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 by the GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2018,2019,2020,2021, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 /*! \internal \file
  39  * \brief Defines LINCS code.
  40  *
  41  * \author Berk Hess <hess@kth.se>
  42  * \author Mark Abraham <mark.j.abraham@gmail.com>
  43  * \ingroup module_mdlib
  44  */
  45 #include "gmxpre.h"
  46
  47 #include "lincs.h"
  48
  49 #include "config.h"
  50
  51 #include <cassert>
  52 #include <cmath>
  53 #include <cstdlib>
  54
  55 #include <algorithm>
  56 #include <vector>
  57
  58 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  59 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  60 #include "gromacs/gmxlib/nrnb.h"
  61 #include "gromacs/math/functions.h"
  62 #include "gromacs/math/paddedvector.h"
  63 #include "gromacs/math/units.h"
  64 #include "gromacs/math/vec.h"
  65 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  66 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  67 #include "gromacs/mdrunutility/multisim.h"
  68 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  70 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  71 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  72 #include "gromacs/pbcutil/pbc_simd.h"
  73 #include "gromacs/simd/simd.h"
  74 #include "gromacs/simd/simd_math.h"
  75 #include "gromacs/simd/vector_operations.h"
  76 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  77 #include "gromacs/utility/alignedallocator.h"
  78 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  79 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  80 #include "gromacs/utility/bitmask.h"
  81 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  82 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  83 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  84 #include "gromacs/utility/gmxomp.h"
  85 #include "gromacs/utility/listoflists.h"
  86 #include "gromacs/utility/pleasecite.h"
  87
  88 namespace gmx
  89 {
  90
  91 //! Indices of the two atoms involved in a single constraint
  92 struct AtomPair
  93 {
  94     //! \brief Constructor, does not initialize to catch bugs and faster construction
  95     AtomPair() {}
  96
  97     //! Index of atom 1
  98     int index1;
  99     //! Index of atom 2
 100     int index2;
 101 };
 102
 103 //! Unit of work within LINCS.
 104 struct Task
 105 {
 106     //! First constraint for this task.
 107     int b0 = 0;
 108     //! b1-1 is the last constraint for this task.
 109     int b1 = 0;
 110     //! The number of constraints in triangles.
 111     int ntriangle = 0;
 112     //! The list of triangle constraints.
 113     std::vector<int> triangle;
 114     //! The bits tell if the matrix element should be used.
 115     std::vector<int> tri_bits;
 116     //! Constraint index for updating atom data.
 117     std::vector<int> ind;
 118     //! Constraint index for updating atom data.
 119     std::vector<int> ind_r;
 120     //! Temporary variable for virial calculation.
 121     tensor vir_r_m_dr = { { 0 } };
 122     //! Temporary variable for lambda derivative.
 123     real dhdlambda;
 124 };
 125
 126 /*! \brief Data for LINCS algorithm.
 127  */
 128 class Lincs
 129 {
 130 public:
 131     //! The global number of constraints.
 132     int ncg = 0;
 133     //! The global number of flexible constraints.
 134     int ncg_flex = 0;
 135     //! The global number of constraints in triangles.
 136     int ncg_triangle = 0;
 137     //! The number of iterations.
 138     int nIter = 0;
 139     //! The order of the matrix expansion.
 140     int nOrder = 0;
 141     //! The maximum number of constraints connected to a single atom.
 142     int max_connect = 0;
 143
 144     //! The number of real constraints.
 145     int nc_real = 0;
 146     //! The number of constraints including padding for SIMD.
 147     int nc = 0;
 148     //! The number of constraint connections.
 149     int ncc = 0;
 150     //! The FE lambda value used for filling blc and blmf.
 151     real matlam = 0;
 152     //! mapping from topology to LINCS constraints.
 153     std::vector<int> con_index;
 154     //! The reference distance in topology A.
 155     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> bllen0;
 156     //! The reference distance in top B - the r.d. in top A.
 157     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> ddist;
 158     //! The atom pairs involved in the constraints.
 159     std::vector<AtomPair> atoms;
 160     //! 1/sqrt(invmass1  invmass2).
 161     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> blc;
 162     //! As blc, but with all masses 1.
 163     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> blc1;
 164     //! Index into blbnb and blmf.
 165     std::vector<int> blnr;
 166     //! List of constraint connections.
 167     std::vector<int> blbnb;
 168     //! The local number of constraints in triangles.
 169     int ntriangle = 0;
 170     //! The number of constraint connections in triangles.
 171     int ncc_triangle = 0;
 172     //! Communicate before each LINCS interation.
 173     bool bCommIter = false;
 174     //! Matrix of mass factors for constraint connections.
 175     std::vector<real> blmf;
 176     //! As blmf, but with all masses 1.
 177     std::vector<real> blmf1;
 178     //! The reference bond length.
 179     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> bllen;
 180     //! The local atom count per constraint, can be NULL.
 181     std::vector<int> nlocat;
 182
 183     /*! \brief The number of tasks used for LINCS work.
 184      *
 185      * \todo This is mostly used to loop over \c task, which would
 186      * be nicer to do with range-based for loops, but the thread
 187      * index is used for constructing bit masks and organizing the
 188      * virial output buffer, so other things need to change,
 189      * first. */
 190     int ntask = 0;
 191     /*! \brief LINCS thread division */
 192     std::vector<Task> task;
 193     //! Atom flags for thread parallelization.
 194     std::vector<gmx_bitmask_t> atf;
 195     //! Are the LINCS tasks interdependent?
 196     bool bTaskDep = false;
 197     //! Are there triangle constraints that cross task borders?
 198     bool bTaskDepTri = false;
 199     //! Arrays for temporary storage in the LINCS algorithm.
 200     /*! @{ */
 201     PaddedVector<gmx::RVec>                   tmpv;
 202     std::vector<real>                         tmpncc;
 203     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> tmp1;
 204     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> tmp2;
 205     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> tmp3;
 206     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> tmp4;
 207     /*! @} */
 208     //! The Lagrange multipliers times -1.
 209     std::vector<real, AlignedAllocator<real>> mlambda;
 210     //! Storage for the constraint RMS relative deviation output.
 211     std::array<real, 2> rmsdData = { { 0 } };
 212 };
 213
 214 /*! \brief Define simd_width for memory allocation used for SIMD code */
 215 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 216 static const int simd_width = GMX_SIMD_REAL_WIDTH;
 217 #else
 218 static const int simd_width = 1;
 219 #endif
 220
 221 ArrayRef<real> lincs_rmsdData(Lincs* lincsd)
 222 {
 223     return lincsd->rmsdData;
 224 }
 225
 226 real lincs_rmsd(const Lincs* lincsd)
 227 {
 228     if (lincsd->rmsdData[0] > 0)
 229     {
 230         return std::sqrt(lincsd->rmsdData[1] / lincsd->rmsdData[0]);
 231     }
 232     else
 233     {
 234         return 0;
 235     }
 236 }
 237
 238 /*! \brief Do a set of nrec LINCS matrix multiplications.
 239  *
 240  * This function will return with up to date thread-local
 241  * constraint data, without an OpenMP barrier.
 242  */
 243 static void lincs_matrix_expand(const Lincs&              lincsd,
 244                                 const Task&               li_task,
 245                                 gmx::ArrayRef<const real> blcc,
 246                                 gmx::ArrayRef<real>       rhs1,
 247                                 gmx::ArrayRef<real>       rhs2,
 248                                 gmx::ArrayRef<real>       sol)
 249 {
 250     gmx::ArrayRef<const int> blnr  = lincsd.blnr;
 251     gmx::ArrayRef<const int> blbnb = lincsd.blbnb;
 252
 253     const int b0   = li_task.b0;
 254     const int b1   = li_task.b1;
 255     const int nrec = lincsd.nOrder;
 256
 257     for (int rec = 0; rec < nrec; rec++)
 258     {
 259         if (lincsd.bTaskDep)
 260         {
 261 #pragma omp barrier
 262         }
 263         for (int b = b0; b < b1; b++)
 264         {
 265             real mvb;
 266             int  n;
 267
 268             mvb = 0;
 269             for (n = blnr[b]; n < blnr[b + 1]; n++)
 270             {
 271                 mvb = mvb + blcc[n] * rhs1[blbnb[n]];
 272             }
 273             rhs2[b] = mvb;
 274             sol[b]  = sol[b] + mvb;
 275         }
 276
 277         std::swap(rhs1, rhs2);
 278     } /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
 279
 280     if (lincsd.ntriangle > 0)
 281     {
 282         /* Perform an extra nrec recursions for only the constraints
 283          * involved in rigid triangles.
 284          * In this way their accuracy should come close to those of the other
 285          * constraints, since traingles of constraints can produce eigenvalues
 286          * around 0.7, while the effective eigenvalue for bond constraints
 287          * is around 0.4 (and 0.7*0.7=0.5).
 288          */
 289
 290         if (lincsd.bTaskDep)
 291         {
 292             /* We need a barrier here, since other threads might still be
 293              * reading the contents of rhs1 and/o rhs2.
 294              * We could avoid this barrier by introducing two extra rhs
 295              * arrays for the triangle constraints only.
 296              */
 297 #pragma omp barrier
 298         }
 299
 300         /* Constraints involved in a triangle are ensured to be in the same
 301          * LINCS task. This means no barriers are required during the extra
 302          * iterations for the triangle constraints.
 303          */
 304         gmx::ArrayRef<const int> triangle = li_task.triangle;
 305         gmx::ArrayRef<const int> tri_bits = li_task.tri_bits;
 306
 307         for (int rec = 0; rec < nrec; rec++)
 308         {
 309             for (int tb = 0; tb < li_task.ntriangle; tb++)
 310             {
 311                 int  b, bits, nr0, nr1, n;
 312                 real mvb;
 313
 314                 b    = triangle[tb];
 315                 bits = tri_bits[tb];
 316                 mvb  = 0;
 317                 nr0  = blnr[b];
 318                 nr1  = blnr[b + 1];
 319                 for (n = nr0; n < nr1; n++)
 320                 {
 321                     if (bits & (1 << (n - nr0)))
 322                     {
 323                         mvb = mvb + blcc[n] * rhs1[blbnb[n]];
 324                     }
 325                 }
 326                 rhs2[b] = mvb;
 327                 sol[b]  = sol[b] + mvb;
 328             }
 329
 330             std::swap(rhs1, rhs2);
 331         } /* nrec*(ntriangle + ncc_triangle*2) flops */
 332
 333         if (lincsd.bTaskDepTri)
 334         {
 335             /* The constraints triangles are decoupled from each other,
 336              * but constraints in one triangle cross thread task borders.
 337              * We could probably avoid this with more advanced setup code.
 338              */
 339 #pragma omp barrier
 340         }
 341     }
 342 }
 343
 344 //! Update atomic coordinates when an index is not required.
 345 static void lincs_update_atoms_noind(int                            ncons,
 346                                      gmx::ArrayRef<const AtomPair>  atoms,
 347                                      real                           preFactor,
 348                                      gmx::ArrayRef<const real>      fac,
 349                                      gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> r,
 350                                      gmx::ArrayRef<const real>      invmass,
 351                                      rvec*                          x)
 352 {
 353     if (!invmass.empty())
 354     {
 355         for (int b = 0; b < ncons; b++)
 356         {
 357             int  i    = atoms[b].index1;
 358             int  j    = atoms[b].index2;
 359             real mvb  = preFactor * fac[b];
 360             real im1  = invmass[i];
 361             real im2  = invmass[j];
 362             real tmp0 = r[b][0] * mvb;
 363             real tmp1 = r[b][1] * mvb;
 364             real tmp2 = r[b][2] * mvb;
 365             x[i][0] -= tmp0 * im1;
 366             x[i][1] -= tmp1 * im1;
 367             x[i][2] -= tmp2 * im1;
 368             x[j][0] += tmp0 * im2;
 369             x[j][1] += tmp1 * im2;
 370             x[j][2] += tmp2 * im2;
 371         } /* 16 ncons flops */
 372     }
 373     else
 374     {
 375         for (int b = 0; b < ncons; b++)
 376         {
 377             int  i    = atoms[b].index1;
 378             int  j    = atoms[b].index2;
 379             real mvb  = preFactor * fac[b];
 380             real tmp0 = r[b][0] * mvb;
 381             real tmp1 = r[b][1] * mvb;
 382             real tmp2 = r[b][2] * mvb;
 383             x[i][0] -= tmp0;
 384             x[i][1] -= tmp1;
 385             x[i][2] -= tmp2;
 386             x[j][0] += tmp0;
 387             x[j][1] += tmp1;
 388             x[j][2] += tmp2;
 389         }
 390     }
 391 }
 392
 393 //! Update atomic coordinates when an index is required.
 394 static void lincs_update_atoms_ind(gmx::ArrayRef<const int>       ind,
 395                                    gmx::ArrayRef<const AtomPair>  atoms,
 396                                    real                           preFactor,
 397                                    gmx::ArrayRef<const real>      fac,
 398                                    gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> r,
 399                                    gmx::ArrayRef<const real>      invmass,
 400                                    rvec*                          x)
 401 {
 402     if (!invmass.empty())
 403     {
 404         for (int b : ind)
 405         {
 406             int  i    = atoms[b].index1;
 407             int  j    = atoms[b].index2;
 408             real mvb  = preFactor * fac[b];
 409             real im1  = invmass[i];
 410             real im2  = invmass[j];
 411             real tmp0 = r[b][0] * mvb;
 412             real tmp1 = r[b][1] * mvb;
 413             real tmp2 = r[b][2] * mvb;
 414             x[i][0] -= tmp0 * im1;
 415             x[i][1] -= tmp1 * im1;
 416             x[i][2] -= tmp2 * im1;
 417             x[j][0] += tmp0 * im2;
 418             x[j][1] += tmp1 * im2;
 419             x[j][2] += tmp2 * im2;
 420         } /* 16 ncons flops */
 421     }
 422     else
 423     {
 424         for (int b : ind)
 425         {
 426             int  i    = atoms[b].index1;
 427             int  j    = atoms[b].index2;
 428             real mvb  = preFactor * fac[b];
 429             real tmp0 = r[b][0] * mvb;
 430             real tmp1 = r[b][1] * mvb;
 431             real tmp2 = r[b][2] * mvb;
 432             x[i][0] -= tmp0;
 433             x[i][1] -= tmp1;
 434             x[i][2] -= tmp2;
 435             x[j][0] += tmp0;
 436             x[j][1] += tmp1;
 437             x[j][2] += tmp2;
 438         } /* 16 ncons flops */
 439     }
 440 }
 441
 442 //! Update coordinates for atoms.
 443 static void lincs_update_atoms(Lincs*                         li,
 444                                int                            th,
 445                                real                           preFactor,
 446                                gmx::ArrayRef<const real>      fac,
 447                                gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> r,
 448                                gmx::ArrayRef<const real>      invmass,
 449                                rvec*                          x)
 450 {
 451     if (li->ntask == 1)
 452     {
 453         /* Single thread, we simply update for all constraints */
 454         lincs_update_atoms_noind(li->nc_real, li->atoms, preFactor, fac, r, invmass, x);
 455     }
 456     else
 457     {
 458         /* Update the atom vector components for our thread local
 459          * constraints that only access our local atom range.
 460          * This can be done without a barrier.
 461          */
 462         lincs_update_atoms_ind(li->task[th].ind, li->atoms, preFactor, fac, r, invmass, x);
 463
 464         if (!li->task[li->ntask].ind.empty())
 465         {
 466             /* Update the constraints that operate on atoms
 467              * in multiple thread atom blocks on the master thread.
 468              */
 469 #pragma omp barrier
 470 #pragma omp master
 471             {
 472                 lincs_update_atoms_ind(li->task[li->ntask].ind, li->atoms, preFactor, fac, r, invmass, x);
 473             }
 474         }
 475     }
 476 }
 477
 478 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 479 //! Helper function so that we can run TSAN with SIMD support (where implemented).
 480 template<int align>
 481 static inline void gmx_simdcall gatherLoadUTransposeTSANSafe(const real*         base,
 482                                                              const std::int32_t* offset,
 483                                                              SimdReal*           v0,
 484                                                              SimdReal*           v1,
 485                                                              SimdReal*           v2)
 486 {
 487 #    if (CMAKE_BUILD_TYPE == CMAKE_BUILD_TYPE_TSAN) && GMX_SIMD_X86_AVX2_256
 488     // This function is only implemented in this case
 489     gatherLoadUTransposeSafe<align>(base, offset, v0, v1, v2);
 490 #    else
 491     gatherLoadUTranspose<align>(base, offset, v0, v1, v2);
 492 #    endif
 493 }
 494
 495 /*! \brief Calculate the constraint distance vectors r to project on from x.
 496  *
 497  * Determine the right-hand side of the matrix equation using quantity f.
 498  * This function only differs from calc_dr_x_xp_simd below in that
 499  * no constraint length is subtracted and no PBC is used for f. */
 500 static void gmx_simdcall calc_dr_x_f_simd(int                           b0,
 501                                           int                           b1,
 502                                           gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms,
 503                                           const rvec* gmx_restrict      x,
 504                                           const rvec* gmx_restrict      f,
 505                                           const real* gmx_restrict      blc,
 506                                           const real*                   pbc_simd,
 507                                           rvec* gmx_restrict            r,
 508                                           real* gmx_restrict            rhs,
 509                                           real* gmx_restrict            sol)
 510 {
 511     assert(b0 % GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 0);
 512
 513     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset2[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 514
 515     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 516     {
 517         offset2[i] = i;
 518     }
 519
 520     for (int bs = b0; bs < b1; bs += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
 521     {
 522         SimdReal                                 x0_S, y0_S, z0_S;
 523         SimdReal                                 x1_S, y1_S, z1_S;
 524         SimdReal                                 rx_S, ry_S, rz_S, n2_S, il_S;
 525         SimdReal                                 fx_S, fy_S, fz_S, ip_S, rhs_S;
 526         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset0[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 527         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset1[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 528
 529         for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 530         {
 531             offset0[i] = atoms[bs + i].index1;
 532             offset1[i] = atoms[bs + i].index2;
 533         }
 534
 535         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(x), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 536         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(x), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 537         rx_S = x0_S - x1_S;
 538         ry_S = y0_S - y1_S;
 539         rz_S = z0_S - z1_S;
 540
 541         pbc_correct_dx_simd(&rx_S, &ry_S, &rz_S, pbc_simd);
 542
 543         n2_S = norm2(rx_S, ry_S, rz_S);
 544         il_S = invsqrt(n2_S);
 545
 546         rx_S = rx_S * il_S;
 547         ry_S = ry_S * il_S;
 548         rz_S = rz_S * il_S;
 549
 550         transposeScatterStoreU<3>(reinterpret_cast<real*>(r + bs), offset2, rx_S, ry_S, rz_S);
 551
 552         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(f), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 553         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(f), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 554         fx_S = x0_S - x1_S;
 555         fy_S = y0_S - y1_S;
 556         fz_S = z0_S - z1_S;
 557
 558         ip_S = iprod(rx_S, ry_S, rz_S, fx_S, fy_S, fz_S);
 559
 560         rhs_S = load<SimdReal>(blc + bs) * ip_S;
 561
 562         store(rhs + bs, rhs_S);
 563         store(sol + bs, rhs_S);
 564     }
 565 }
 566 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 567
 568 /*! \brief LINCS projection, works on derivatives of the coordinates. */
 569 static void do_lincsp(ArrayRefWithPadding<const RVec> xPadded,
 570                       ArrayRefWithPadding<RVec>       fPadded,
 571                       ArrayRef<RVec>                  fp,
 572                       t_pbc*                          pbc,
 573                       Lincs*                          lincsd,
 574                       int                             th,
 575                       ArrayRef<const real>            invmass,
 576                       ConstraintVariable              econq,
 577                       bool                            bCalcDHDL,
 578                       bool                            bCalcVir,
 579                       tensor                          rmdf)
 580 {
 581     const int b0 = lincsd->task[th].b0;
 582     const int b1 = lincsd->task[th].b1;
 583
 584     gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms = lincsd->atoms;
 585     gmx::ArrayRef<gmx::RVec>      r     = lincsd->tmpv;
 586     gmx::ArrayRef<const int>      blnr  = lincsd->blnr;
 587     gmx::ArrayRef<const int>      blbnb = lincsd->blbnb;
 588
 589     gmx::ArrayRef<const real> blc;
 590     gmx::ArrayRef<const real> blmf;
 591     if (econq != ConstraintVariable::Force)
 592     {
 593         /* Use mass-weighted parameters */
 594         blc  = lincsd->blc;
 595         blmf = lincsd->blmf;
 596     }
 597     else
 598     {
 599         /* Use non mass-weighted parameters */
 600         blc  = lincsd->blc1;
 601         blmf = lincsd->blmf1;
 602     }
 603     gmx::ArrayRef<real> blcc = lincsd->tmpncc;
 604     gmx::ArrayRef<real> rhs1 = lincsd->tmp1;
 605     gmx::ArrayRef<real> rhs2 = lincsd->tmp2;
 606     gmx::ArrayRef<real> sol  = lincsd->tmp3;
 607
 608     const rvec* x = as_rvec_array(xPadded.paddedArrayRef().data());
 609     rvec*       f = as_rvec_array(fPadded.paddedArrayRef().data());
 610
 611 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 612     /* This SIMD code does the same as the plain-C code after the #else.
 613      * The only difference is that we always call pbc code, as with SIMD
 614      * the overhead of pbc computation (when not needed) is small.
 615      */
 616     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) real pbc_simd[9 * GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 617
 618     /* Convert the pbc struct for SIMD */
 619     set_pbc_simd(pbc, pbc_simd);
 620
 621     /* Compute normalized x i-j vectors, store in r.
 622      * Compute the inner product of r and xp i-j and store in rhs1.
 623      */
 624     calc_dr_x_f_simd(
 625             b0, b1, atoms, x, f, blc.data(), pbc_simd, as_rvec_array(r.data()), rhs1.data(), sol.data());
 626
 627 #else // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 628
 629     /* Compute normalized i-j vectors */
 630     if (pbc)
 631     {
 632         for (int b = b0; b < b1; b++)
 633         {
 634             rvec dx;
 635
 636             pbc_dx_aiuc(pbc, x[atoms[b].index1], x[atoms[b].index2], dx);
 637             unitv(dx, r[b]);
 638         }
 639     }
 640     else
 641     {
 642         for (int b = b0; b < b1; b++)
 643         {
 644             rvec dx;
 645
 646             rvec_sub(x[atoms[b].index1], x[atoms[b].index2], dx);
 647             unitv(dx, r[b]);
 648         } /* 16 ncons flops */
 649     }
 650
 651     for (int b = b0; b < b1; b++)
 652     {
 653         int  i   = atoms[b].index1;
 654         int  j   = atoms[b].index2;
 655         real mvb = blc[b]
 656                    * (r[b][0] * (f[i][0] - f[j][0]) + r[b][1] * (f[i][1] - f[j][1])
 657                       + r[b][2] * (f[i][2] - f[j][2]));
 658         rhs1[b] = mvb;
 659         sol[b]  = mvb;
 660         /* 7 flops */
 661     }
 662
 663 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 664
 665     if (lincsd->bTaskDep)
 666     {
 667         /* We need a barrier, since the matrix construction below
 668          * can access entries in r of other threads.
 669          */
 670 #pragma omp barrier
 671     }
 672
 673     /* Construct the (sparse) LINCS matrix */
 674     for (int b = b0; b < b1; b++)
 675     {
 676         for (int n = blnr[b]; n < blnr[b + 1]; n++)
 677         {
 678             blcc[n] = blmf[n] * ::iprod(r[b], r[blbnb[n]]);
 679         } /* 6 nr flops */
 680     }
 681     /* Together: 23*ncons + 6*nrtot flops */
 682
 683     lincs_matrix_expand(*lincsd, lincsd->task[th], blcc, rhs1, rhs2, sol);
 684     /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
 685
 686     if (econq == ConstraintVariable::Deriv_FlexCon)
 687     {
 688         /* We only want to constraint the flexible constraints,
 689          * so we mask out the normal ones by setting sol to 0.
 690          */
 691         for (int b = b0; b < b1; b++)
 692         {
 693             if (!(lincsd->bllen0[b] == 0 && lincsd->ddist[b] == 0))
 694             {
 695                 sol[b] = 0;
 696             }
 697         }
 698     }
 699
 700     /* We multiply sol by blc, so we can use lincs_update_atoms for OpenMP */
 701     for (int b = b0; b < b1; b++)
 702     {
 703         sol[b] *= blc[b];
 704     }
 705
 706     /* When constraining forces, we should not use mass weighting,
 707      * so we pass invmass=NULL, which results in the use of 1 for all atoms.
 708      */
 709     lincs_update_atoms(lincsd,
 710                        th,
 711                        1.0,
 712                        sol,
 713                        r,
 714                        (econq != ConstraintVariable::Force) ? invmass : gmx::ArrayRef<real>(),
 715                        as_rvec_array(fp.data()));
 716
 717     if (bCalcDHDL)
 718     {
 719         real dhdlambda = 0;
 720         for (int b = b0; b < b1; b++)
 721         {
 722             dhdlambda -= sol[b] * lincsd->ddist[b];
 723         }
 724
 725         lincsd->task[th].dhdlambda = dhdlambda;
 726     }
 727
 728     if (bCalcVir)
 729     {
 730         /* Constraint virial,
 731          * determines sum r_bond x delta f,
 732          * where delta f is the constraint correction
 733          * of the quantity that is being constrained.
 734          */
 735         for (int b = b0; b < b1; b++)
 736         {
 737             const real mvb = lincsd->bllen[b] * sol[b];
 738             for (int i = 0; i < DIM; i++)
 739             {
 740                 const real tmp1 = mvb * r[b][i];
 741                 for (int j = 0; j < DIM; j++)
 742                 {
 743                     rmdf[i][j] += tmp1 * r[b][j];
 744                 }
 745             }
 746         } /* 23 ncons flops */
 747     }
 748 }
 749
 750 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 751
 752 /*! \brief Calculate the constraint distance vectors r to project on from x.
 753  *
 754  * Determine the right-hand side of the matrix equation using coordinates xp. */
 755 static void gmx_simdcall calc_dr_x_xp_simd(int                           b0,
 756                                            int                           b1,
 757                                            gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms,
 758                                            const rvec* gmx_restrict      x,
 759                                            const rvec* gmx_restrict      xp,
 760                                            const real* gmx_restrict      bllen,
 761                                            const real* gmx_restrict      blc,
 762                                            const real*                   pbc_simd,
 763                                            rvec* gmx_restrict            r,
 764                                            real* gmx_restrict            rhs,
 765                                            real* gmx_restrict            sol)
 766 {
 767     assert(b0 % GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 0);
 768     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset2[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 769
 770     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 771     {
 772         offset2[i] = i;
 773     }
 774
 775     for (int bs = b0; bs < b1; bs += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
 776     {
 777         SimdReal                                 x0_S, y0_S, z0_S;
 778         SimdReal                                 x1_S, y1_S, z1_S;
 779         SimdReal                                 rx_S, ry_S, rz_S, n2_S, il_S;
 780         SimdReal                                 rxp_S, ryp_S, rzp_S, ip_S, rhs_S;
 781         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset0[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 782         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset1[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 783
 784         for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 785         {
 786             offset0[i] = atoms[bs + i].index1;
 787             offset1[i] = atoms[bs + i].index2;
 788         }
 789
 790         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(x), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 791         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(x), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 792         rx_S = x0_S - x1_S;
 793         ry_S = y0_S - y1_S;
 794         rz_S = z0_S - z1_S;
 795
 796         pbc_correct_dx_simd(&rx_S, &ry_S, &rz_S, pbc_simd);
 797
 798         n2_S = norm2(rx_S, ry_S, rz_S);
 799         il_S = invsqrt(n2_S);
 800
 801         rx_S = rx_S * il_S;
 802         ry_S = ry_S * il_S;
 803         rz_S = rz_S * il_S;
 804
 805         transposeScatterStoreU<3>(reinterpret_cast<real*>(r + bs), offset2, rx_S, ry_S, rz_S);
 806
 807         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(xp), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 808         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(xp), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 809
 810         rxp_S = x0_S - x1_S;
 811         ryp_S = y0_S - y1_S;
 812         rzp_S = z0_S - z1_S;
 813
 814         pbc_correct_dx_simd(&rxp_S, &ryp_S, &rzp_S, pbc_simd);
 815
 816         ip_S = iprod(rx_S, ry_S, rz_S, rxp_S, ryp_S, rzp_S);
 817
 818         rhs_S = load<SimdReal>(blc + bs) * (ip_S - load<SimdReal>(bllen + bs));
 819
 820         store(rhs + bs, rhs_S);
 821         store(sol + bs, rhs_S);
 822     }
 823 }
 824 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 825
 826 /*! \brief Determine the distances and right-hand side for the next iteration. */
 827 gmx_unused static void calc_dist_iter(int                           b0,
 828                                       int                           b1,
 829                                       gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms,
 830                                       const rvec* gmx_restrict      xp,
 831                                       const real* gmx_restrict      bllen,
 832                                       const real* gmx_restrict      blc,
 833                                       const t_pbc*                  pbc,
 834                                       real                          wfac,
 835                                       real* gmx_restrict            rhs,
 836                                       real* gmx_restrict            sol,
 837                                       bool*                         bWarn)
 838 {
 839     for (int b = b0; b < b1; b++)
 840     {
 841         real len = bllen[b];
 842         rvec dx;
 843         if (pbc)
 844         {
 845             pbc_dx_aiuc(pbc, xp[atoms[b].index1], xp[atoms[b].index2], dx);
 846         }
 847         else
 848         {
 849             rvec_sub(xp[atoms[b].index1], xp[atoms[b].index2], dx);
 850         }
 851         real len2  = len * len;
 852         real dlen2 = 2 * len2 - ::norm2(dx);
 853         if (dlen2 < wfac * len2)
 854         {
 855             /* not race free - see detailed comment in caller */
 856             *bWarn = TRUE;
 857         }
 858         real mvb;
 859         if (dlen2 > 0)
 860         {
 861             mvb = blc[b] * (len - dlen2 * gmx::invsqrt(dlen2));
 862         }
 863         else
 864         {
 865             mvb = blc[b] * len;
 866         }
 867         rhs[b] = mvb;
 868         sol[b] = mvb;
 869     } /* 20*ncons flops */
 870 }
 871
 872 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 873 /*! \brief As calc_dist_iter(), but using SIMD intrinsics. */
 874 static void gmx_simdcall calc_dist_iter_simd(int                           b0,
 875                                              int                           b1,
 876                                              gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms,
 877                                              const rvec* gmx_restrict      x,
 878                                              const real* gmx_restrict      bllen,
 879                                              const real* gmx_restrict      blc,
 880                                              const real*                   pbc_simd,
 881                                              real                          wfac,
 882                                              real* gmx_restrict            rhs,
 883                                              real* gmx_restrict            sol,
 884                                              bool*                         bWarn)
 885 {
 886     SimdReal min_S(GMX_REAL_MIN);
 887     SimdReal two_S(2.0);
 888     SimdReal wfac_S(wfac);
 889     SimdBool warn_S;
 890
 891     assert(b0 % GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 0);
 892
 893     /* Initialize all to FALSE */
 894     warn_S = (two_S < setZero());
 895
 896     for (int bs = b0; bs < b1; bs += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
 897     {
 898         SimdReal                                 x0_S, y0_S, z0_S;
 899         SimdReal                                 x1_S, y1_S, z1_S;
 900         SimdReal                                 rx_S, ry_S, rz_S, n2_S;
 901         SimdReal                                 len_S, len2_S, dlen2_S, lc_S, blc_S;
 902         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset0[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 903         alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) std::int32_t offset1[GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 904
 905         for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 906         {
 907             offset0[i] = atoms[bs + i].index1;
 908             offset1[i] = atoms[bs + i].index2;
 909         }
 910
 911         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(x), offset0, &x0_S, &y0_S, &z0_S);
 912         gatherLoadUTransposeTSANSafe<3>(reinterpret_cast<const real*>(x), offset1, &x1_S, &y1_S, &z1_S);
 913
 914         rx_S = x0_S - x1_S;
 915         ry_S = y0_S - y1_S;
 916         rz_S = z0_S - z1_S;
 917
 918         pbc_correct_dx_simd(&rx_S, &ry_S, &rz_S, pbc_simd);
 919
 920         n2_S = norm2(rx_S, ry_S, rz_S);
 921
 922         len_S  = load<SimdReal>(bllen + bs);
 923         len2_S = len_S * len_S;
 924
 925         dlen2_S = fms(two_S, len2_S, n2_S);
 926
 927         warn_S = warn_S || (dlen2_S < (wfac_S * len2_S));
 928
 929         /* Avoid 1/0 by taking the max with REAL_MIN.
 930          * Note: when dlen2 is close to zero (90 degree constraint rotation),
 931          * the accuracy of the algorithm is no longer relevant.
 932          */
 933         dlen2_S = max(dlen2_S, min_S);
 934
 935         lc_S = fnma(dlen2_S, invsqrt(dlen2_S), len_S);
 936
 937         blc_S = load<SimdReal>(blc + bs);
 938
 939         lc_S = blc_S * lc_S;
 940
 941         store(rhs + bs, lc_S);
 942         store(sol + bs, lc_S);
 943     }
 944
 945     if (anyTrue(warn_S))
 946     {
 947         *bWarn = TRUE;
 948     }
 949 }
 950 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 951
 952 //! Implements LINCS constraining.
 953 static void do_lincs(ArrayRefWithPadding<const RVec> xPadded,
 954                      ArrayRefWithPadding<RVec>       xpPadded,
 955                      const matrix                    box,
 956                      t_pbc*                          pbc,
 957                      Lincs*                          lincsd,
 958                      int                             th,
 959                      ArrayRef<const real>            invmass,
 960                      const t_commrec*                cr,
 961                      bool                            bCalcDHDL,
 962                      real                            wangle,
 963                      bool*                           bWarn,
 964                      real                            invdt,
 965                      ArrayRef<RVec>                  vRef,
 966                      bool                            bCalcVir,
 967                      tensor                          vir_r_m_dr)
 968 {
 969     const rvec*        x  = as_rvec_array(xPadded.paddedArrayRef().data());
 970     rvec*              xp = as_rvec_array(xpPadded.paddedArrayRef().data());
 971     rvec* gmx_restrict v  = as_rvec_array(vRef.data());
 972
 973     const int b0 = lincsd->task[th].b0;
 974     const int b1 = lincsd->task[th].b1;
 975
 976     gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms   = lincsd->atoms;
 977     gmx::ArrayRef<gmx::RVec>      r       = lincsd->tmpv;
 978     gmx::ArrayRef<const int>      blnr    = lincsd->blnr;
 979     gmx::ArrayRef<const int>      blbnb   = lincsd->blbnb;
 980     gmx::ArrayRef<const real>     blc     = lincsd->blc;
 981     gmx::ArrayRef<const real>     blmf    = lincsd->blmf;
 982     gmx::ArrayRef<const real>     bllen   = lincsd->bllen;
 983     gmx::ArrayRef<real>           blcc    = lincsd->tmpncc;
 984     gmx::ArrayRef<real>           rhs1    = lincsd->tmp1;
 985     gmx::ArrayRef<real>           rhs2    = lincsd->tmp2;
 986     gmx::ArrayRef<real>           sol     = lincsd->tmp3;
 987     gmx::ArrayRef<real>           blc_sol = lincsd->tmp4;
 988     gmx::ArrayRef<real>           mlambda = lincsd->mlambda;
 989     gmx::ArrayRef<const int>      nlocat  = lincsd->nlocat;
 990
 991 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
 992
 993     /* This SIMD code does the same as the plain-C code after the #else.
 994      * The only difference is that we always call pbc code, as with SIMD
 995      * the overhead of pbc computation (when not needed) is small.
 996      */
 997     alignas(GMX_SIMD_ALIGNMENT) real pbc_simd[9 * GMX_SIMD_REAL_WIDTH];
 998
 999     /* Convert the pbc struct for SIMD */
1000     set_pbc_simd(pbc, pbc_simd);
1001
1002     /* Compute normalized x i-j vectors, store in r.
1003      * Compute the inner product of r and xp i-j and store in rhs1.
1004      */
1005     calc_dr_x_xp_simd(
1006             b0, b1, atoms, x, xp, bllen.data(), blc.data(), pbc_simd, as_rvec_array(r.data()), rhs1.data(), sol.data());
1007
1008 #else // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1009
1010     if (pbc)
1011     {
1012         /* Compute normalized i-j vectors */
1013         for (int b = b0; b < b1; b++)
1014         {
1015             rvec dx;
1016             pbc_dx_aiuc(pbc, x[atoms[b].index1], x[atoms[b].index2], dx);
1017             unitv(dx, r[b]);
1018
1019             pbc_dx_aiuc(pbc, xp[atoms[b].index1], xp[atoms[b].index2], dx);
1020             real mvb = blc[b] * (::iprod(r[b], dx) - bllen[b]);
1021             rhs1[b]  = mvb;
1022             sol[b]   = mvb;
1023         }
1024     }
1025     else
1026     {
1027         /* Compute normalized i-j vectors */
1028         for (int b = b0; b < b1; b++)
1029         {
1030             int  i    = atoms[b].index1;
1031             int  j    = atoms[b].index2;
1032             real tmp0 = x[i][0] - x[j][0];
1033             real tmp1 = x[i][1] - x[j][1];
1034             real tmp2 = x[i][2] - x[j][2];
1035             real rlen = gmx::invsqrt(tmp0 * tmp0 + tmp1 * tmp1 + tmp2 * tmp2);
1036             r[b][0]   = rlen * tmp0;
1037             r[b][1]   = rlen * tmp1;
1038             r[b][2]   = rlen * tmp2;
1039             /* 16 ncons flops */
1040
1041             real mvb = blc[b]
1042                        * (r[b][0] * (xp[i][0] - xp[j][0]) + r[b][1] * (xp[i][1] - xp[j][1])
1043                           + r[b][2] * (xp[i][2] - xp[j][2]) - bllen[b]);
1044             rhs1[b] = mvb;
1045             sol[b]  = mvb;
1046             /* 10 flops */
1047         }
1048         /* Together: 26*ncons + 6*nrtot flops */
1049     }
1050
1051 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1052
1053     if (lincsd->bTaskDep)
1054     {
1055         /* We need a barrier, since the matrix construction below
1056          * can access entries in r of other threads.
1057          */
1058 #pragma omp barrier
1059     }
1060
1061     /* Construct the (sparse) LINCS matrix */
1062     for (int b = b0; b < b1; b++)
1063     {
1064         for (int n = blnr[b]; n < blnr[b + 1]; n++)
1065         {
1066             blcc[n] = blmf[n] * gmx::dot(r[b], r[blbnb[n]]);
1067         }
1068     }
1069     /* Together: 26*ncons + 6*nrtot flops */
1070
1071     lincs_matrix_expand(*lincsd, lincsd->task[th], blcc, rhs1, rhs2, sol);
1072     /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
1073
1074 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1075     for (int b = b0; b < b1; b += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
1076     {
1077         SimdReal t1 = load<SimdReal>(blc.data() + b);
1078         SimdReal t2 = load<SimdReal>(sol.data() + b);
1079         store(mlambda.data() + b, t1 * t2);
1080     }
1081 #else
1082     for (int b = b0; b < b1; b++)
1083     {
1084         mlambda[b] = blc[b] * sol[b];
1085     }
1086 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1087
1088     /* Update the coordinates */
1089     lincs_update_atoms(lincsd, th, 1.0, mlambda, r, invmass, xp);
1090
1091     /*
1092      ********  Correction for centripetal effects  ********
1093      */
1094
1095     real wfac;
1096
1097     wfac = std::cos(gmx::c_deg2Rad * wangle);
1098     wfac = wfac * wfac;
1099
1100     for (int iter = 0; iter < lincsd->nIter; iter++)
1101     {
1102         if ((lincsd->bCommIter && DOMAINDECOMP(cr) && cr->dd->constraints))
1103         {
1104 #pragma omp barrier
1105 #pragma omp master
1106             {
1107                 /* Communicate the corrected non-local coordinates */
1108                 if (DOMAINDECOMP(cr))
1109                 {
1110                     dd_move_x_constraints(cr->dd, box, xpPadded.unpaddedArrayRef(), ArrayRef<RVec>(), FALSE);
1111                 }
1112             }
1113 #pragma omp barrier
1114         }
1115         else if (lincsd->bTaskDep)
1116         {
1117 #pragma omp barrier
1118         }
1119
1120 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1121         calc_dist_iter_simd(
1122                 b0, b1, atoms, xp, bllen.data(), blc.data(), pbc_simd, wfac, rhs1.data(), sol.data(), bWarn);
1123 #else
1124         calc_dist_iter(b0, b1, atoms, xp, bllen.data(), blc.data(), pbc, wfac, rhs1.data(), sol.data(), bWarn);
1125         /* 20*ncons flops */
1126 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1127
1128         lincs_matrix_expand(*lincsd, lincsd->task[th], blcc, rhs1, rhs2, sol);
1129         /* nrec*(ncons+2*nrtot) flops */
1130
1131 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1132         for (int b = b0; b < b1; b += GMX_SIMD_REAL_WIDTH)
1133         {
1134             SimdReal t1  = load<SimdReal>(blc.data() + b);
1135             SimdReal t2  = load<SimdReal>(sol.data() + b);
1136             SimdReal mvb = t1 * t2;
1137             store(blc_sol.data() + b, mvb);
1138             store(mlambda.data() + b, load<SimdReal>(mlambda.data() + b) + mvb);
1139         }
1140 #else
1141         for (int b = b0; b < b1; b++)
1142         {
1143             real mvb   = blc[b] * sol[b];
1144             blc_sol[b] = mvb;
1145             mlambda[b] += mvb;
1146         }
1147 #endif // GMX_SIMD_HAVE_REAL
1148
1149         /* Update the coordinates */
1150         lincs_update_atoms(lincsd, th, 1.0, blc_sol, r, invmass, xp);
1151     }
1152     /* nit*ncons*(37+9*nrec) flops */
1153
1154     if (v != nullptr)
1155     {
1156         /* Update the velocities */
1157         lincs_update_atoms(lincsd, th, invdt, mlambda, r, invmass, v);
1158         /* 16 ncons flops */
1159     }
1160
1161     if (!nlocat.empty() && (bCalcDHDL || bCalcVir))
1162     {
1163         if (lincsd->bTaskDep)
1164         {
1165             /* In lincs_update_atoms threads might cross-read mlambda */
1166 #pragma omp barrier
1167         }
1168
1169         /* Only account for local atoms */
1170         for (int b = b0; b < b1; b++)
1171         {
1172             mlambda[b] *= 0.5 * nlocat[b];
1173         }
1174     }
1175
1176     if (bCalcDHDL)
1177     {
1178         real dhdl = 0;
1179         for (int b = b0; b < b1; b++)
1180         {
1181             /* Note that this this is dhdl*dt^2, the dt^2 factor is corrected
1182              * later after the contributions are reduced over the threads.
1183              */
1184             dhdl -= lincsd->mlambda[b] * lincsd->ddist[b];
1185         }
1186         lincsd->task[th].dhdlambda = dhdl;
1187     }
1188
1189     if (bCalcVir)
1190     {
1191         /* Constraint virial */
1192         for (int b = b0; b < b1; b++)
1193         {
1194             real tmp0 = -bllen[b] * mlambda[b];
1195             for (int i = 0; i < DIM; i++)
1196             {
1197                 real tmp1 = tmp0 * r[b][i];
1198                 for (int j = 0; j < DIM; j++)
1199                 {
1200                     vir_r_m_dr[i][j] -= tmp1 * r[b][j];
1201                 }
1202             }
1203         } /* 22 ncons flops */
1204     }
1205
1206     /* Total:
1207      * 26*ncons + 6*nrtot + nrec*(ncons+2*nrtot)
1208      * + nit * (20*ncons + nrec*(ncons+2*nrtot) + 17 ncons)
1209      *
1210      * (26+nrec)*ncons + (6+2*nrec)*nrtot
1211      * + nit * ((37+nrec)*ncons + 2*nrec*nrtot)
1212      * if nit=1
1213      * (63+nrec)*ncons + (6+4*nrec)*nrtot
1214      */
1215 }
1216
1217 /*! \brief Sets the elements in the LINCS matrix for task task. */
1218 static void set_lincs_matrix_task(Lincs*               li,
1219                                   Task*                li_task,
1220                                   ArrayRef<const real> invmass,
1221                                   int*                 ncc_triangle,
1222                                   int*                 nCrossTaskTriangles)
1223 {
1224     /* Construct the coupling coefficient matrix blmf */
1225     li_task->ntriangle   = 0;
1226     *ncc_triangle        = 0;
1227     *nCrossTaskTriangles = 0;
1228     for (int i = li_task->b0; i < li_task->b1; i++)
1229     {
1230         const int a1 = li->atoms[i].index1;
1231         const int a2 = li->atoms[i].index2;
1232         for (int n = li->blnr[i]; n < li->blnr[i + 1]; n++)
1233         {
1234             const int k = li->blbnb[n];
1235
1236             /* If we are using multiple, independent tasks for LINCS,
1237              * the calls to check_assign_connected should have
1238              * put all connected constraints in our task.
1239              */
1240             assert(li->bTaskDep || (k >= li_task->b0 && k < li_task->b1));
1241
1242             int sign;
1243             if (a1 == li->atoms[k].index1 || a2 == li->atoms[k].index2)
1244             {
1245                 sign = -1;
1246             }
1247             else
1248             {
1249                 sign = 1;
1250             }
1251             int center;
1252             int end;
1253             if (a1 == li->atoms[k].index1 || a1 == li->atoms[k].index2)
1254             {
1255                 center = a1;
1256                 end    = a2;
1257             }
1258             else
1259             {
1260                 center = a2;
1261                 end    = a1;
1262             }
1263             li->blmf[n]  = sign * invmass[center] * li->blc[i] * li->blc[k];
1264             li->blmf1[n] = sign * 0.5;
1265             if (li->ncg_triangle > 0)
1266             {
1267                 /* Look for constraint triangles */
1268                 for (int nk = li->blnr[k]; nk < li->blnr[k + 1]; nk++)
1269                 {
1270                     const int kk = li->blbnb[nk];
1271                     if (kk != i && kk != k && (li->atoms[kk].index1 == end || li->atoms[kk].index2 == end))
1272                     {
1273                         /* Check if the constraints in this triangle actually
1274                          * belong to a different task. We still assign them
1275                          * here, since it's convenient for the triangle
1276                          * iterations, but we then need an extra barrier.
1277                          */
1278                         if (k < li_task->b0 || k >= li_task->b1 || kk < li_task->b0 || kk >= li_task->b1)
1279                         {
1280                             (*nCrossTaskTriangles)++;
1281                         }
1282
1283                         if (li_task->ntriangle == 0 || li_task->triangle[li_task->ntriangle - 1] < i)
1284                         {
1285                             /* Add this constraint to the triangle list */
1286                             li_task->triangle[li_task->ntriangle] = i;
1287                             li_task->tri_bits[li_task->ntriangle] = 0;
1288                             li_task->ntriangle++;
1289                             if (li->blnr[i + 1] - li->blnr[i]
1290                                 > static_cast<int>(sizeof(li_task->tri_bits[0]) * 8 - 1))
1291                             {
1292                                 gmx_fatal(FARGS,
1293                                           "A constraint is connected to %d constraints, this is "
1294                                           "more than the %zu allowed for constraints participating "
1295                                           "in triangles",
1296                                           li->blnr[i + 1] - li->blnr[i],
1297                                           sizeof(li_task->tri_bits[0]) * 8 - 1);
1298                             }
1299                         }
1300                         li_task->tri_bits[li_task->ntriangle - 1] |= (1 << (n - li->blnr[i]));
1301                         (*ncc_triangle)++;
1302                     }
1303                 }
1304             }
1305         }
1306     }
1307 }
1308
1309 /*! \brief Sets the elements in the LINCS matrix. */
1310 static void set_lincs_matrix(Lincs* li, ArrayRef<const real> invmass, real lambda)
1311 {
1312     const real invsqrt2 = 0.7071067811865475244;
1313
1314     for (int i = 0; (i < li->nc); i++)
1315     {
1316         const int a1 = li->atoms[i].index1;
1317         const int a2 = li->atoms[i].index2;
1318         li->blc[i]   = gmx::invsqrt(invmass[a1] + invmass[a2]);
1319         li->blc1[i]  = invsqrt2;
1320     }
1321
1322     /* Construct the coupling coefficient matrix blmf */
1323     int ntriangle = 0, ncc_triangle = 0, nCrossTaskTriangles = 0;
1324 #pragma omp parallel for reduction(+: ntriangle, ncc_triangle, nCrossTaskTriangles) num_threads(li->ntask) schedule(static)
1325     for (int th = 0; th < li->ntask; th++)
1326     {
1327         try
1328         {
1329             set_lincs_matrix_task(li, &li->task[th], invmass, &ncc_triangle, &nCrossTaskTriangles);
1330             ntriangle += li->task[th].ntriangle;
1331         }
1332         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
1333     }
1334     li->ntriangle    = ntriangle;
1335     li->ncc_triangle = ncc_triangle;
1336     li->bTaskDepTri  = (nCrossTaskTriangles > 0);
1337
1338     if (debug)
1339     {
1340         fprintf(debug, "The %d constraints participate in %d triangles\n", li->nc, li->ntriangle);
1341         fprintf(debug, "There are %d constraint couplings, of which %d in triangles\n", li->ncc, li->ncc_triangle);
1342         if (li->ntriangle > 0 && li->ntask > 1)
1343         {
1344             fprintf(debug,
1345                     "%d constraint triangles contain constraints assigned to different tasks\n",
1346                     nCrossTaskTriangles);
1347         }
1348     }
1349
1350     /* Set matlam,
1351      * so we know with which lambda value the masses have been set.
1352      */
1353     li->matlam = lambda;
1354 }
1355
1356 //! Finds all triangles of atoms that share constraints to a central atom.
1357 static int count_triangle_constraints(const InteractionLists& ilist, const ListOfLists<int>& at2con)
1358 {
1359     const int ncon1    = ilist[F_CONSTR].size() / 3;
1360     const int ncon_tot = ncon1 + ilist[F_CONSTRNC].size() / 3;
1361
1362     gmx::ArrayRef<const int> ia1 = ilist[F_CONSTR].iatoms;
1363     gmx::ArrayRef<const int> ia2 = ilist[F_CONSTRNC].iatoms;
1364
1365     int ncon_triangle = 0;
1366     for (int c0 = 0; c0 < ncon_tot; c0++)
1367     {
1368         bool       bTriangle = FALSE;
1369         const int* iap       = constr_iatomptr(ia1, ia2, c0);
1370         const int  a00       = iap[1];
1371         const int  a01       = iap[2];
1372         for (const int c1 : at2con[a01])
1373         {
1374             if (c1 != c0)
1375             {
1376                 const int* iap = constr_iatomptr(ia1, ia2, c1);
1377                 const int  a10 = iap[1];
1378                 const int  a11 = iap[2];
1379                 int        ac1;
1380                 if (a10 == a01)
1381                 {
1382                     ac1 = a11;
1383                 }
1384                 else
1385                 {
1386                     ac1 = a10;
1387                 }
1388                 for (const int c2 : at2con[ac1])
1389                 {
1390                     if (c2 != c0 && c2 != c1)
1391                     {
1392                         const int* iap = constr_iatomptr(ia1, ia2, c2);
1393                         const int  a20 = iap[1];
1394                         const int  a21 = iap[2];
1395                         if (a20 == a00 || a21 == a00)
1396                         {
1397                             bTriangle = TRUE;
1398                         }
1399                     }
1400                 }
1401             }
1402         }
1403         if (bTriangle)
1404         {
1405             ncon_triangle++;
1406         }
1407     }
1408
1409     return ncon_triangle;
1410 }
1411
1412 //! Finds sequences of sequential constraints.
1413 static bool more_than_two_sequential_constraints(const InteractionLists& ilist, const ListOfLists<int>& at2con)
1414 {
1415     const int ncon1    = ilist[F_CONSTR].size() / 3;
1416     const int 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     for (int c = 0; c < ncon_tot; c++)
1422     {
1423         const int* iap = constr_iatomptr(ia1, ia2, c);
1424         const int  a1  = iap[1];
1425         const int  a2  = iap[2];
1426         /* Check if this constraint has constraints connected at both atoms */
1427         if (at2con[a1].ssize() > 1 && at2con[a2].ssize() > 1)
1428         {
1429             return true;
1430         }
1431     }
1432
1433     return false;
1434 }
1435
1436 Lincs* init_lincs(FILE*                            fplog,
1437                   const gmx_mtop_t&                mtop,
1438                   int                              nflexcon_global,
1439                   ArrayRef<const ListOfLists<int>> atomToConstraintsPerMolType,
1440                   bool                             bPLINCS,
1441                   int                              nIter,
1442                   int                              nProjOrder)
1443 {
1444     // TODO this should become a unique_ptr
1445     Lincs* li;
1446     bool   bMoreThanTwoSeq;
1447
1448     if (fplog)
1449     {
1450         fprintf(fplog, "\nInitializing%s LINear Constraint Solver\n", bPLINCS ? " Parallel" : "");
1451     }
1452
1453     li = new Lincs;
1454
1455     li->ncg      = gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTR) + gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTRNC);
1456     li->ncg_flex = nflexcon_global;
1457
1458     li->nIter  = nIter;
1459     li->nOrder = nProjOrder;
1460
1461     li->max_connect = 0;
1462     for (size_t mt = 0; mt < mtop.moltype.size(); mt++)
1463     {
1464         const auto& at2con = atomToConstraintsPerMolType[mt];
1465         for (int a = 0; a < mtop.moltype[mt].atoms.nr; a++)
1466         {
1467             li->max_connect = std::max(li->max_connect, int(at2con[a].ssize()));
1468         }
1469     }
1470
1471     li->ncg_triangle = 0;
1472     bMoreThanTwoSeq  = FALSE;
1473     for (const gmx_molblock_t& molb : mtop.molblock)
1474     {
1475         const gmx_moltype_t& molt   = mtop.moltype[molb.type];
1476         const auto&          at2con = atomToConstraintsPerMolType[molb.type];
1477
1478         li->ncg_triangle += molb.nmol * count_triangle_constraints(molt.ilist, at2con);
1479
1480         if (!bMoreThanTwoSeq && more_than_two_sequential_constraints(molt.ilist, at2con))
1481         {
1482             bMoreThanTwoSeq = TRUE;
1483         }
1484     }
1485
1486     /* Check if we need to communicate not only before LINCS,
1487      * but also before each iteration.
1488      * The check for only two sequential constraints is only
1489      * useful for the common case of H-bond only constraints.
1490      * With more effort we could also make it useful for small
1491      * molecules with nr. sequential constraints <= nOrder-1.
1492      */
1493     li->bCommIter = (bPLINCS && (li->nOrder < 1 || bMoreThanTwoSeq));
1494
1495     if (debug && bPLINCS)
1496     {
1497         fprintf(debug, "PLINCS communication before each iteration: %d\n", static_cast<int>(li->bCommIter));
1498     }
1499
1500     /* LINCS can run on any number of threads.
1501      * Currently the number is fixed for the whole simulation,
1502      * but it could be set in set_lincs().
1503      * The current constraint to task assignment code can create independent
1504      * tasks only when not more than two constraints are connected sequentially.
1505      */
1506     li->ntask    = gmx_omp_nthreads_get(ModuleMultiThread::Lincs);
1507     li->bTaskDep = (li->ntask > 1 && bMoreThanTwoSeq);
1508     if (debug)
1509     {
1510         fprintf(debug, "LINCS: using %d threads, tasks are %sdependent\n", li->ntask, li->bTaskDep ? "" : "in");
1511     }
1512     if (li->ntask == 1)
1513     {
1514         li->task.resize(1);
1515     }
1516     else
1517     {
1518         /* Allocate an extra elements for "task-overlap" constraints */
1519         li->task.resize(li->ntask + 1);
1520     }
1521
1522     if (bPLINCS || li->ncg_triangle > 0)
1523     {
1524         please_cite(fplog, "Hess2008a");
1525     }
1526     else
1527     {
1528         please_cite(fplog, "Hess97a");
1529     }
1530
1531     if (fplog)
1532     {
1533         fprintf(fplog, "The number of constraints is %d\n", li->ncg);
1534         if (bPLINCS)
1535         {
1536             fprintf(fplog,
1537                     "There are constraints between atoms in different decomposition domains,\n"
1538                     "will communicate selected coordinates each lincs iteration\n");
1539         }
1540         if (li->ncg_triangle > 0)
1541         {
1542             fprintf(fplog,
1543                     "%d constraints are involved in constraint triangles,\n"
1544                     "will apply an additional matrix expansion of order %d for couplings\n"
1545                     "between constraints inside triangles\n",
1546                     li->ncg_triangle,
1547                     li->nOrder);
1548         }
1549     }
1550
1551     return li;
1552 }
1553
1554 void done_lincs(Lincs* li)
1555 {
1556     delete li;
1557 }
1558
1559 /*! \brief Sets up the work division over the threads. */
1560 static void lincs_thread_setup(Lincs* li, int natoms)
1561 {
1562     li->atf.resize(natoms);
1563
1564     gmx::ArrayRef<gmx_bitmask_t> atf = li->atf;
1565
1566     /* Clear the atom flags */
1567     for (gmx_bitmask_t& mask : atf)
1568     {
1569         bitmask_clear(&mask);
1570     }
1571
1572     if (li->ntask > BITMASK_SIZE)
1573     {
1574         gmx_fatal(FARGS, "More than %d threads is not supported for LINCS.", BITMASK_SIZE);
1575     }
1576
1577     for (int th = 0; th < li->ntask; th++)
1578     {
1579         const Task* li_task = &li->task[th];
1580
1581         /* For each atom set a flag for constraints from each */
1582         for (int b = li_task->b0; b < li_task->b1; b++)
1583         {
1584             bitmask_set_bit(&atf[li->atoms[b].index1], th);
1585             bitmask_set_bit(&atf[li->atoms[b].index2], th);
1586         }
1587     }
1588
1589 #pragma omp parallel for num_threads(li->ntask) schedule(static)
1590     for (int th = 0; th < li->ntask; th++)
1591     {
1592         try
1593         {
1594             Task*         li_task;
1595             gmx_bitmask_t mask;
1596             int           b;
1597
1598             li_task = &li->task[th];
1599
1600             bitmask_init_low_bits(&mask, th);
1601
1602             li_task->ind.clear();
1603             li_task->ind_r.clear();
1604             for (b = li_task->b0; b < li_task->b1; b++)
1605             {
1606                 /* We let the constraint with the lowest thread index
1607                  * operate on atoms with constraints from multiple threads.
1608                  */
1609                 if (bitmask_is_disjoint(atf[li->atoms[b].index1], mask)
1610                     && bitmask_is_disjoint(atf[li->atoms[b].index2], mask))
1611                 {
1612                     /* Add the constraint to the local atom update index */
1613                     li_task->ind.push_back(b);
1614                 }
1615                 else
1616                 {
1617                     /* Add the constraint to the rest block */
1618                     li_task->ind_r.push_back(b);
1619                 }
1620             }
1621         }
1622         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
1623     }
1624
1625     /* We need to copy all constraints which have not be assigned
1626      * to a thread to a separate list which will be handled by one thread.
1627      */
1628     Task* li_m = &li->task[li->ntask];
1629
1630     li_m->ind.clear();
1631     for (int th = 0; th < li->ntask; th++)
1632     {
1633         const Task& li_task = li->task[th];
1634
1635         for (int ind_r : li_task.ind_r)
1636         {
1637             li_m->ind.push_back(ind_r);
1638         }
1639
1640         if (debug)
1641         {
1642             fprintf(debug, "LINCS thread %d: %zu constraints\n", th, li_task.ind.size());
1643         }
1644     }
1645
1646     if (debug)
1647     {
1648         fprintf(debug, "LINCS thread r: %zu constraints\n", li_m->ind.size());
1649     }
1650 }
1651
1652 //! Assign a constraint.
1653 static void assign_constraint(Lincs*                  li,
1654                               int                     constraint_index,
1655                               int                     a1,
1656                               int                     a2,
1657                               real                    lenA,
1658                               real                    lenB,
1659                               const ListOfLists<int>& at2con)
1660 {
1661     int con;
1662
1663     con = li->nc;
1664
1665     /* Make an mapping of local topology constraint index to LINCS index */
1666     li->con_index[constraint_index] = con;
1667
1668     li->bllen0[con] = lenA;
1669     li->ddist[con]  = lenB - lenA;
1670     /* Set the length to the topology A length */
1671     li->bllen[con]        = lenA;
1672     li->atoms[con].index1 = a1;
1673     li->atoms[con].index2 = a2;
1674
1675     /* Make space in the constraint connection matrix for constraints
1676      * connected to both end of the current constraint.
1677      */
1678     li->ncc += at2con[a1].ssize() - 1 + at2con[a2].ssize() - 1;
1679
1680     li->blnr[con + 1] = li->ncc;
1681
1682     /* Increase the constraint count */
1683     li->nc++;
1684 }
1685
1686 /*! \brief Check if constraint with topology index constraint_index is connected
1687  * to other constraints, and if so add those connected constraints to our task. */
1688 static void check_assign_connected(Lincs*                        li,
1689                                    gmx::ArrayRef<const int>      iatom,
1690                                    const InteractionDefinitions& idef,
1691                                    bool                          bDynamics,
1692                                    int                           a1,
1693                                    int                           a2,
1694                                    const ListOfLists<int>&       at2con)
1695 {
1696     /* Currently this function only supports constraint groups
1697      * in which all constraints share at least one atom
1698      * (e.g. H-bond constraints).
1699      * Check both ends of the current constraint for
1700      * connected constraints. We need to assign those
1701      * to the same task.
1702      */
1703     for (int end = 0; end < 2; end++)
1704     {
1705         const int a = (end == 0 ? a1 : a2);
1706
1707         for (const int cc : at2con[a])
1708         {
1709             /* Check if constraint cc has not yet been assigned */
1710             if (li->con_index[cc] == -1)
1711             {
1712                 const int  type = iatom[cc * 3];
1713                 const real lenA = idef.iparams[type].constr.dA;
1714                 const real lenB = idef.iparams[type].constr.dB;
1715
1716                 if (bDynamics || lenA != 0 || lenB != 0)
1717                 {
1718                     assign_constraint(li, cc, iatom[3 * cc + 1], iatom[3 * cc + 2], lenA, lenB, at2con);
1719                 }
1720             }
1721         }
1722     }
1723 }
1724
1725 /*! \brief Check if constraint with topology index constraint_index is involved
1726  * in a constraint triangle, and if so add the other two constraints
1727  * in the triangle to our task. */
1728 static void check_assign_triangle(Lincs*                        li,
1729                                   gmx::ArrayRef<const int>      iatom,
1730                                   const InteractionDefinitions& idef,
1731                                   bool                          bDynamics,
1732                                   int                           constraint_index,
1733                                   int                           a1,
1734                                   int                           a2,
1735                                   const ListOfLists<int>&       at2con)
1736 {
1737     int nca, cc[32], ca[32];
1738     int c_triangle[2] = { -1, -1 };
1739
1740     nca = 0;
1741     for (const int c : at2con[a1])
1742     {
1743         if (c != constraint_index)
1744         {
1745             int aa1, aa2;
1746
1747             aa1 = iatom[c * 3 + 1];
1748             aa2 = iatom[c * 3 + 2];
1749             if (aa1 != a1)
1750             {
1751                 cc[nca] = c;
1752                 ca[nca] = aa1;
1753                 nca++;
1754             }
1755             if (aa2 != a1)
1756             {
1757                 cc[nca] = c;
1758                 ca[nca] = aa2;
1759                 nca++;
1760             }
1761         }
1762     }
1763
1764     for (const int c : at2con[a2])
1765     {
1766         if (c != constraint_index)
1767         {
1768             int aa1, aa2, i;
1769
1770             aa1 = iatom[c * 3 + 1];
1771             aa2 = iatom[c * 3 + 2];
1772             if (aa1 != a2)
1773             {
1774                 for (i = 0; i < nca; i++)
1775                 {
1776                     if (aa1 == ca[i])
1777                     {
1778                         c_triangle[0] = cc[i];
1779                         c_triangle[1] = c;
1780                     }
1781                 }
1782             }
1783             if (aa2 != a2)
1784             {
1785                 for (i = 0; i < nca; i++)
1786                 {
1787                     if (aa2 == ca[i])
1788                     {
1789                         c_triangle[0] = cc[i];
1790                         c_triangle[1] = c;
1791                     }
1792                 }
1793             }
1794         }
1795     }
1796
1797     if (c_triangle[0] >= 0)
1798     {
1799         int end;
1800
1801         for (end = 0; end < 2; end++)
1802         {
1803             /* Check if constraint c_triangle[end] has not yet been assigned */
1804             if (li->con_index[c_triangle[end]] == -1)
1805             {
1806                 int  i, type;
1807                 real lenA, lenB;
1808
1809                 i    = c_triangle[end] * 3;
1810                 type = iatom[i];
1811                 lenA = idef.iparams[type].constr.dA;
1812                 lenB = idef.iparams[type].constr.dB;
1813
1814                 if (bDynamics || lenA != 0 || lenB != 0)
1815                 {
1816                     assign_constraint(li, c_triangle[end], iatom[i + 1], iatom[i + 2], lenA, lenB, at2con);
1817                 }
1818             }
1819         }
1820     }
1821 }
1822
1823 //! Sets matrix indices.
1824 static void set_matrix_indices(Lincs* li, const Task& li_task, const ListOfLists<int>& at2con, bool bSortMatrix)
1825 {
1826     for (int b = li_task.b0; b < li_task.b1; b++)
1827     {
1828         const int a1 = li->atoms[b].index1;
1829         const int a2 = li->atoms[b].index2;
1830
1831         int i = li->blnr[b];
1832         for (const int constraint : at2con[a1])
1833         {
1834             const int concon = li->con_index[constraint];
1835             if (concon != b)
1836             {
1837                 li->blbnb[i++] = concon;
1838             }
1839         }
1840         for (const int constraint : at2con[a2])
1841         {
1842             const int concon = li->con_index[constraint];
1843             if (concon != b)
1844             {
1845                 li->blbnb[i++] = concon;
1846             }
1847         }
1848
1849         if (bSortMatrix)
1850         {
1851             /* Order the blbnb matrix to optimize memory access */
1852             std::sort(li->blbnb.begin() + li->blnr[b], li->blbnb.begin() + li->blnr[b + 1]);
1853         }
1854     }
1855 }
1856
1857 void set_lincs(const InteractionDefinitions& idef,
1858                const int                     numAtoms,
1859                ArrayRef<const real>          invmass,
1860                const real                    lambda,
1861                bool                          bDynamics,
1862                const t_commrec*              cr,
1863                Lincs*                        li)
1864 {
1865     li->nc_real = 0;
1866     li->nc      = 0;
1867     li->ncc     = 0;
1868     /* Zero the thread index ranges.
1869      * Otherwise without local constraints we could return with old ranges.
1870      */
1871     for (int i = 0; i < li->ntask; i++)
1872     {
1873         li->task[i].b0 = 0;
1874         li->task[i].b1 = 0;
1875         li->task[i].ind.clear();
1876     }
1877     if (li->ntask > 1)
1878     {
1879         li->task[li->ntask].ind.clear();
1880     }
1881
1882     /* This is the local topology, so there are only F_CONSTR constraints */
1883     if (idef.il[F_CONSTR].empty())
1884     {
1885         /* There are no constraints,
1886          * we do not need to fill any data structures.
1887          */
1888         return;
1889     }
1890
1891     if (debug)
1892     {
1893         fprintf(debug, "Building the LINCS connectivity\n");
1894     }
1895
1896     int natoms;
1897     if (DOMAINDECOMP(cr))
1898     {
1899         if (cr->dd->constraints)
1900         {
1901             int start;
1902
1903             dd_get_constraint_range(*cr->dd, &start, &natoms);
1904         }
1905         else
1906         {
1907             natoms = dd_numHomeAtoms(*cr->dd);
1908         }
1909     }
1910     else
1911     {
1912         natoms = numAtoms;
1913     }
1914
1915     const ListOfLists<int> at2con =
1916             make_at2con(natoms, idef.il, idef.iparams, flexibleConstraintTreatment(bDynamics));
1917
1918     const int ncon_tot = idef.il[F_CONSTR].size() / 3;
1919
1920     /* Ensure we have enough padding for aligned loads for each thread */
1921     const int numEntries = ncon_tot + li->ntask * simd_width;
1922     li->con_index.resize(numEntries);
1923     li->bllen0.resize(numEntries);
1924     li->ddist.resize(numEntries);
1925     li->atoms.resize(numEntries);
1926     li->blc.resize(numEntries);
1927     li->blc1.resize(numEntries);
1928     li->blnr.resize(numEntries + 1);
1929     li->bllen.resize(numEntries);
1930     li->tmpv.resizeWithPadding(numEntries);
1931     if (DOMAINDECOMP(cr))
1932     {
1933         li->nlocat.resize(numEntries);
1934     }
1935     li->tmp1.resize(numEntries);
1936     li->tmp2.resize(numEntries);
1937     li->tmp3.resize(numEntries);
1938     li->tmp4.resize(numEntries);
1939     li->mlambda.resize(numEntries);
1940
1941     gmx::ArrayRef<const int> iatom = idef.il[F_CONSTR].iatoms;
1942
1943     li->blnr[0] = li->ncc;
1944
1945     /* Assign the constraints for li->ntask LINCS tasks.
1946      * We target a uniform distribution of constraints over the tasks.
1947      * Note that when flexible constraints are present, but are removed here
1948      * (e.g. because we are doing EM) we get imbalance, but since that doesn't
1949      * happen during normal MD, that's ok.
1950      */
1951
1952     /* Determine the number of constraints we need to assign here */
1953     int ncon_assign = ncon_tot;
1954     if (!bDynamics)
1955     {
1956         /* With energy minimization, flexible constraints are ignored
1957          * (and thus minimized, as they should be).
1958          */
1959         ncon_assign -= countFlexibleConstraints(idef.il, idef.iparams);
1960     }
1961
1962     /* Set the target constraint count per task to exactly uniform,
1963      * this might be overridden below.
1964      */
1965     int ncon_target = (ncon_assign + li->ntask - 1) / li->ntask;
1966
1967     /* Mark all constraints as unassigned by setting their index to -1 */
1968     for (int con = 0; con < ncon_tot; con++)
1969     {
1970         li->con_index[con] = -1;
1971     }
1972
1973     int con = 0;
1974     for (int th = 0; th < li->ntask; th++)
1975     {
1976         Task* li_task;
1977
1978         li_task = &li->task[th];
1979
1980 #if GMX_SIMD_HAVE_REAL
1981         /* With indepedent tasks we likely have H-bond constraints or constraint
1982          * pairs. The connected constraints will be pulled into the task, so the
1983          * constraints per task will often exceed ncon_target.
1984          * Triangle constraints can also increase the count, but there are
1985          * relatively few of those, so we usually expect to get ncon_target.
1986          */
1987         if (li->bTaskDep)
1988         {
1989             /* We round ncon_target to a multiple of GMX_SIMD_WIDTH,
1990              * since otherwise a lot of operations can be wasted.
1991              * There are several ways to round here, we choose the one
1992              * that alternates block sizes, which helps with Intel HT.
1993              */
1994             ncon_target = ((ncon_assign * (th + 1)) / li->ntask - li->nc_real + GMX_SIMD_REAL_WIDTH - 1)
1995                           & ~(GMX_SIMD_REAL_WIDTH - 1);
1996         }
1997 #endif // GMX_SIMD==2 && GMX_SIMD_HAVE_REAL
1998
1999         /* Continue filling the arrays where we left off with the previous task,
2000          * including padding for SIMD.
2001          */
2002         li_task->b0 = li->nc;
2003
2004         gmx::ArrayRef<const t_iparams> iparams = idef.iparams;
2005
2006         while (con < ncon_tot && li->nc - li_task->b0 < ncon_target)
2007         {
2008             if (li->con_index[con] == -1)
2009             {
2010                 int  type, a1, a2;
2011                 real lenA, lenB;
2012
2013                 type = iatom[3 * con];
2014                 a1   = iatom[3 * con + 1];
2015                 a2   = iatom[3 * con + 2];
2016                 lenA = iparams[type].constr.dA;
2017                 lenB = iparams[type].constr.dB;
2018                 /* Skip the flexible constraints when not doing dynamics */
2019                 if (bDynamics || lenA != 0 || lenB != 0)
2020                 {
2021                     assign_constraint(li, con, a1, a2, lenA, lenB, at2con);
2022
2023                     if (li->ntask > 1 && !li->bTaskDep)
2024                     {
2025                         /* We can generate independent tasks. Check if we
2026                          * need to assign connected constraints to our task.
2027                          */
2028                         check_assign_connected(li, iatom, idef, bDynamics, a1, a2, at2con);
2029                     }
2030                     if (li->ntask > 1 && li->ncg_triangle > 0)
2031                     {
2032                         /* Ensure constraints in one triangle are assigned
2033                          * to the same task.
2034                          */
2035                         check_assign_triangle(li, iatom, idef, bDynamics, con, a1, a2, at2con);
2036                     }
2037                 }
2038             }
2039
2040             con++;
2041         }
2042
2043         li_task->b1 = li->nc;
2044
2045         if (simd_width > 1)
2046         {
2047             /* Copy the last atom pair indices and lengths for constraints
2048              * up to a multiple of simd_width, such that we can do all
2049              * SIMD operations without having to worry about end effects.
2050              */
2051             int i, last;
2052
2053             li->nc = ((li_task->b1 + simd_width - 1) / simd_width) * simd_width;
2054             last   = li_task->b1 - 1;
2055             for (i = li_task->b1; i < li->nc; i++)
2056             {
2057                 li->atoms[i]    = li->atoms[last];
2058                 li->bllen0[i]   = li->bllen0[last];
2059                 li->ddist[i]    = li->ddist[last];
2060                 li->bllen[i]    = li->bllen[last];
2061                 li->blnr[i + 1] = li->blnr[last + 1];
2062             }
2063         }
2064
2065         /* Keep track of how many constraints we assigned */
2066         li->nc_real += li_task->b1 - li_task->b0;
2067
2068         if (debug)
2069         {
2070             fprintf(debug, "LINCS task %d constraints %d - %d\n", th, li_task->b0, li_task->b1);
2071         }
2072     }
2073
2074     assert(li->nc_real == ncon_assign);
2075
2076     bool bSortMatrix;
2077
2078     /* Without DD we order the blbnb matrix to optimize memory access.
2079      * With DD the overhead of sorting is more than the gain during access.
2080      */
2081     bSortMatrix = !DOMAINDECOMP(cr);
2082
2083     li->blbnb.resize(li->ncc);
2084
2085 #pragma omp parallel for num_threads(li->ntask) schedule(static)
2086     for (int th = 0; th < li->ntask; th++)
2087     {
2088         try
2089         {
2090             Task& li_task = li->task[th];
2091
2092             if (li->ncg_triangle > 0)
2093             {
2094                 /* This is allocating too much, but it is difficult to improve */
2095                 li_task.triangle.resize(li_task.b1 - li_task.b0);
2096                 li_task.tri_bits.resize(li_task.b1 - li_task.b0);
2097             }
2098
2099             set_matrix_indices(li, li_task, at2con, bSortMatrix);
2100         }
2101         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
2102     }
2103
2104     if (cr->dd == nullptr)
2105     {
2106         /* Since the matrix is static, we should free some memory */
2107         li->blbnb.resize(li->ncc);
2108     }
2109
2110     li->blmf.resize(li->ncc);
2111     li->blmf1.resize(li->ncc);
2112     li->tmpncc.resize(li->ncc);
2113
2114     gmx::ArrayRef<const int> nlocat_dd = dd_constraints_nlocalatoms(cr->dd);
2115     if (!nlocat_dd.empty())
2116     {
2117         /* Convert nlocat from local topology to LINCS constraint indexing */
2118         for (con = 0; con < ncon_tot; con++)
2119         {
2120             li->nlocat[li->con_index[con]] = nlocat_dd[con];
2121         }
2122     }
2123     else
2124     {
2125         li->nlocat.clear();
2126     }
2127
2128     if (debug)
2129     {
2130         fprintf(debug, "Number of constraints is %d, padded %d, couplings %d\n", li->nc_real, li->nc, li->ncc);
2131     }
2132
2133     if (li->ntask > 1)
2134     {
2135         lincs_thread_setup(li, numAtoms);
2136     }
2137
2138     set_lincs_matrix(li, invmass, lambda);
2139
2140     li->rmsdData[0] = 0.0;
2141     li->rmsdData[1] = 0.0;
2142 }
2143
2144 //! Issues a warning when LINCS constraints cannot be satisfied.
2145 static void lincs_warning(gmx_domdec_t*                 dd,
2146                           ArrayRef<const RVec>          x,
2147                           ArrayRef<const RVec>          xprime,
2148                           t_pbc*                        pbc,
2149                           int                           ncons,
2150                           gmx::ArrayRef<const AtomPair> atoms,
2151                           gmx::ArrayRef<const real>     bllen,
2152                           real                          wangle,
2153                           int                           maxwarn,
2154                           int*                          warncount)
2155 {
2156     real wfac = std::cos(gmx::c_deg2Rad * wangle);
2157
2158     fprintf(stderr,
2159             "bonds that rotated more than %g degrees:\n"
2160             " atom 1 atom 2  angle  previous, current, constraint length\n",
2161             wangle);
2162
2163     for (int b = 0; b < ncons; b++)
2164     {
2165         const int i = atoms[b].index1;
2166         const int j = atoms[b].index2;
2167         rvec      v0;
2168         rvec      v1;
2169         if (pbc)
2170         {
2171             pbc_dx_aiuc(pbc, x[i], x[j], v0);
2172             pbc_dx_aiuc(pbc, xprime[i], xprime[j], v1);
2173         }
2174         else
2175         {
2176             rvec_sub(x[i], x[j], v0);
2177             rvec_sub(xprime[i], xprime[j], v1);
2178         }
2179         real d0     = norm(v0);
2180         real d1     = norm(v1);
2181         real cosine = ::iprod(v0, v1) / (d0 * d1);
2182         if (cosine < wfac)
2183         {
2184             fprintf(stderr,
2185                     " %6d %6d  %5.1f  %8.4f %8.4f    %8.4f\n",
2186                     ddglatnr(dd, i),
2187                     ddglatnr(dd, j),
2188                     gmx::c_rad2Deg * std::acos(cosine),
2189                     d0,
2190                     d1,
2191                     bllen[b]);
2192             if (!std::isfinite(d1))
2193             {
2194                 gmx_fatal(FARGS, "Bond length not finite.");
2195             }
2196
2197             (*warncount)++;
2198         }
2199     }
2200     if (*warncount > maxwarn)
2201     {
2202         too_many_constraint_warnings(ConstraintAlgorithm::Lincs, *warncount);
2203     }
2204 }
2205
2206 //! Status information about how well LINCS satisified the constraints in this domain
2207 struct LincsDeviations
2208 {
2209     //! The maximum over all bonds in this domain of the relative deviation in bond lengths
2210     real maxDeviation = 0;
2211     //! Sum over all bonds in this domain of the squared relative deviation
2212     real sumSquaredDeviation = 0;
2213     //! Index of bond with max deviation
2214     int indexOfMaxDeviation = -1;
2215     //! Number of bonds constrained in this domain
2216     int numConstraints = 0;
2217 };
2218
2219 //! Determine how well the constraints have been satisfied.
2220 static LincsDeviations makeLincsDeviations(const Lincs& lincsd, ArrayRef<const RVec> x, const t_pbc* pbc)
2221 {
2222     LincsDeviations                result;
2223     const ArrayRef<const AtomPair> atoms  = lincsd.atoms;
2224     const ArrayRef<const real>     bllen  = lincsd.bllen;
2225     const ArrayRef<const int>      nlocat = lincsd.nlocat;
2226
2227     for (int task = 0; task < lincsd.ntask; task++)
2228     {
2229         for (int b = lincsd.task[task].b0; b < lincsd.task[task].b1; b++)
2230         {
2231             rvec dx;
2232             if (pbc)
2233             {
2234                 pbc_dx_aiuc(pbc, x[atoms[b].index1], x[atoms[b].index2], dx);
2235             }
2236             else
2237             {
2238                 rvec_sub(x[atoms[b].index1], x[atoms[b].index2], dx);
2239             }
2240             real r2  = ::norm2(dx);
2241             real len = r2 * gmx::invsqrt(r2);
2242             real d   = std::abs(len / bllen[b] - 1.0_real);
2243             if (d > result.maxDeviation && (nlocat.empty() || nlocat[b]))
2244             {
2245                 result.maxDeviation        = d;
2246                 result.indexOfMaxDeviation = b;
2247             }
2248             if (nlocat.empty())
2249             {
2250                 result.sumSquaredDeviation += d * d;
2251                 result.numConstraints++;
2252             }
2253             else
2254             {
2255                 result.sumSquaredDeviation += nlocat[b] * d * d;
2256                 result.numConstraints += nlocat[b];
2257             }
2258         }
2259     }
2260
2261     if (!nlocat.empty())
2262     {
2263         result.numConstraints /= 2;
2264         result.sumSquaredDeviation *= 0.5;
2265     }
2266     return result;
2267 }
2268
2269 bool constrain_lincs(bool                            computeRmsd,
2270                      const t_inputrec&               ir,
2271                      int64_t                         step,
2272                      Lincs*                          lincsd,
2273                      ArrayRef<const real>            invmass,
2274                      const t_commrec*                cr,
2275                      const gmx_multisim_t*           ms,
2276                      ArrayRefWithPadding<const RVec> xPadded,
2277                      ArrayRefWithPadding<RVec>       xprimePadded,
2278                      ArrayRef<RVec>                  min_proj,
2279                      const matrix                    box,
2280                      t_pbc*                          pbc,
2281                      const bool                      hasMassPerturbed,
2282                      real                            lambda,
2283                      real*                           dvdlambda,
2284                      real                            invdt,
2285                      ArrayRef<RVec>                  v,
2286                      bool                            bCalcVir,
2287                      tensor                          vir_r_m_dr,
2288                      ConstraintVariable              econq,
2289                      t_nrnb*                         nrnb,
2290                      int                             maxwarn,
2291                      int*                            warncount)
2292 {
2293     bool bOK = TRUE;
2294
2295     /* This boolean should be set by a flag passed to this routine.
2296      * We can also easily check if any constraint length is changed,
2297      * if not dH/dlambda=0 and we can also set the boolean to FALSE.
2298      */
2299     bool bCalcDHDL = (ir.efep != FreeEnergyPerturbationType::No && dvdlambda != nullptr);
2300
2301     if (lincsd->nc == 0 && cr->dd == nullptr)
2302     {
2303         if (computeRmsd)
2304         {
2305             lincsd->rmsdData = { { 0 } };
2306         }
2307
2308         return bOK;
2309     }
2310
2311     ArrayRef<const RVec> x      = xPadded.unpaddedArrayRef();
2312     ArrayRef<RVec>       xprime = xprimePadded.unpaddedArrayRef();
2313
2314     if (econq == ConstraintVariable::Positions)
2315     {
2316         /* We can't use bCalcDHDL here, since NULL can be passed for dvdlambda
2317          * also with efep!=fepNO.
2318          */
2319         if (ir.efep != FreeEnergyPerturbationType::No)
2320         {
2321             if (hasMassPerturbed && lincsd->matlam != lambda)
2322             {
2323                 set_lincs_matrix(lincsd, invmass, lambda);
2324             }
2325
2326             for (int i = 0; i < lincsd->nc; i++)
2327             {
2328                 lincsd->bllen[i] = lincsd->bllen0[i] + lambda * lincsd->ddist[i];
2329             }
2330         }
2331
2332         if (lincsd->ncg_flex)
2333         {
2334             /* Set the flexible constraint lengths to the old lengths */
2335             if (pbc != nullptr)
2336             {
2337                 for (int i = 0; i < lincsd->nc; i++)
2338                 {
2339                     if (lincsd->bllen[i] == 0)
2340                     {
2341                         rvec dx;
2342                         pbc_dx_aiuc(pbc, x[lincsd->atoms[i].index1], x[lincsd->atoms[i].index2], dx);
2343                         lincsd->bllen[i] = norm(dx);
2344                     }
2345                 }
2346             }
2347             else
2348             {
2349                 for (int i = 0; i < lincsd->nc; i++)
2350                 {
2351                     if (lincsd->bllen[i] == 0)
2352                     {
2353                         lincsd->bllen[i] = std::sqrt(
2354                                 distance2(x[lincsd->atoms[i].index1], x[lincsd->atoms[i].index2]));
2355                     }
2356                 }
2357             }
2358         }
2359
2360         const bool printDebugOutput = ((debug != nullptr) && lincsd->nc > 0);
2361         if (printDebugOutput)
2362         {
2363             LincsDeviations deviations = makeLincsDeviations(*lincsd, xprime, pbc);
2364             fprintf(debug, "   Rel. Constraint Deviation:  RMS         MAX     between atoms\n");
2365             fprintf(debug,
2366                     "       Before LINCS          %.6f    %.6f %6d %6d\n",
2367                     std::sqrt(deviations.sumSquaredDeviation / deviations.numConstraints),
2368                     deviations.maxDeviation,
2369                     ddglatnr(cr->dd, lincsd->atoms[deviations.indexOfMaxDeviation].index1),
2370                     ddglatnr(cr->dd, lincsd->atoms[deviations.indexOfMaxDeviation].index2));
2371         }
2372
2373         /* This bWarn var can be updated by multiple threads
2374          * at the same time. But as we only need to detect
2375          * if a warning occurred or not, this is not an issue.
2376          */
2377         bool bWarn = FALSE;
2378
2379         /* The OpenMP parallel region of constrain_lincs for coords */
2380 #pragma omp parallel num_threads(lincsd->ntask)
2381         {
2382             try
2383             {
2384                 int th = gmx_omp_get_thread_num();
2385
2386                 clear_mat(lincsd->task[th].vir_r_m_dr);
2387
2388                 do_lincs(xPadded,
2389                          xprimePadded,
2390                          box,
2391                          pbc,
2392                          lincsd,
2393                          th,
2394                          invmass,
2395                          cr,
2396                          bCalcDHDL,
2397                          ir.LincsWarnAngle,
2398                          &bWarn,
2399                          invdt,
2400                          v,
2401                          bCalcVir,
2402                          th == 0 ? vir_r_m_dr : lincsd->task[th].vir_r_m_dr);
2403             }
2404             GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
2405         }
2406
2407         if (computeRmsd || printDebugOutput || bWarn)
2408         {
2409             LincsDeviations deviations = makeLincsDeviations(*lincsd, xprime, pbc);
2410
2411             if (computeRmsd)
2412             {
2413                 // This is reduced across domains in compute_globals and
2414                 // reported to the log file.
2415                 lincsd->rmsdData[0] = deviations.numConstraints;
2416                 lincsd->rmsdData[1] = deviations.sumSquaredDeviation;
2417             }
2418             else
2419             {
2420                 // This is never read
2421                 lincsd->rmsdData = { { 0 } };
2422             }
2423             if (printDebugOutput)
2424             {
2425                 fprintf(debug,
2426                         "        After LINCS          %.6f    %.6f %6d %6d\n\n",
2427                         std::sqrt(deviations.sumSquaredDeviation / deviations.numConstraints),
2428                         deviations.maxDeviation,
2429                         ddglatnr(cr->dd, lincsd->atoms[deviations.indexOfMaxDeviation].index1),
2430                         ddglatnr(cr->dd, lincsd->atoms[deviations.indexOfMaxDeviation].index2));
2431             }
2432
2433             if (bWarn)
2434             {
2435                 if (maxwarn < INT_MAX)
2436                 {
2437                     std::string simMesg;
2438                     if (isMultiSim(ms))
2439                     {
2440                         simMesg += gmx::formatString(" in simulation %d", ms->simulationIndex_);
2441                     }
2442                     fprintf(stderr,
2443                             "\nStep %" PRId64
2444                             ", time %g (ps)  LINCS WARNING%s\n"
2445                             "relative constraint deviation after LINCS:\n"
2446                             "rms %.6f, max %.6f (between atoms %d and %d)\n",
2447                             step,
2448                             ir.init_t + step * ir.delta_t,
2449                             simMesg.c_str(),
2450                             std::sqrt(deviations.sumSquaredDeviation / deviations.numConstraints),
2451                             deviations.maxDeviation,
2452                             ddglatnr(cr->dd, lincsd->atoms[deviations.indexOfMaxDeviation].index1),
2453                             ddglatnr(cr->dd, lincsd->atoms[deviations.indexOfMaxDeviation].index2));
2454
2455                     lincs_warning(
2456                             cr->dd, x, xprime, pbc, lincsd->nc, lincsd->atoms, lincsd->bllen, ir.LincsWarnAngle, maxwarn, warncount);
2457                 }
2458                 bOK = (deviations.maxDeviation < 0.5);
2459             }
2460         }
2461
2462         if (lincsd->ncg_flex)
2463         {
2464             for (int i = 0; (i < lincsd->nc); i++)
2465             {
2466                 if (lincsd->bllen0[i] == 0 && lincsd->ddist[i] == 0)
2467                 {
2468                     lincsd->bllen[i] = 0;
2469                 }
2470             }
2471         }
2472     }
2473     else
2474     {
2475         /* The OpenMP parallel region of constrain_lincs for derivatives */
2476 #pragma omp parallel num_threads(lincsd->ntask)
2477         {
2478             try
2479             {
2480                 int th = gmx_omp_get_thread_num();
2481
2482                 do_lincsp(xPadded,
2483                           xprimePadded,
2484                           min_proj,
2485                           pbc,
2486                           lincsd,
2487                           th,
2488                           invmass,
2489                           econq,
2490                           bCalcDHDL,
2491                           bCalcVir,
2492                           th == 0 ? vir_r_m_dr : lincsd->task[th].vir_r_m_dr);
2493             }
2494             GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
2495         }
2496     }
2497
2498     if (bCalcDHDL)
2499     {
2500         /* Reduce the dH/dlambda contributions over the threads */
2501         real dhdlambda;
2502         int  th;
2503
2504         dhdlambda = 0;
2505         for (th = 0; th < lincsd->ntask; th++)
2506         {
2507             dhdlambda += lincsd->task[th].dhdlambda;
2508         }
2509         if (econq == ConstraintVariable::Positions)
2510         {
2511             /* dhdlambda contains dH/dlambda*dt^2, correct for this */
2512             /* TODO This should probably use invdt, so that sd integrator scaling works properly */
2513             dhdlambda /= ir.delta_t * ir.delta_t;
2514         }
2515         *dvdlambda += dhdlambda;
2516     }
2517
2518     if (bCalcVir && lincsd->ntask > 1)
2519     {
2520         for (int i = 1; i < lincsd->ntask; i++)
2521         {
2522             m_add(vir_r_m_dr, lincsd->task[i].vir_r_m_dr, vir_r_m_dr);
2523         }
2524     }
2525
2526     /* count assuming nit=1 */
2527     inc_nrnb(nrnb, eNR_LINCS, lincsd->nc_real);
2528     inc_nrnb(nrnb, eNR_LINCSMAT, (2 + lincsd->nOrder) * lincsd->ncc);
2529     if (lincsd->ntriangle > 0)
2530     {
2531         inc_nrnb(nrnb, eNR_LINCSMAT, lincsd->nOrder * lincsd->ncc_triangle);
2532     }
2533     if (!v.empty())
2534     {
2535         inc_nrnb(nrnb, eNR_CONSTR_V, lincsd->nc_real * 2);
2536     }
2537     if (bCalcVir)
2538     {
2539         inc_nrnb(nrnb, eNR_CONSTR_VIR, lincsd->nc_real);
2540     }
2541
2542     return bOK;
2543 }
2544
2545 } // namespace gmx