808         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t      offset1[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 809
 810         for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 811         {
 812             offset0[i] = bla[bs*2 + i*2];
 813             offset1[i] = bla[bs*2 + i*2 + 1];
 814         }
 815
 816         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(x), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 817         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(x), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 818         rx_S = x0_S - x1_S;
 819         ry_S = y0_S - y1_S;
 820         rz_S = z0_S - z1_S;
 821
 822         pbc_correct_dx_simd(&rx_S, &ry_S, &rz_S, pbc_simd);
 823
 824         n2_S  = norm2(rx_S, ry_S, rz_S);
 825         il_S  = invsqrt(n2_S);
 826
 827         rx_S  = rx_S * il_S;
 828         ry_S  = ry_S * il_S;
 829         rz_S  = rz_S * il_S;
 830
 831         transposeScatterStoreU<3>(reinterpret_cast<real *>(r + bs), offset2, rx_S, ry_S, rz_S);
 832
 833         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(xp), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 834         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(xp), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 835
 836         rxp_S = x0_S - x1_S;
 837         ryp_S = y0_S - y1_S;
 838         rzp_S = z0_S - z1_S;
 839
 840         pbc_correct_dx_simd(&rxp_S, &ryp_S, &rzp_S, pbc_simd);
 841
 842         ip_S  = iprod(rx_S, ry_S, rz_S, rxp_S, ryp_S, rzp_S);
 843
 844         rhs_S = load<SimdReal>(blc + bs) * (ip_S - load<SimdReal>(bllen + bs));
 845
 846         store(rhs + bs, rhs_S);
 847         store(sol + bs, rhs_S);
 848     }
 849 }
 850 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 851
 852 /*! \brief Determine the distances and right-hand side for the next iteration. */
 853 gmx_unused static void calc_dist_iter(
 854         int                       b0,
 855         int                       b1,
 856         const int *               bla,
 857         const rvec * gmx_restrict xp,
 858         const real * gmx_restrict bllen,
 859         const real * gmx_restrict blc,
 860         const t_pbc *             pbc,
 861         real                      wfac,
 862         real * gmx_restrict       rhs,
 863         real * gmx_restrict       sol,
 864         bool *                    bWarn)
 865 {
 866     int b;
 867
 868     for (b = b0; b < b1; b++)
 869     {
 870         real len, len2, dlen2, mvb;
 871         rvec dx;
 872
 873         len = bllen[b];
 874         if (pbc)
 875         {
 876             pbc_dx_aiuc(pbc, xp[bla[2*b]], xp[bla[2*b+1]], dx);
 877         }
 878         else
 879         {
 880             rvec_sub(xp[bla[2*b]], xp[bla[2*b+1]], dx);
 881         }
 882         len2  = len*len;
 883         dlen2 = 2*len2 - ::norm2(dx);
 884         if (dlen2 < wfac*len2)
 885         {
 886             /* not race free - see detailed comment in caller */
 887             *bWarn = TRUE;
 888         }
 889         if (dlen2 > 0)
 890         {
 891             mvb = blc[b]*(len - dlen2*gmx::invsqrt(dlen2));
 892         }
 893         else
 894         {
 895             mvb = blc[b]*len;
 896         }
 897         rhs[b]  = mvb;
 898         sol[b]  = mvb;
 899     }   /* 20*ncons flops */
 900 }
 901
 902 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 903 /*! \brief As calc_dist_iter(), but using SIMD intrinsics. */
 904 static void gmx_simdcall
 905 calc_dist_iter_simd(int                       b0,
 906                     int                       b1,
 907                     const int *               bla,
 908                     const rvec * gmx_restrict x,
 909                     const real * gmx_restrict bllen,
 910                     const real * gmx_restrict blc,
 911                     const real *              pbc_simd,
 912                     real                      wfac,
 913                     real * gmx_restrict       rhs,
 914                     real * gmx_restrict       sol,
 915                     bool *                    bWarn)
 916 {
 917     SimdReal        min_S(GMX_REAL_MIN);
 918     SimdReal        two_S(2.0);
 919     SimdReal        wfac_S(wfac);
 920     SimdBool        warn_S;
 921
 922     int             bs;
 923
 924     assert(b0 % GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 0);
 925
 926     /* Initialize all to FALSE */
 927     warn_S = (two_S < setZero());
 928
 929     for (bs = b0; bs < b1; bs += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
 930     {
 931         SimdReal x0_S, y0_S, z0_S;
 932         SimdReal x1_S, y1_S, z1_S;
 933         SimdReal rx_S, ry_S, rz_S, n2_S;
 934         SimdReal len_S, len2_S, dlen2_S, lc_S, blc_S;
 935         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t      offset0[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 936         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t      offset1[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 937
 938         for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 939         {
 940             offset0[i] = bla[bs*2 + i*2];
 941             offset1[i] = bla[bs*2 + i*2 + 1];
 942         }
 943
 944         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(x), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 945         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real *>(x), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 946
 947         rx_S = x0_S - x1_S;
 948         ry_S = y0_S - y1_S;
 949         rz_S = z0_S - z1_S;
 950
 951         pbc_correct_dx_simd(&rx_S, &ry_S, &rz_S, pbc_simd);
 952
 953         n2_S    = norm2(rx_S, ry_S, rz_S);
 954
 955         len_S   = load<SimdReal>(bllen + bs);
 956         len2_S  = len_S * len_S;
 957
 958         dlen2_S = fms(two_S, len2_S, n2_S);
 959
 960         warn_S  = warn_S || (dlen2_S < (wfac_S * len2_S));
 961
 962         /* Avoid 1/0 by taking the max with REAL_MIN.
 963          * Note: when dlen2 is close to zero (90 degree constraint rotation),
 964          * the accuracy of the algorithm is no longer relevant.
 965          */
 966         dlen2_S = max(dlen2_S, min_S);
 967
 968         lc_S    = fnma(dlen2_S, invsqrt(dlen2_S), len_S);
 969
 970         blc_S   = load<SimdReal>(blc + bs);
 971
 972         lc_S    = blc_S * lc_S;
 973
 974         store(rhs + bs, lc_S);
 975         store(sol + bs, lc_S);
 976     }
 977
 978     if (anyTrue(warn_S))
 979     {
 980         *bWarn = TRUE;
 981     }
 982 }
 983 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 984
 985 //! Implements LINCS constraining.
 986 static void do_lincs(const rvec *x, rvec *xp, matrix box, t_pbc *pbc,
 987                      Lincs *lincsd, int th,
 988                      const real *invmass,
 989                      const t_commrec *cr,
 990                      bool bCalcDHDL,
 991                      real wangle, bool *bWarn,
 992                      real invdt, rvec * gmx_restrict v,
 993                      bool bCalcVir, tensor vir_r_m_dr)
 994 {
 995     int      b0, b1, b, i, j, n, iter;
 996     int     *bla, *blnr, *blbnb;
 997     rvec    *r;
 998     real    *blc, *blmf, *bllen, *blcc, *rhs1, *rhs2, *sol, *blc_sol, *mlambda;
 999     int     *nlocat;
1000
1001     b0 = lincsd->task[th].b0;
1002     b1 = lincsd->task[th].b1;
1003
1004     bla     = lincsd->bla;
1005     r       = lincsd->tmpv;
1006     blnr    = lincsd->blnr;
1007     blbnb   = lincsd->blbnb;
1008     blc     = lincsd->blc;
1009     blmf    = lincsd->blmf;
1010     bllen   = lincsd->bllen;
1011     blcc    = lincsd->tmpncc;
1012     rhs1    = lincsd->tmp1;
1013     rhs2    = lincsd->tmp2;
1014     sol     = lincsd->tmp3;
1015     blc_sol = lincsd->tmp4;
1016     mlambda = lincsd->mlambda;
1017     nlocat  = lincsd->nlocat;
1018
1019 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1020
1021     /* This SIMD code does the same as the plain-C code after the #else.
1022      * The only difference is that we always call pbc code, as with SIMD
1023      * the overhead of pbc computation (when not needed) is small.
1024      */
1025     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) real    pbc_simd[9*GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
1026
1027     /* Convert the pbc struct for SIMD */
1028     set_pbc_simd(pbc, pbc_simd);
1029
1030     /* Compute normalized x i-j vectors, store in r.
1031      * Compute the inner product of r and xp i-j and store in rhs1.
1032      */
1033     calc_dr_x_xp_simd(b0, b1, bla, x, xp, bllen, blc,
1034                       pbc_simd,
1035                       r, rhs1, sol);
1036
1037 #else   // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1038
1039     if (pbc)
1040     {
1041         /* Compute normalized i-j vectors */
1042         for (b = b0; b < b1; b++)
1043         {
1044             rvec dx;
1045             real mvb;
1046
1047             pbc_dx_aiuc(pbc, x[bla[2*b]], x[bla[2*b+1]], dx);
1048             unitv(dx, r[b]);
1049
1050             pbc_dx_aiuc(pbc, xp[bla[2*b]], xp[bla[2*b+1]], dx);
1051             mvb     = blc[b]*(::iprod(r[b], dx) - bllen[b]);
1052             rhs1[b] = mvb;
1053             sol[b]  = mvb;
1054         }
1055     }
1056     else
1057     {
1058         /* Compute normalized i-j vectors */
1059         for (b = b0; b < b1; b++)
1060         {
1061             real tmp0, tmp1, tmp2, rlen, mvb;
1062
1063             i       = bla[2*b];
1064             j       = bla[2*b+1];
1065             tmp0    = x[i][0] - x[j][0];
1066             tmp1    = x[i][1] - x[j][1];
1067             tmp2    = x[i][2] - x[j][2];
1068             rlen    = gmx::invsqrt(tmp0*tmp0 + tmp1*tmp1 + tmp2*tmp2);
1069             r[b][0] = rlen*tmp0;
1070             r[b][1] = rlen*tmp1;
1071             r[b][2] = rlen*tmp2;
1072             /* 16 ncons flops */
1073
1074             i       = bla[2*b];
1075             j       = bla[2*b+1];
1076             mvb     = blc[b]*(r[b][0]*(xp[i][0] - xp[j][0]) +
1077                               r[b][1]*(xp[i][1] - xp[j][1]) +
1078                               r[b][2]*(xp[i][2] - xp[j][2]) - bllen[b]);
1079             rhs1[b] = mvb;
1080             sol[b]  = mvb;
1081             /* 10 flops */
1082         }
1083         /* Together: 26*ncons + 6*nrtot flops */
1084     }
1085
1086 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1087
1088     if (lincsd->bTaskDep)
1089     {
1090         /* We need a barrier, since the matrix construction below
1091          * can access entries in r of other threads.
1092          */
1093 #pragma omp barrier
1094     }
1095
1096     /* Construct the (sparse) LINCS matrix */
1097     for (b = b0; b < b1; b++)
1098     {
1099         for (n = blnr[b]; n < blnr[b+1]; n++)
1100         {
1101             blcc[n] = blmf[n]*::iprod(r[b], r[blbnb[n]]);
1102         }
1103     }
1104     /* Together: 26*ncons + 6*nrtot flops */
1105
1106     lincs_matrix_expand(lincsd, &lincsd->task[th], blcc, rhs1, rhs2, sol);
1107     /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
1108
1109 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1110     for (b = b0; b < b1; b += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
1111     {
1112         SimdReal t1 = load<SimdReal>(blc + b);
1113         SimdReal t2 = load<SimdReal>(sol + b);
1114         store(mlambda + b, t1 * t2);
1115     }
1116 #else
1117     for (b = b0; b < b1; b++)
1118     {
1119         mlambda[b] = blc[b]*sol[b];
1120     }
1121 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1122
1123     /* Update the coordinates */
1124     lincs_update_atoms(lincsd, th, 1.0, mlambda, r, invmass, xp);
1125
1126     /*
1127      ********  Correction for centripetal effects  ********
1128      */
1129
1130     real wfac;
1131
1132     wfac = std::cos(DEG2RAD*wangle);
1133     wfac = wfac*wfac;
1134
1135     for (iter = 0; iter < lincsd->nIter; iter++)
1136     {
1137         if ((lincsd->bCommIter && DOMAINDECOMP(cr) && cr->dd->constraints))
1138         {
1139 #pragma omp barrier
1140 #pragma omp master
1141             {
1142                 /* Communicate the corrected non-local coordinates */
1143                 if (DOMAINDECOMP(cr))
1144                 {
1145                     dd_move_x_constraints(cr->dd, box, xp, nullptr, FALSE);
1146                 }
1147             }
1148 #pragma omp barrier
1149         }
1150         else if (lincsd->bTaskDep)
1151         {
1152 #pragma omp barrier
1153         }
1154
1155 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1156         calc_dist_iter_simd(b0, b1, bla, xp, bllen, blc, pbc_simd, wfac,
1157                             rhs1, sol, bWarn);
1158 #else
1159         calc_dist_iter(b0, b1, bla, xp, bllen, blc, pbc, wfac,
1160                        rhs1, sol, bWarn);
1161         /* 20*ncons flops */
1162 #endif      // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1163
1164         lincs_matrix_expand(lincsd, &lincsd->task[th], blcc, rhs1, rhs2, sol);
1165         /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
1166
1167 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1168         for (b = b0; b < b1; b += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
1169         {
1170             SimdReal t1  = load<SimdReal>(blc + b);
1171             SimdReal t2  = load<SimdReal>(sol + b);
1172             SimdReal mvb = t1 * t2;
1173             store(blc_sol + b, mvb);
1174             store(mlambda + b, load<SimdReal>(mlambda + b) + mvb);
1175         }
1176 #else
1177         for (b = b0; b < b1; b++)
1178         {
1179             real mvb;
1180
1181             mvb         = blc[b]*sol[b];
1182             blc_sol[b]  = mvb;
1183             mlambda[b] += mvb;
1184         }
1185 #endif      // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1186
1187         /* Update the coordinates */
1188         lincs_update_atoms(lincsd, th, 1.0, blc_sol, r, invmass, xp);
1189     }
1190     /* nit*ncons*(37+9*nrec) flops */
1191
1192     if (v != nullptr)
1193     {
1194         /* Update the velocities */
1195         lincs_update_atoms(lincsd, th, invdt, mlambda, r, invmass, v);
1196         /* 16 ncons flops */
1197     }
1198
1199     if (nlocat != nullptr && (bCalcDHDL || bCalcVir))
1200     {
1201         if (lincsd->bTaskDep)
1202         {
1203             /* In lincs_update_atoms threads might cross-read mlambda */
1204 #pragma omp barrier
1205         }
1206
1207         /* Only account for local atoms */
1208         for (b = b0; b < b1; b++)
1209         {
1210             mlambda[b] *= 0.5*nlocat[b];
1211         }
1212     }
1213
1214     if (bCalcDHDL)
1215     {
1216         real dhdl;
1217
1218         dhdl = 0;
1219         for (b = b0; b < b1; b++)
1220         {
1221             /* Note that this this is dhdl*dt^2, the dt^2 factor is corrected
1222              * later after the contributions are reduced over the threads.
1223              */
1224             dhdl -= lincsd->mlambda[b]*lincsd->ddist[b];
1225         }
1226         lincsd->task[th].dhdlambda = dhdl;
1227     }
1228
1229     if (bCalcVir)
1230     {
1231         /* Constraint virial */
1232         for (b = b0; b < b1; b++)
1233         {
1234             real tmp0, tmp1;
1235
1236             tmp0 = -bllen[b]*mlambda[b];
1237             for (i = 0; i < DIM; i++)
1238             {
1239                 tmp1 = tmp0*r[b][i];
1240                 for (j = 0; j < DIM; j++)
1241                 {
1242                     vir_r_m_dr[i][j] -= tmp1*r[b][j];
1243                 }
1244             }
1245         }   /* 22 ncons flops */
1246     }
1247
1248     /* Total:
1249      * 26*ncons + 6*nrtot + nrec*(ncons+2*nrtot)
1250      * + nit * (20*ncons + nrec*(ncons+2*nrtot) + 17 ncons)
1251      *
1252      * (26+nrec)*ncons + (6+2*nrec)*nrtot
1253      * + nit * ((37+nrec)*ncons + 2*nrec*nrtot)
1254      * if nit=1
1255      * (63+nrec)*ncons + (6+4*nrec)*nrtot
1256      */
1257 }
1258
1259 /*! \brief Sets the elements in the LINCS matrix for task task. */
1260 static void set_lincs_matrix_task(Lincs                *li,
1261                                   Task                 *li_task,
1262                                   const real           *invmass,
1263                                   int                  *ncc_triangle,
1264                                   int                  *nCrossTaskTriangles)
1265 {
1266     int        i;
1267
1268     /* Construct the coupling coefficient matrix blmf */
1269     li_task->ntriangle   = 0;
1270     *ncc_triangle        = 0;
1271     *nCrossTaskTriangles = 0;
1272     for (i = li_task->b0; i < li_task->b1; i++)
1273     {
1274         int a1, a2, n;
1275
1276         a1 = li->bla[2*i];
1277         a2 = li->bla[2*i+1];
1278         for (n = li->blnr[i]; (n < li->blnr[i+1]); n++)
1279         {
1280             int k, sign, center, end;
1281
1282             k = li->blbnb[n];
1283
1284             /* If we are using multiple, independent tasks for LINCS,
1285              * the calls to check_assign_connected should have
1286              * put all connected constraints in our task.
1287              */
1288             assert(li->bTaskDep || (k >= li_task->b0 && k < li_task->b1));
1289
1290             if (a1 == li->bla[2*k] || a2 == li->bla[2*k+1])
1291             {
1292                 sign = -1;
1293             }
1294             else
1295             {
1296                 sign = 1;
1297             }
1298             if (a1 == li->bla[2*k] || a1 == li->bla[2*k+1])
1299             {
1300                 center = a1;
1301                 end    = a2;
1302             }
1303             else
1304             {
1305                 center = a2;
1306                 end    = a1;
1307             }
1308             li->blmf[n]  = sign*invmass[center]*li->blc[i]*li->blc[k];
1309             li->blmf1[n] = sign*0.5;
1310             if (li->ncg_triangle > 0)
1311             {
1312                 int nk, kk;
1313
1314                 /* Look for constraint triangles */
1315                 for (nk = li->blnr[k]; (nk < li->blnr[k+1]); nk++)
1316                 {
1317                     kk = li->blbnb[nk];
1318                     if (kk != i && kk != k &&
1319                         (li->bla[2*kk] == end || li->bla[2*kk+1] == end))
1320                     {
1321                         /* Check if the constraints in this triangle actually
1322                          * belong to a different task. We still assign them
1323                          * here, since it's convenient for the triangle
1324                          * iterations, but we then need an extra barrier.
1325                          */
1326                         if (k  < li_task->b0 || k  >= li_task->b1 ||
1327                             kk < li_task->b0 || kk >= li_task->b1)
1328                         {
1329                             (*nCrossTaskTriangles)++;
1330                         }
1331
1332                         if (li_task->ntriangle == 0 ||
1333                             li_task->triangle[li_task->ntriangle - 1] < i)
1334                         {
1335                             /* Add this constraint to the triangle list */
1336                             li_task->triangle[li_task->ntriangle] = i;
1337                             li_task->tri_bits[li_task->ntriangle] = 0;
1338                             li_task->ntriangle++;
1339                             if (li->blnr[i+1] - li->blnr[i] > static_cast<int>(sizeof(li_task->tri_bits[0])*8 - 1))
1340                             {
1341                                 gmx_fatal(FARGS, "A constraint is connected to %d constraints, this is more than the %zu allowed for constraints participating in triangles",
1342                                           li->blnr[i+1] - li->blnr[i],
1343                                           sizeof(li_task->tri_bits[0])*8-1);
1344                             }
1345                         }
1346                         li_task->tri_bits[li_task->ntriangle-1] |= (1 << (n - li->blnr[i]));
1347                         (*ncc_triangle)++;
1348                     }
1349                 }
1350             }
1351         }
1352     }
1353 }
1354
1355 /*! \brief Sets the elements in the LINCS matrix. */
1356 static void set_lincs_matrix(Lincs *li, real *invmass, real lambda)
1357 {
1358     int        i;
1359     const real invsqrt2 = 0.7071067811865475244;
1360
1361     for (i = 0; (i < li->nc); i++)
1362     {
1363         int a1, a2;
1364
1365         a1          = li->bla[2*i];
1366         a2          = li->bla[2*i+1];
1367         li->blc[i]  = gmx::invsqrt(invmass[a1] + invmass[a2]);
1368         li->blc1[i] = invsqrt2;
1369     }
1370
1371     /* Construct the coupling coefficient matrix blmf */
1372     int th, ntriangle = 0, ncc_triangle = 0, nCrossTaskTriangles = 0;
1373 #pragma omp parallel for reduction(+: ntriangle, ncc_triangle, nCrossTaskTriangles) num_threads(li->ntask) schedule(static)
1374     for (th = 0; th < li->ntask; th++)
1375     {
1376         try
1377         {
1378             set_lincs_matrix_task(li, &li->task[th], invmass,
1379                                   &ncc_triangle, &nCrossTaskTriangles);
1380             ntriangle += li->task[th].ntriangle;
1381         }
1382         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
1383     }
1384     li->ntriangle    = ntriangle;
1385     li->ncc_triangle = ncc_triangle;
1386     li->bTaskDepTri  = (nCrossTaskTriangles > 0);
1387
1388     if (debug)
1389     {
1390         fprintf(debug, "The %d constraints participate in %d triangles\n",
1391                 li->nc, li->ntriangle);
1392         fprintf(debug, "There are %d constraint couplings, of which %d in triangles\n",
1393                 li->ncc, li->ncc_triangle);
1394         if (li->ntriangle > 0 && li->ntask > 1)
1395         {
1396             fprintf(debug, "%d constraint triangles contain constraints assigned to different tasks\n",
1397                     nCrossTaskTriangles);
1398         }
1399     }
1400
1401     /* Set matlam,
1402      * so we know with which lambda value the masses have been set.
1403      */
1404     li->matlam = lambda;
1405 }
1406
1407 //! Finds all triangles of atoms that share constraints to a central atom.
1408 static int count_triangle_constraints(const InteractionLists &ilist,
1409                                       const t_blocka         &at2con)
1410 {
1411     int      ncon1, ncon_tot;
1412     int      c0, n1, c1, ac1, n2, c2;
1413     int      ncon_triangle;
1414
1415     ncon1    = ilist[F_CONSTR].size()/3;
1416     ncon_tot = ncon1 + ilist[F_CONSTRNC].size()/3;
1417
1418     gmx::ArrayRef<const int> ia1 = ilist[F_CONSTR].iatoms;
1419     gmx::ArrayRef<const int> ia2 = ilist[F_CONSTRNC].iatoms;
1420
1421     ncon_triangle = 0;
1422     for (c0 = 0; c0 < ncon_tot; c0++)
1423     {
1424         bool       bTriangle = FALSE;
1425         const int *iap       = constr_iatomptr(ia1, ia2, c0);
1426         const int  a00       = iap[1];
1427         const int  a01       = iap[2];
1428         for (n1 = at2con.index[a01]; n1 < at2con.index[a01+1]; n1++)
1429         {
1430             c1 = at2con.a[n1];
1431             if (c1 != c0)
1432             {
1433                 const int *iap = constr_iatomptr(ia1, ia2, c1);
1434                 const int  a10 = iap[1];
1435                 const int  a11 = iap[2];
1436                 if (a10 == a01)
1437                 {
1438                     ac1 = a11;
1439                 }
1440                 else
1441                 {
1442                     ac1 = a10;
1443                 }
1444                 for (n2 = at2con.index[ac1]; n2 < at2con.index[ac1+1]; n2++)
1445                 {
1446                     c2 = at2con.a[n2];
1447                     if (c2 != c0 && c2 != c1)
1448                     {
1449                         const int *iap = constr_iatomptr(ia1, ia2, c2);
1450                         const int  a20 = iap[1];
1451                         const int  a21 = iap[2];
1452                         if (a20 == a00 || a21 == a00)
1453                         {
1454                             bTriangle = TRUE;
1455                         }
1456                     }
1457                 }
1458             }
1459         }
1460         if (bTriangle)
1461         {
1462             ncon_triangle++;
1463         }
1464     }
1465
1466     return ncon_triangle;
1467 }
1468
1469 //! Finds sequences of sequential constraints.
1470 static bool more_than_two_sequential_constraints(const InteractionLists &ilist,
1471                                                  const t_blocka         &at2con)
1472 {
1473     int       ncon1, ncon_tot, c;
1474     bool      bMoreThanTwoSequentialConstraints;
1475
1476     ncon1    = ilist[F_CONSTR].size()/3;
1477     ncon_tot = ncon1 + ilist[F_CONSTRNC].size()/3;
1478
1479     gmx::ArrayRef<const int> ia1 = ilist[F_CONSTR].iatoms;
1480     gmx::ArrayRef<const int> ia2 = ilist[F_CONSTRNC].iatoms;
1481
1482     bMoreThanTwoSequentialConstraints = FALSE;
1483     for (c = 0; c < ncon_tot && !bMoreThanTwoSequentialConstraints; c++)
1484     {
1485         const int *iap = constr_iatomptr(ia1, ia2, c);
1486         const int  a1  = iap[1];
1487         const int  a2  = iap[2];
1488         /* Check if this constraint has constraints connected at both atoms */
1489         if (at2con.index[a1+1] - at2con.index[a1] > 1 &&
1490             at2con.index[a2+1] - at2con.index[a2] > 1)
1491         {
1492             bMoreThanTwoSequentialConstraints = TRUE;
1493         }
1494     }
1495
1496     return bMoreThanTwoSequentialConstraints;
1497 }
1498
1499 Lincs *init_lincs(FILE *fplog, const gmx_mtop_t &mtop,
1500                   int nflexcon_global, ArrayRef<const t_blocka> at2con,
1501                   bool bPLINCS, int nIter, int nProjOrder)
1502 {
1503     // TODO this should become a unique_ptr
1504     Lincs                *li;
1505     bool                  bMoreThanTwoSeq;
1506
1507     if (fplog)
1508     {
1509         fprintf(fplog, "\nInitializing%s LINear Constraint Solver\n",
1510                 bPLINCS ? " Parallel" : "");
1511     }
1512
1513     li = new Lincs;
1514
1515     li->ncg      =
1516         gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTR) +
1517         gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTRNC);
1518     li->ncg_flex = nflexcon_global;
1519
1520     li->nIter  = nIter;
1521     li->nOrder = nProjOrder;
1522
1523     li->max_connect = 0;
1524     for (size_t mt = 0; mt < mtop.moltype.size(); mt++)
1525     {
1526         for (int a = 0; a < mtop.moltype[mt].atoms.nr; a++)
1527         {
1528             li->max_connect = std::max(li->max_connect,
1529                                        at2con[mt].index[a + 1] - at2con[mt].index[a]);
1530         }
1531     }
1532
1533     li->ncg_triangle = 0;
1534     bMoreThanTwoSeq  = FALSE;
1535     for (const gmx_molblock_t &molb : mtop.molblock)
1536     {
1537         const gmx_moltype_t &molt = mtop.moltype[molb.type];
1538
1539         li->ncg_triangle +=
1540             molb.nmol*
1541             count_triangle_constraints(molt.ilist, at2con[molb.type]);
1542
1543         if (!bMoreThanTwoSeq &&
1544             more_than_two_sequential_constraints(molt.ilist, at2con[molb.type]))
1545         {
1546             bMoreThanTwoSeq = TRUE;
1547         }
1548     }
1549
1550     /* Check if we need to communicate not only before LINCS,
1551      * but also before each iteration.
1552      * The check for only two sequential constraints is only
1553      * useful for the common case of H-bond only constraints.
1554      * With more effort we could also make it useful for small
1555      * molecules with nr. sequential constraints <= nOrder-1.
1556      */
1557     li->bCommIter = (bPLINCS && (li->nOrder < 1 || bMoreThanTwoSeq));
1558
1559     if (debug && bPLINCS)
1560     {
1561         fprintf(debug, "PLINCS communication before each iteration: %d\n",
1562                 static_cast<int>(li->bCommIter));
1563     }
1564
1565     /* LINCS can run on any number of threads.
1566      * Currently the number is fixed for the whole simulation,
1567      * but it could be set in set_lincs().
1568      * The current constraint to task assignment code can create independent
1569      * tasks only when not more than two constraints are connected sequentially.
1570      */
1571     li->ntask    = gmx_omp_nthreads_get(emntLINCS);
1572     li->bTaskDep = (li->ntask > 1 && bMoreThanTwoSeq);
1573     if (debug)
1574     {
1575         fprintf(debug, "LINCS: using %d threads, tasks are %sdependent\n",
1576                 li->ntask, li->bTaskDep ? "" : "in");
1577     }
1578     if (li->ntask == 1)
1579     {
1580         li->task.resize(1);
1581     }
1582     else
1583     {
1584         /* Allocate an extra elements for "task-overlap" constraints */
1585         li->task.resize(li->ntask + 1);
1586     }
1587
1588     if (bPLINCS || li->ncg_triangle > 0)
1589     {
1590         please_cite(fplog, "Hess2008a");
1591     }
1592     else
1593     {
1594         please_cite(fplog, "Hess97a");
1595     }
1596
1597     if (fplog)
1598     {
1599         fprintf(fplog, "The number of constraints is %d\n", li->ncg);
1600         if (bPLINCS)
1601         {
1602             fprintf(fplog, "There are constraints between atoms in different decomposition domains,\n"
1603                     "will communicate selected coordinates each lincs iteration\n");
1604         }
1605         if (li->ncg_triangle > 0)
1606         {
1607             fprintf(fplog,
1608                     "%d constraints are involved in constraint triangles,\n"
1609                     "will apply an additional matrix expansion of order %d for couplings\n"
1610                     "between constraints inside triangles\n",
1611                     li->ncg_triangle, li->nOrder);
1612         }
1613     }
1614
1615     return li;
1616 }
1617
1618 void done_lincs(Lincs *li)
1619 {
1620     delete li;
1621 }
1622
1623 /*! \brief Sets up the work division over the threads. */
1624 static void lincs_thread_setup(Lincs *li, int natoms)
1625 {
1626     Task           *li_m;
1627     int             th;
1628     gmx_bitmask_t  *atf;
1629     int             a;
1630
1631     if (natoms > li->atf_nalloc)
1632     {
1633         li->atf_nalloc = over_alloc_large(natoms);
1634         srenew(li->atf, li->atf_nalloc);
1635     }
1636
1637     atf = li->atf;
1638     /* Clear the atom flags */
1639     for (a = 0; a < natoms; a++)
1640     {
1641         bitmask_clear(&atf[a]);
1642     }
1643
1644     if (li->ntask > BITMASK_SIZE)
1645     {
1646         gmx_fatal(FARGS, "More than %d threads is not supported for LINCS.", BITMASK_SIZE);
1647     }
1648
1649     for (th = 0; th < li->ntask; th++)
1650     {
1651         Task         *li_task;
1652         int           b;
1653
1654         li_task = &li->task[th];
1655
1656         /* For each atom set a flag for constraints from each */
1657         for (b = li_task->b0; b < li_task->b1; b++)
1658         {
1659             bitmask_set_bit(&atf[li->bla[b*2    ]], th);
1660             bitmask_set_bit(&atf[li->bla[b*2 + 1]], th);
1661         }
1662     }
1663
1664 #pragma omp parallel for num_threads(li->ntask) schedule(static)
1665     for (th = 0; th < li->ntask; th++)
1666     {
1667         try
1668         {
1669             Task          *li_task;
1670             gmx_bitmask_t  mask;
1671             int            b;
1672
1673             li_task = &li->task[th];
1674
1675             if (li_task->b1 - li_task->b0 > li_task->ind_nalloc)
1676             {
1677                 li_task->ind_nalloc = over_alloc_large(li_task->b1-li_task->b0);
1678                 srenew(li_task->ind, li_task->ind_nalloc);
1679                 srenew(li_task->ind_r, li_task->ind_nalloc);
1680             }
1681
1682             bitmask_init_low_bits(&mask, th);
1683
1684             li_task->nind   = 0;
1685             li_task->nind_r = 0;
1686             for (b = li_task->b0; b < li_task->b1; b++)
1687             {
1688                 /* We let the constraint with the lowest thread index
1689                  * operate on atoms with constraints from multiple threads.
1690                  */
1691                 if (bitmask_is_disjoint(atf[li->bla[b*2]], mask) &&
1692                     bitmask_is_disjoint(atf[li->bla[b*2+1]], mask))
1693                 {
1694                     /* Add the constraint to the local atom update index */
1695                     li_task->ind[li_task->nind++] = b;
1696                 }
1697                 else
1698                 {
1699                     /* Add the constraint to the rest block */
1700                     li_task->ind_r[li_task->nind_r++] = b;
1701                 }
1702             }
1703         }
1704         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
1705     }
1706
1707     /* We need to copy all constraints which have not be assigned
1708      * to a thread to a separate list which will be handled by one thread.
1709      */
1710     li_m = &li->task[li->ntask];
1711
1712     li_m->nind = 0;
1713     for (th = 0; th < li->ntask; th++)
1714     {
1715         Task         *li_task;
1716         int           b;
1717
1718         li_task   = &li->task[th];
1719
1720         if (li_m->nind + li_task->nind_r > li_m->ind_nalloc)
1721         {
1722             li_m->ind_nalloc = over_alloc_large(li_m->nind+li_task->nind_r);
1723             srenew(li_m->ind, li_m->ind_nalloc);
1724         }
1725
1726         for (b = 0; b < li_task->nind_r; b++)
1727         {
1728             li_m->ind[li_m->nind++] = li_task->ind_r[b];
1729         }
1730
1731         if (debug)
1732         {
1733             fprintf(debug, "LINCS thread %d: %d constraints\n",
1734                     th, li_task->nind);
1735         }
1736     }
1737
1738     if (debug)
1739     {
1740         fprintf(debug, "LINCS thread r: %d constraints\n",
1741                 li_m->nind);
1742     }
1743 }
1744
1745 /*! \brief There is no realloc with alignment, so here we make one for reals.
1746  * Note that this function does not preserve the contents of the memory.
1747  */
1748 static void resize_real_aligned(real **ptr, int nelem)
1749 {
1750     sfree_aligned(*ptr);
1751     snew_aligned(*ptr, nelem, align_bytes);
1752 }
1753
1754 //! Assign a constraint.
1755 static void assign_constraint(Lincs *li,
1756                               int constraint_index,
1757                               int a1, int a2,
1758                               real lenA, real lenB,
1759                               const t_blocka *at2con)
1760 {
1761     int con;
1762
1763     con = li->nc;
1764
1765     /* Make an mapping of local topology constraint index to LINCS index */
1766     li->con_index[constraint_index] = con;
1767
1768     li->bllen0[con]  = lenA;
1769     li->ddist[con]   = lenB - lenA;
1770     /* Set the length to the topology A length */
1771     li->bllen[con]   = lenA;
1772     li->bla[2*con]   = a1;
1773     li->bla[2*con+1] = a2;
1774
1775     /* Make space in the constraint connection matrix for constraints
1776      * connected to both end of the current constraint.
1777      */
1778     li->ncc +=
1779         at2con->index[a1 + 1] - at2con->index[a1] - 1 +
1780         at2con->index[a2 + 1] - at2con->index[a2] - 1;
1781
1782     li->blnr[con + 1] = li->ncc;
1783
1784     /* Increase the constraint count */
1785     li->nc++;
1786 }
1787
1788 /*! \brief Check if constraint with topology index constraint_index is connected
1789  * to other constraints, and if so add those connected constraints to our task. */
1790 static void check_assign_connected(Lincs *li,
1791                                    const t_iatom *iatom,
1792                                    const t_idef &idef,
1793                                    bool bDynamics,
1794                                    int a1, int a2,
1795                                    const t_blocka *at2con)
1796 {
1797     /* Currently this function only supports constraint groups
1798      * in which all constraints share at least one atom
1799      * (e.g. H-bond constraints).
1800      * Check both ends of the current constraint for
1801      * connected constraints. We need to assign those
1802      * to the same task.
1803      */
1804     int end;
1805
1806     for (end = 0; end < 2; end++)
1807     {
1808         int a, k;
1809
1810         a = (end == 0 ? a1 : a2);
1811
1812         for (k = at2con->index[a]; k < at2con->index[a + 1]; k++)
1813         {
1814             int cc;
1815
1816             cc = at2con->a[k];
1817             /* Check if constraint cc has not yet been assigned */
1818             if (li->con_index[cc] == -1)
1819             {
1820                 int  type;
1821                 real lenA, lenB;
1822
1823                 type = iatom[cc*3];
1824                 lenA = idef.iparams[type].constr.dA;
1825                 lenB = idef.iparams[type].constr.dB;
1826
1827                 if (bDynamics || lenA != 0 || lenB != 0)
1828                 {
1829                     assign_constraint(li, cc, iatom[3*cc + 1], iatom[3*cc + 2], lenA, lenB, at2con);
1830                 }
1831             }
1832         }
1833     }
1834 }
1835
1836 /*! \brief Check if constraint with topology index constraint_index is involved
1837  * in a constraint triangle, and if so add the other two constraints
1838  * in the triangle to our task. */
1839 static void check_assign_triangle(Lincs *li,
1840                                   const t_iatom *iatom,
1841                                   const t_idef &idef,
1842                                   bool bDynamics,
1843                                   int constraint_index,
1844                                   int a1, int a2,
1845                                   const t_blocka *at2con)
1846 {
1847     int nca, cc[32], ca[32], k;
1848     int c_triangle[2] = { -1, -1 };
1849
1850     nca = 0;
1851     for (k = at2con->index[a1]; k < at2con->index[a1 + 1]; k++)
1852     {
1853         int c;
1854
1855         c = at2con->a[k];
1856         if (c != constraint_index)
1857         {
1858             int aa1, aa2;
1859
1860             aa1 = iatom[c*3 + 1];
1861             aa2 = iatom[c*3 + 2];
1862             if (aa1 != a1)
1863             {
1864                 cc[nca] = c;
1865                 ca[nca] = aa1;
1866                 nca++;
1867             }
1868             if (aa2 != a1)
1869             {
1870                 cc[nca] = c;
1871                 ca[nca] = aa2;
1872                 nca++;
1873             }
1874         }
1875     }
1876
1877     for (k = at2con->index[a2]; k < at2con->index[a2 + 1]; k++)
1878     {
1879         int c;
1880
1881         c = at2con->a[k];
1882         if (c != constraint_index)
1883         {
1884             int aa1, aa2, i;
1885
1886             aa1 = iatom[c*3 + 1];
1887             aa2 = iatom[c*3 + 2];
1888             if (aa1 != a2)
1889             {
1890                 for (i = 0; i < nca; i++)
1891                 {
1892                     if (aa1 == ca[i])
1893                     {
1894                         c_triangle[0] = cc[i];
1895                         c_triangle[1] = c;
1896                     }
1897                 }
1898             }
1899             if (aa2 != a2)
1900             {
1901                 for (i = 0; i < nca; i++)
1902                 {
1903                     if (aa2 == ca[i])
1904                     {
1905                         c_triangle[0] = cc[i];
1906                         c_triangle[1] = c;
1907                     }
1908                 }
1909             }
1910         }
1911     }
1912
1913     if (c_triangle[0] >= 0)
1914     {
1915         int end;
1916
1917         for (end = 0; end < 2; end++)
1918         {
1919             /* Check if constraint c_triangle[end] has not yet been assigned */
1920             if (li->con_index[c_triangle[end]] == -1)
1921             {
1922                 int  i, type;
1923                 real lenA, lenB;
1924
1925                 i    = c_triangle[end]*3;
1926                 type = iatom[i];
1927                 lenA = idef.iparams[type].constr.dA;
1928                 lenB = idef.iparams[type].constr.dB;
1929
1930                 if (bDynamics || lenA != 0 || lenB != 0)
1931                 {
1932                     assign_constraint(li, c_triangle[end], iatom[i + 1], iatom[i + 2], lenA, lenB, at2con);
1933                 }
1934             }
1935         }
1936     }
1937 }
1938
1939 //! Sets matrix indices.
1940 static void set_matrix_indices(Lincs                *li,
1941                                const Task           *li_task,
1942                                const t_blocka       *at2con,
1943                                bool                  bSortMatrix)
1944 {
1945     int b;
1946
1947     for (b = li_task->b0; b < li_task->b1; b++)
1948     {
1949         int a1, a2, i, k;
1950
1951         a1 = li->bla[b*2];
1952         a2 = li->bla[b*2 + 1];
1953
1954         i = li->blnr[b];
1955         for (k = at2con->index[a1]; k < at2con->index[a1 + 1]; k++)
1956         {
1957             int concon;
1958
1959             concon = li->con_index[at2con->a[k]];
1960             if (concon != b)
1961             {
1962                 li->blbnb[i++] = concon;
1963             }
1964         }
1965         for (k = at2con->index[a2]; k < at2con->index[a2 + 1]; k++)
1966         {
1967             int concon;
1968
1969             concon = li->con_index[at2con->a[k]];
1970             if (concon != b)
1971             {
1972                 li->blbnb[i++] = concon;
1973             }
1974         }
1975
1976         if (bSortMatrix)
1977         {
1978             /* Order the blbnb matrix to optimize memory access */
1979             std::sort(&(li->blbnb[li->blnr[b]]), &(li->blbnb[li->blnr[b+1]]));
1980         }
1981     }
1982 }
1983
1984 void set_lincs(const t_idef         &idef,
1985                const t_mdatoms      &md,
1986                bool                  bDynamics,
1987                const t_commrec      *cr,
1988                Lincs                *li)
1989 {
1990     int          natoms;
1991     t_blocka     at2con;
1992     t_iatom     *iatom;
1993     int          i, ncc_alloc_old, ncon_tot;
1994
1995     li->nc_real = 0;
1996     li->nc      = 0;
1997     li->ncc     = 0;
1998     /* Zero the thread index ranges.
1999      * Otherwise without local constraints we could return with old ranges.
2000      */
2001     for (i = 0; i < li->ntask; i++)
2002     {
2003         li->task[i].b0   = 0;
2004         li->task[i].b1   = 0;
2005         li->task[i].nind = 0;
2006     }
2007     if (li->ntask > 1)
2008     {
2009         li->task[li->ntask].nind = 0;
2010     }
2011
2012     /* This is the local topology, so there are only F_CONSTR constraints */
2013     if (idef.il[F_CONSTR].nr == 0)
2014     {
2015         /* There are no constraints,
2016          * we do not need to fill any data structures.
2017          */
2018         return;
2019     }
2020
2021     if (debug)
2022     {
2023         fprintf(debug, "Building the LINCS connectivity\n");
2024     }
2025
2026     if (DOMAINDECOMP(cr))
2027     {
2028         if (cr->dd->constraints)
2029         {
2030             int start;
2031
2032             dd_get_constraint_range(cr->dd, &start, &natoms);
2033         }
2034         else
2035         {
2036             natoms = dd_numHomeAtoms(*cr->dd);
2037         }
2038     }
2039     else
2040     {
2041         natoms = md.homenr;
2042     }
2043
2044     at2con = make_at2con(natoms, idef.il, idef.iparams,
2045                          flexibleConstraintTreatment(bDynamics));
2046
2047     ncon_tot = idef.il[F_CONSTR].nr/3;
2048
2049     /* Ensure we have enough padding for aligned loads for each thread */
2050     if (ncon_tot + li->ntask*simd_width > li->nc_alloc || li->nc_alloc == 0)
2051     {
2052         int old_alloc = li->nc_alloc;
2053         li->nc_alloc = over_alloc_dd(ncon_tot + li->ntask*simd_width);
2054         srenew(li->con_index, li->nc_alloc);
2055         resize_real_aligned(&li->bllen0, li->nc_alloc);
2056         resize_real_aligned(&li->ddist, li->nc_alloc);
2057         srenew(li->bla, 2*li->nc_alloc);
2058         resize_real_aligned(&li->blc, li->nc_alloc);
2059         resize_real_aligned(&li->blc1, li->nc_alloc);
2060         srenew(li->blnr, li->nc_alloc + 1);
2061         resize_real_aligned(&li->bllen, li->nc_alloc);
2062         srenew(li->tmpv, li->nc_alloc);
2063         /* Need to clear the SIMD padding */
2064         for (int i = old_alloc; i < li->nc_alloc; i++)
2065         {
2066             clear_rvec(li->tmpv[i]);
2067         }
2068         if (DOMAINDECOMP(cr))
2069         {
2070             srenew(li->nlocat, li->nc_alloc);
2071         }
2072         resize_real_aligned(&li->tmp1, li->nc_alloc);
2073         resize_real_aligned(&li->tmp2, li->nc_alloc);
2074         resize_real_aligned(&li->tmp3, li->nc_alloc);
2075         resize_real_aligned(&li->tmp4, li->nc_alloc);
2076         resize_real_aligned(&li->mlambda, li->nc_alloc);
2077     }
2078
2079     iatom = idef.il[F_CONSTR].iatoms;
2080
2081     ncc_alloc_old = li->ncc_alloc;
2082     li->blnr[0]   = li->ncc;
2083
2084     /* Assign the constraints for li->ntask LINCS tasks.
2085      * We target a uniform distribution of constraints over the tasks.
2086      * Note that when flexible constraints are present, but are removed here
2087      * (e.g. because we are doing EM) we get imbalance, but since that doesn't
2088      * happen during normal MD, that's ok.
2089      */
2090     int ncon_assign, ncon_target, con, th;
2091
2092     /* Determine the number of constraints we need to assign here */
2093     ncon_assign      = ncon_tot;
2094     if (!bDynamics)
2095     {
2096         /* With energy minimization, flexible constraints are ignored
2097          * (and thus minimized, as they should be).
2098          */
2099         ncon_assign -= countFlexibleConstraints(idef.il, idef.iparams);
2100     }
2101
2102     /* Set the target constraint count per task to exactly uniform,
2103      * this might be overridden below.
2104      */
2105     ncon_target = (ncon_assign + li->ntask - 1)/li->ntask;
2106
2107     /* Mark all constraints as unassigned by setting their index to -1 */
2108     for (con = 0; con < ncon_tot; con++)
2109     {
2110         li->con_index[con] = -1;
2111     }
2112
2113     con = 0;
2114     for (th = 0; th < li->ntask; th++)
2115     {
2116         Task *li_task;
2117
2118         li_task = &li->task[th];
2119
2120 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
2121         /* With indepedent tasks we likely have H-bond constraints or constraint
2122          * pairs. The connected constraints will be pulled into the task, so the
2123          * constraints per task will often exceed ncon_target.
2124          * Triangle constraints can also increase the count, but there are
2125          * relatively few of those, so we usually expect to get ncon_target.
2126          */
2127         if (li->bTaskDep)
2128         {
2129             /* We round ncon_target to a multiple of GMX_SIMD_WIDTH,
2130              * since otherwise a lot of operations can be wasted.
2131              * There are several ways to round here, we choose the one
2132              * that alternates block sizes, which helps with Intel HT.
2133              */
2134             ncon_target = ((ncon_assign*(th + 1))/li->ntask - li->nc_real + GMX_SIMD_REAL_WIDTH - 1) & ~(GMX_SIMD_REAL_WIDTH - 1);
2135         }
2136 #endif      // GMX_SIMD==2 && GMX_SIMD_HAVE_REAL
2137
2138         /* Continue filling the arrays where we left off with the previous task,
2139          * including padding for SIMD.
2140          */
2141         li_task->b0 = li->nc;
2142
2143         while (con < ncon_tot && li->nc - li_task->b0 < ncon_target)
2144         {
2145             if (li->con_index[con] == -1)
2146             {
2147                 int  type, a1, a2;
2148                 real lenA, lenB;
2149
2150                 type   = iatom[3*con];
2151                 a1     = iatom[3*con + 1];
2152                 a2     = iatom[3*con + 2];
2153                 lenA   = idef.iparams[type].constr.dA;
2154                 lenB   = idef.iparams[type].constr.dB;
2155                 /* Skip the flexible constraints when not doing dynamics */
2156                 if (bDynamics || lenA != 0 || lenB != 0)
2157                 {
2158                     assign_constraint(li, con, a1, a2, lenA, lenB, &at2con);
2159
2160                     if (li->ntask > 1 && !li->bTaskDep)
2161                     {
2162                         /* We can generate independent tasks. Check if we
2163                          * need to assign connected constraints to our task.
2164                          */
2165                         check_assign_connected(li, iatom, idef, bDynamics,
2166                                                a1, a2, &at2con);
2167                     }
2168                     if (li->ntask > 1 && li->ncg_triangle > 0)
2169                     {
2170                         /* Ensure constraints in one triangle are assigned
2171                          * to the same task.
2172                          */
2173                         check_assign_triangle(li, iatom, idef, bDynamics,
2174                                               con, a1, a2, &at2con);
2175                     }
2176                 }
2177             }
2178
2179             con++;
2180         }
2181
2182         li_task->b1 = li->nc;
2183
2184         if (simd_width > 1)
2185         {
2186             /* Copy the last atom pair indices and lengths for constraints
2187              * up to a multiple of simd_width, such that we can do all
2188              * SIMD operations without having to worry about end effects.
2189              */
2190             int i, last;
2191
2192             li->nc = ((li_task->b1 + simd_width - 1)/simd_width)*simd_width;
2193             last   = li_task->b1 - 1;
2194             for (i = li_task->b1; i < li->nc; i++)
2195             {
2196                 li->bla[i*2    ] = li->bla[last*2    ];
2197                 li->bla[i*2 + 1] = li->bla[last*2 + 1];
2198                 li->bllen0[i]    = li->bllen0[last];
2199                 li->ddist[i]     = li->ddist[last];
2200                 li->bllen[i]     = li->bllen[last];
2201                 li->blnr[i + 1]  = li->blnr[last + 1];
2202             }
2203         }
2204
2205         /* Keep track of how many constraints we assigned */
2206         li->nc_real += li_task->b1 - li_task->b0;
2207
2208         if (debug)
2209         {
2210             fprintf(debug, "LINCS task %d constraints %d - %d\n",
2211                     th, li_task->b0, li_task->b1);
2212         }
2213     }
2214
2215     assert(li->nc_real == ncon_assign);
2216
2217     bool bSortMatrix;
2218
2219     /* Without DD we order the blbnb matrix to optimize memory access.
2220      * With DD the overhead of sorting is more than the gain during access.
2221      */
2222     bSortMatrix = !DOMAINDECOMP(cr);
2223
2224     if (li->ncc > li->ncc_alloc)
2225     {
2226         li->ncc_alloc = over_alloc_small(li->ncc);
2227         srenew(li->blbnb, li->ncc_alloc);
2228     }
2229
2230 #pragma omp parallel for num_threads(li->ntask) schedule(static)
2231     for (th = 0; th < li->ntask; th++)
2232     {
2233         try
2234         {
2235             Task *li_task;
2236
2237             li_task = &li->task[th];
2238
2239             if (li->ncg_triangle > 0 &&
2240                 li_task->b1 - li_task->b0 > li_task->tri_alloc)
2241             {
2242                 /* This is allocating too much, but it is difficult to improve */
2243                 li_task->tri_alloc = over_alloc_dd(li_task->b1 - li_task->b0);
2244                 srenew(li_task->triangle, li_task->tri_alloc);
2245                 srenew(li_task->tri_bits, li_task->tri_alloc);
2246             }
2247
2248             set_matrix_indices(li, li_task, &at2con, bSortMatrix);
2249         }
2250         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
2251     }
2252
2253     done_blocka(&at2con);
2254
2255     if (cr->dd == nullptr)
2256     {
2257         /* Since the matrix is static, we should free some memory */
2258         li->ncc_alloc = li->ncc;
2259         srenew(li->blbnb, li->ncc_alloc);
2260     }
2261
2262     if (li->ncc_alloc > ncc_alloc_old)
2263     {
2264         srenew(li->blmf, li->ncc_alloc);
2265         srenew(li->blmf1, li->ncc_alloc);
2266         srenew(li->tmpncc, li->ncc_alloc);
2267     }
2268
2269     gmx::ArrayRef<const int> nlocat_dd = dd_constraints_nlocalatoms(cr->dd);
2270     if (!nlocat_dd.empty())
2271     {
2272         /* Convert nlocat from local topology to LINCS constraint indexing */
2273         for (con = 0; con < ncon_tot; con++)
2274         {
2275             li->nlocat[li->con_index[con]] = nlocat_dd[con];
2276         }
2277     }
2278     else
2279     {
2280         li->nlocat = nullptr;
2281     }
2282
2283     if (debug)
2284     {
2285         fprintf(debug, "Number of constraints is %d, padded %d, couplings %d\n",
2286                 li->nc_real, li->nc, li->ncc);
2287     }
2288
2289     if (li->ntask > 1)
2290     {
2291         lincs_thread_setup(li, md.nr);
2292     }
2293
2294     set_lincs_matrix(li, md.invmass, md.lambda);
2295 }
2296
2297 //! Issues a warning when LINCS constraints cannot be satisfied.
2298 static void lincs_warning(gmx_domdec_t *dd, const rvec *x, rvec *xprime, t_pbc *pbc,
2299                           int ncons, const int *bla, real *bllen, real wangle,
2300                           int maxwarn, int *warncount)
2301 {
2302     int  b, i, j;
2303     rvec v0, v1;
2304     real wfac, d0, d1, cosine;
2305
2306     wfac = std::cos(DEG2RAD*wangle);
2307
2308     fprintf(stderr,
2309             "bonds that rotated more than %g degrees:\n"
2310             " atom 1 atom 2  angle  previous, current, constraint length\n",
2311             wangle);
2312
2313     for (b = 0; b < ncons; b++)
2314     {
2315         i = bla[2*b];
2316         j = bla[2*b+1];
2317         if (pbc)
2318         {
2319             pbc_dx_aiuc(pbc, x[i], x[j], v0);
2320             pbc_dx_aiuc(pbc, xprime[i], xprime[j], v1);
2321         }
2322         else
2323         {
2324             rvec_sub(x[i], x[j], v0);
2325             rvec_sub(xprime[i], xprime[j], v1);
2326         }
2327         d0     = norm(v0);
2328         d1     = norm(v1);
2329         cosine = ::iprod(v0, v1)/(d0*d1);
2330         if (cosine < wfac)
2331         {
2332             fprintf(stderr,
2333                     " %6d %6d  %5.1f  %8.4f %8.4f    %8.4f\n",
2334                     ddglatnr(dd, i), ddglatnr(dd, j),
2335                     RAD2DEG*std::acos(cosine), d0, d1, bllen[b]);
2336             if (!std::isfinite(d1))
2337             {
2338                 gmx_fatal(FARGS, "Bond length not finite.");
2339             }
2340
2341             (*warncount)++;
2342         }
2343     }
2344     if (*warncount > maxwarn)
2345     {
2346         too_many_constraint_warnings(econtLINCS, *warncount);
2347     }
2348 }
2349
2350 //! Determine how well the constraints have been satisfied.
2351 static void cconerr(const Lincs *lincsd,
2352                     rvec *x, t_pbc *pbc,
2353                     real *ncons_loc, real *ssd, real *max, int *imax)
2354 {
2355     const int  *bla, *nlocat;
2356     const real *bllen;
2357     real        ma, ssd2;
2358     int         count, im, task;
2359
2360     bla    = lincsd->bla;
2361     bllen  = lincsd->bllen;
2362     nlocat = lincsd->nlocat;
2363
2364     ma    = 0;
2365     ssd2  = 0;
2366     im    = 0;
2367     count = 0;
2368     for (task = 0; task < lincsd->ntask; task++)
2369     {
2370         int b;
2371
2372         for (b = lincsd->task[task].b0; b < lincsd->task[task].b1; b++)
2373         {
2374             real len, d, r2;
2375             rvec dx;
2376
2377             if (pbc)
2378             {
2379                 pbc_dx_aiuc(pbc, x[bla[2*b]], x[bla[2*b+1]], dx);
2380             }
2381             else
2382             {
2383                 rvec_sub(x[bla[2*b]], x[bla[2*b+1]], dx);
2384             }
2385             r2  = ::norm2(dx);
2386             len = r2*gmx::invsqrt(r2);
2387             d   = std::abs(len/bllen[b]-1);
2388             if (d > ma && (nlocat == nullptr || nlocat[b]))
2389             {
2390                 ma = d;
2391                 im = b;
2392             }
2393             if (nlocat == nullptr)
2394             {
2395                 ssd2 += d*d;
2396                 count++;
2397             }
2398             else
2399             {
2400                 ssd2  += nlocat[b]*d*d;
2401                 count += nlocat[b];
2402             }
2403         }
2404     }
2405
2406     *ncons_loc = (nlocat ? 0.5 : 1)*count;
2407     *ssd       = (nlocat ? 0.5 : 1)*ssd2;
2408     *max       = ma;
2409     *imax      = im;
2410 }
2411
2412 bool constrain_lincs(bool computeRmsd,
2413                      const t_inputrec &ir,
2414                      int64_t step,
2415                      Lincs *lincsd, const t_mdatoms &md,
2416                      const t_commrec *cr,
2417                      const gmx_multisim_t &ms,
2418                      const rvec *x, rvec *xprime, rvec *min_proj,
2419                      matrix box, t_pbc *pbc,
2420                      real lambda, real *dvdlambda,
2421                      real invdt, rvec *v,
2422                      bool bCalcVir, tensor vir_r_m_dr,
2423                      ConstraintVariable econq,
2424                      t_nrnb *nrnb,
2425                      int maxwarn, int *warncount)
2426 {
2427     gmx_bool  bCalcDHDL;
2428     char      buf2[22], buf3[STRLEN];
2429     int       i, p_imax;
2430     real      ncons_loc, p_ssd, p_max = 0;
2431     rvec      dx;
2432     bool      bOK, bWarn;
2433
2434     bOK = TRUE;
2435
2436     /* This boolean should be set by a flag passed to this routine.
2437      * We can also easily check if any constraint length is changed,
2438      * if not dH/dlambda=0 and we can also set the boolean to FALSE.
2439      */
2440     bCalcDHDL = (ir.efep != efepNO && dvdlambda != nullptr);
2441
2442     if (lincsd->nc == 0 && cr->dd == nullptr)
2443     {
2444         if (computeRmsd)
2445         {
2446             lincsd->rmsdData = {{0}};
2447         }
2448
2449         return bOK;
2450     }
2451
2452     if (econq == ConstraintVariable::Positions)
2453     {
2454         /* We can't use bCalcDHDL here, since NULL can be passed for dvdlambda
2455          * also with efep!=fepNO.
2456          */
2457         if (ir.efep != efepNO)
2458         {
2459             if (md.nMassPerturbed && lincsd->matlam != md.lambda)
2460             {
2461                 set_lincs_matrix(lincsd, md.invmass, md.lambda);
2462             }
2463
2464             for (i = 0; i < lincsd->nc; i++)
2465             {
2466                 lincsd->bllen[i] = lincsd->bllen0[i] + lambda*lincsd->ddist[i];
2467             }
2468         }
2469
2470         if (lincsd->ncg_flex)
2471         {
2472             /* Set the flexible constraint lengths to the old lengths */
2473             if (pbc != nullptr)
2474             {
2475                 for (i = 0; i < lincsd->nc; i++)
2476                 {
2477                     if (lincsd->bllen[i] == 0)
2478                     {
2479                         pbc_dx_aiuc(pbc, x[lincsd->bla[2*i]], x[lincsd->bla[2*i+1]], dx);
2480                         lincsd->bllen[i] = norm(dx);
2481                     }
2482                 }
2483             }
2484             else
2485             {
2486                 for (i = 0; i < lincsd->nc; i++)
2487                 {
2488                     if (lincsd->bllen[i] == 0)
2489                     {
2490                         lincsd->bllen[i] =
2491                             std::sqrt(distance2(x[lincsd->bla[2*i]],
2492                                                 x[lincsd->bla[2*i+1]]));
2493                     }
2494                 }
2495             }
2496         }
2497
2498         if (debug)
2499         {
2500             cconerr(lincsd, xprime, pbc,
2501                     &ncons_loc, &p_ssd, &p_max, &p_imax);
2502         }
2503
2504         /* This bWarn var can be updated by multiple threads
2505          * at the same time. But as we only need to detect
2506          * if a warning occurred or not, this is not an issue.
2507          */
2508         bWarn = FALSE;
2509
2510         /* The OpenMP parallel region of constrain_lincs for coords */
2511 #pragma omp parallel num_threads(lincsd->ntask)
2512         {
2513             try
2514             {
2515                 int th = gmx_omp_get_thread_num();
2516
2517                 clear_mat(lincsd->task[th].vir_r_m_dr);
2518
2519                 do_lincs(x, xprime, box, pbc, lincsd, th,
2520                          md.invmass, cr,
2521                          bCalcDHDL,
2522                          ir.LincsWarnAngle, &bWarn,
2523                          invdt, v, bCalcVir,
2524                          th == 0 ? vir_r_m_dr : lincsd->task[th].vir_r_m_dr);
2525             }
2526             GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
2527         }
2528
2529         if (debug && lincsd->nc > 0)
2530         {
2531             fprintf(debug, "   Rel. Constraint Deviation:  RMS         MAX     between atoms\n");
2532             fprintf(debug, "       Before LINCS          %.6f    %.6f %6d %6d\n",
2533                     std::sqrt(p_ssd/ncons_loc), p_max,
2534                     ddglatnr(cr->dd, lincsd->bla[2*p_imax]),
2535                     ddglatnr(cr->dd, lincsd->bla[2*p_imax+1]));
2536         }
2537         if (computeRmsd || debug)
2538         {
2539             cconerr(lincsd, xprime, pbc,
2540                     &ncons_loc, &p_ssd, &p_max, &p_imax);
2541             lincsd->rmsdData[0] = ncons_loc;
2542             lincsd->rmsdData[1] = p_ssd;
2543         }
2544         else
2545         {
2546             lincsd->rmsdData = {{0}};
2547         }
2548         if (debug && lincsd->nc > 0)
2549         {
2550             fprintf(debug,
2551                     "        After LINCS          %.6f    %.6f %6d %6d\n\n",
2552                     std::sqrt(p_ssd/ncons_loc), p_max,
2553                     ddglatnr(cr->dd, lincsd->bla[2*p_imax]),
2554                     ddglatnr(cr->dd, lincsd->bla[2*p_imax+1]));
2555         }
2556
2557         if (bWarn)
2558         {
2559             if (maxwarn < INT_MAX)
2560             {
2561                 cconerr(lincsd, xprime, pbc,
2562                         &ncons_loc, &p_ssd, &p_max, &p_imax);
2563                 if (isMultiSim(&ms))
2564                 {
2565                     sprintf(buf3, " in simulation %d", ms.sim);
2566                 }
2567                 else
2568                 {
2569                     buf3[0] = 0;
2570                 }
2571                 fprintf(stderr,
2572                         "\nStep %s, time %g (ps)  LINCS WARNING%s\n"
2573                         "relative constraint deviation after LINCS:\n"
2574                         "rms %.6f, max %.6f (between atoms %d and %d)\n",
2575                         gmx_step_str(step, buf2), ir.init_t+step*ir.delta_t,
2576                         buf3,
2577                         std::sqrt(p_ssd/ncons_loc), p_max,
2578                         ddglatnr(cr->dd, lincsd->bla[2*p_imax]),
2579                         ddglatnr(cr->dd, lincsd->bla[2*p_imax+1]));
2580
2581                 lincs_warning(cr->dd, x, xprime, pbc,
2582                               lincsd->nc, lincsd->bla, lincsd->bllen,
2583                               ir.LincsWarnAngle, maxwarn, warncount);
2584             }
2585             bOK = (p_max < 0.5);
2586         }
2587
2588         if (lincsd->ncg_flex)
2589         {
2590             for (i = 0; (i < lincsd->nc); i++)
2591             {
2592                 if (lincsd->bllen0[i] == 0 && lincsd->ddist[i] == 0)
2593                 {
2594                     lincsd->bllen[i] = 0;
2595                 }
2596             }
2597         }
2598     }
2599     else
2600     {
2601         /* The OpenMP parallel region of constrain_lincs for derivatives */
2602 #pragma omp parallel num_threads(lincsd->ntask)
2603         {
2604             try
2605             {
2606                 int th = gmx_omp_get_thread_num();
2607
2608                 do_lincsp(x, xprime, min_proj, pbc, lincsd, th,
2609                           md.invmass, econq, bCalcDHDL,
2610                           bCalcVir, th == 0 ? vir_r_m_dr : lincsd->task[th].vir_r_m_dr);
2611             }
2612             GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR;
2613         }
2614     }
2615
2616     if (bCalcDHDL)
2617     {
2618         /* Reduce the dH/dlambda contributions over the threads */
2619         real dhdlambda;
2620         int  th;
2621
2622         dhdlambda = 0;
2623         for (th = 0; th < lincsd->ntask; th++)
2624         {
2625             dhdlambda += lincsd->task[th].dhdlambda;
2626         }
2627         if (econq == ConstraintVariable::Positions)
2628         {
2629             /* dhdlambda contains dH/dlambda*dt^2, correct for this */
2630             /* TODO This should probably use invdt, so that sd integrator scaling works properly */
2631             dhdlambda /= ir.delta_t*ir.delta_t;
2632         }
2633         *dvdlambda += dhdlambda;
2634     }
2635
2636     if (bCalcVir && lincsd->ntask > 1)
2637     {
2638         for (i = 1; i < lincsd->ntask; i++)
2639         {
2640             m_add(vir_r_m_dr, lincsd->task[i].vir_r_m_dr, vir_r_m_dr);
2641         }
2642     }
2643
2644     /* count assuming nit=1 */
2645     inc_nrnb(nrnb, eNR_LINCS, lincsd->nc_real);
2646     inc_nrnb(nrnb, eNR_LINCSMAT, (2+lincsd->nOrder)*lincsd->ncc);
2647     if (lincsd->ntriangle > 0)
2648     {
2649         inc_nrnb(nrnb, eNR_LINCSMAT, lincsd->nOrder*lincsd->ncc_triangle);
2650     }
2651     if (v)
2652     {
2653         inc_nrnb(nrnb, eNR_CONSTR_V, lincsd->nc_real*2);
2654     }
2655     if (bCalcVir)
2656     {
2657         inc_nrnb(nrnb, eNR_CONSTR_VIR, lincsd->nc_real);
2658     }
2659
2660     return bOK;
2661 }
2662
2663 }  // namespace gmx