src/gromacs/mdlib/nbnxn_atomdata.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <math.h>
  41 #include <string.h>
  42 #include "smalloc.h"
  43 #include "macros.h"
  44 #include "vec.h"
  45 #include "nbnxn_consts.h"
  46 #include "nbnxn_internal.h"
  47 #include "nbnxn_search.h"
  48 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  49
  50 /* Default nbnxn allocation routine, allocates NBNXN_MEM_ALIGN byte aligned */
  51 void nbnxn_alloc_aligned(void **ptr, size_t nbytes)
  52 {
  53     *ptr = save_malloc_aligned("ptr", __FILE__, __LINE__, nbytes, 1, NBNXN_MEM_ALIGN);
  54 }
  55
  56 /* Free function for memory allocated with nbnxn_alloc_aligned */
  57 void nbnxn_free_aligned(void *ptr)
  58 {
  59     sfree_aligned(ptr);
  60 }
  61
  62 /* Reallocation wrapper function for nbnxn data structures */
  63 void nbnxn_realloc_void(void **ptr,
  64                         int nbytes_copy, int nbytes_new,
  65                         nbnxn_alloc_t *ma,
  66                         nbnxn_free_t  *mf)
  67 {
  68     void *ptr_new;
  69
  70     ma(&ptr_new, nbytes_new);
  71
  72     if (nbytes_new > 0 && ptr_new == NULL)
  73     {
  74         gmx_fatal(FARGS, "Allocation of %d bytes failed", nbytes_new);
  75     }
  76
  77     if (nbytes_copy > 0)
  78     {
  79         if (nbytes_new < nbytes_copy)
  80         {
  81             gmx_incons("In nbnxn_realloc_void: new size less than copy size");
  82         }
  83         memcpy(ptr_new, *ptr, nbytes_copy);
  84     }
  85     if (*ptr != NULL)
  86     {
  87         mf(*ptr);
  88     }
  89     *ptr = ptr_new;
  90 }
  91
  92 /* Reallocate the nbnxn_atomdata_t for a size of n atoms */
  93 void nbnxn_atomdata_realloc(nbnxn_atomdata_t *nbat, int n)
  94 {
  95     int t;
  96
  97     nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->type,
  98                        nbat->natoms*sizeof(*nbat->type),
  99                        n*sizeof(*nbat->type),
 100                        nbat->alloc, nbat->free);
 101     nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->lj_comb,
 102                        nbat->natoms*2*sizeof(*nbat->lj_comb),
 103                        n*2*sizeof(*nbat->lj_comb),
 104                        nbat->alloc, nbat->free);
 105     if (nbat->XFormat != nbatXYZQ)
 106     {
 107         nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->q,
 108                            nbat->natoms*sizeof(*nbat->q),
 109                            n*sizeof(*nbat->q),
 110                            nbat->alloc, nbat->free);
 111     }
 112     if (nbat->nenergrp > 1)
 113     {
 114         nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->energrp,
 115                            nbat->natoms/nbat->na_c*sizeof(*nbat->energrp),
 116                            n/nbat->na_c*sizeof(*nbat->energrp),
 117                            nbat->alloc, nbat->free);
 118     }
 119     nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->x,
 120                        nbat->natoms*nbat->xstride*sizeof(*nbat->x),
 121                        n*nbat->xstride*sizeof(*nbat->x),
 122                        nbat->alloc, nbat->free);
 123     for (t = 0; t < nbat->nout; t++)
 124     {
 125         /* Allocate one element extra for possible signaling with CUDA */
 126         nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->out[t].f,
 127                            nbat->natoms*nbat->fstride*sizeof(*nbat->out[t].f),
 128                            n*nbat->fstride*sizeof(*nbat->out[t].f),
 129                            nbat->alloc, nbat->free);
 130     }
 131     nbat->nalloc = n;
 132 }
 133
 134 /* Initializes an nbnxn_atomdata_output_t data structure */
 135 static void nbnxn_atomdata_output_init(nbnxn_atomdata_output_t *out,
 136                                        int nb_kernel_type,
 137                                        int nenergrp, int stride,
 138                                        nbnxn_alloc_t *ma)
 139 {
 140     int cj_size;
 141
 142     out->f = NULL;
 143     ma((void **)&out->fshift, SHIFTS*DIM*sizeof(*out->fshift));
 144     out->nV = nenergrp*nenergrp;
 145     ma((void **)&out->Vvdw, out->nV*sizeof(*out->Vvdw));
 146     ma((void **)&out->Vc, out->nV*sizeof(*out->Vc  ));
 147
 148     if (nb_kernel_type == nbnxnk4xN_SIMD_4xN ||
 149         nb_kernel_type == nbnxnk4xN_SIMD_2xNN)
 150     {
 151         cj_size  = nbnxn_kernel_to_cj_size(nb_kernel_type);
 152         out->nVS = nenergrp*nenergrp*stride*(cj_size>>1)*cj_size;
 153         ma((void **)&out->VSvdw, out->nVS*sizeof(*out->VSvdw));
 154         ma((void **)&out->VSc, out->nVS*sizeof(*out->VSc  ));
 155     }
 156     else
 157     {
 158         out->nVS = 0;
 159     }
 160 }
 161
 162 static void copy_int_to_nbat_int(const int *a, int na, int na_round,
 163                                  const int *in, int fill, int *innb)
 164 {
 165     int i, j;
 166
 167     j = 0;
 168     for (i = 0; i < na; i++)
 169     {
 170         innb[j++] = in[a[i]];
 171     }
 172     /* Complete the partially filled last cell with fill */
 173     for (; i < na_round; i++)
 174     {
 175         innb[j++] = fill;
 176     }
 177 }
 178
 179 static void clear_nbat_real(int na, int nbatFormat, real *xnb, int a0)
 180 {
 181     int a, d, j, c;
 182
 183     switch (nbatFormat)
 184     {
 185         case nbatXYZ:
 186             for (a = 0; a < na; a++)
 187             {
 188                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 189                 {
 190                     xnb[(a0+a)*STRIDE_XYZ+d] = 0;
 191                 }
 192             }
 193             break;
 194         case nbatXYZQ:
 195             for (a = 0; a < na; a++)
 196             {
 197                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 198                 {
 199                     xnb[(a0+a)*STRIDE_XYZQ+d] = 0;
 200                 }
 201             }
 202             break;
 203         case nbatX4:
 204             j = X4_IND_A(a0);
 205             c = a0 & (PACK_X4-1);
 206             for (a = 0; a < na; a++)
 207             {
 208                 xnb[j+XX*PACK_X4] = 0;
 209                 xnb[j+YY*PACK_X4] = 0;
 210                 xnb[j+ZZ*PACK_X4] = 0;
 211                 j++;
 212                 c++;
 213                 if (c == PACK_X4)
 214                 {
 215                     j += (DIM-1)*PACK_X4;
 216                     c  = 0;
 217                 }
 218             }
 219             break;
 220         case nbatX8:
 221             j = X8_IND_A(a0);
 222             c = a0 & (PACK_X8-1);
 223             for (a = 0; a < na; a++)
 224             {
 225                 xnb[j+XX*PACK_X8] = 0;
 226                 xnb[j+YY*PACK_X8] = 0;
 227                 xnb[j+ZZ*PACK_X8] = 0;
 228                 j++;
 229                 c++;
 230                 if (c == PACK_X8)
 231                 {
 232                     j += (DIM-1)*PACK_X8;
 233                     c  = 0;
 234                 }
 235             }
 236             break;
 237     }
 238 }
 239
 240 void copy_rvec_to_nbat_real(const int *a, int na, int na_round,
 241                             rvec *x, int nbatFormat, real *xnb, int a0,
 242                             int cx, int cy, int cz)
 243 {
 244     int i, j, c;
 245
 246 /* We might need to place filler particles to fill up the cell to na_round.
 247  * The coefficients (LJ and q) for such particles are zero.
 248  * But we might still get NaN as 0*NaN when distances are too small.
 249  * We hope that -107 nm is far away enough from to zero
 250  * to avoid accidental short distances to particles shifted down for pbc.
 251  */
 252 #define NBAT_FAR_AWAY 107
 253
 254     switch (nbatFormat)
 255     {
 256         case nbatXYZ:
 257             j = a0*STRIDE_XYZ;
 258             for (i = 0; i < na; i++)
 259             {
 260                 xnb[j++] = x[a[i]][XX];
 261                 xnb[j++] = x[a[i]][YY];
 262                 xnb[j++] = x[a[i]][ZZ];
 263             }
 264             /* Complete the partially filled last cell with copies of the last element.
 265              * This simplifies the bounding box calculation and avoid
 266              * numerical issues with atoms that are coincidentally close.
 267              */
 268             for (; i < na_round; i++)
 269             {
 270                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 271                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 272                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 273             }
 274             break;
 275         case nbatXYZQ:
 276             j = a0*STRIDE_XYZQ;
 277             for (i = 0; i < na; i++)
 278             {
 279                 xnb[j++] = x[a[i]][XX];
 280                 xnb[j++] = x[a[i]][YY];
 281                 xnb[j++] = x[a[i]][ZZ];
 282                 j++;
 283             }
 284             /* Complete the partially filled last cell with particles far apart */
 285             for (; i < na_round; i++)
 286             {
 287                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 288                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 289                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 290                 j++;
 291             }
 292             break;
 293         case nbatX4:
 294             j = X4_IND_A(a0);
 295             c = a0 & (PACK_X4-1);
 296             for (i = 0; i < na; i++)
 297             {
 298                 xnb[j+XX*PACK_X4] = x[a[i]][XX];
 299                 xnb[j+YY*PACK_X4] = x[a[i]][YY];
 300                 xnb[j+ZZ*PACK_X4] = x[a[i]][ZZ];
 301                 j++;
 302                 c++;
 303                 if (c == PACK_X4)
 304                 {
 305                     j += (DIM-1)*PACK_X4;
 306                     c  = 0;
 307                 }
 308             }
 309             /* Complete the partially filled last cell with particles far apart */
 310             for (; i < na_round; i++)
 311             {
 312                 xnb[j+XX*PACK_X4] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 313                 xnb[j+YY*PACK_X4] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 314                 xnb[j+ZZ*PACK_X4] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 315                 j++;
 316                 c++;
 317                 if (c == PACK_X4)
 318                 {
 319                     j += (DIM-1)*PACK_X4;
 320                     c  = 0;
 321                 }
 322             }
 323             break;
 324         case nbatX8:
 325             j = X8_IND_A(a0);
 326             c = a0 & (PACK_X8 - 1);
 327             for (i = 0; i < na; i++)
 328             {
 329                 xnb[j+XX*PACK_X8] = x[a[i]][XX];
 330                 xnb[j+YY*PACK_X8] = x[a[i]][YY];
 331                 xnb[j+ZZ*PACK_X8] = x[a[i]][ZZ];
 332                 j++;
 333                 c++;
 334                 if (c == PACK_X8)
 335                 {
 336                     j += (DIM-1)*PACK_X8;
 337                     c  = 0;
 338                 }
 339             }
 340             /* Complete the partially filled last cell with particles far apart */
 341             for (; i < na_round; i++)
 342             {
 343                 xnb[j+XX*PACK_X8] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 344                 xnb[j+YY*PACK_X8] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 345                 xnb[j+ZZ*PACK_X8] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 346                 j++;
 347                 c++;
 348                 if (c == PACK_X8)
 349                 {
 350                     j += (DIM-1)*PACK_X8;
 351                     c  = 0;
 352                 }
 353             }
 354             break;
 355         default:
 356             gmx_incons("Unsupported nbnxn_atomdata_t format");
 357     }
 358 }
 359
 360 /* Determines the combination rule (or none) to be used, stores it,
 361  * and sets the LJ parameters required with the rule.
 362  */
 363 static void set_combination_rule_data(nbnxn_atomdata_t *nbat)
 364 {
 365     int  nt, i, j;
 366     real c6, c12;
 367
 368     nt = nbat->ntype;
 369
 370     switch (nbat->comb_rule)
 371     {
 372         case  ljcrGEOM:
 373             nbat->comb_rule = ljcrGEOM;
 374
 375             for (i = 0; i < nt; i++)
 376             {
 377                 /* Copy the diagonal from the nbfp matrix */
 378                 nbat->nbfp_comb[i*2  ] = sqrt(nbat->nbfp[(i*nt+i)*2  ]);
 379                 nbat->nbfp_comb[i*2+1] = sqrt(nbat->nbfp[(i*nt+i)*2+1]);
 380             }
 381             break;
 382         case ljcrLB:
 383             for (i = 0; i < nt; i++)
 384             {
 385                 /* Get 6*C6 and 12*C12 from the diagonal of the nbfp matrix */
 386                 c6  = nbat->nbfp[(i*nt+i)*2  ];
 387                 c12 = nbat->nbfp[(i*nt+i)*2+1];
 388                 if (c6 > 0 && c12 > 0)
 389                 {
 390                     /* We store 0.5*2^1/6*sigma and sqrt(4*3*eps),
 391                      * so we get 6*C6 and 12*C12 after combining.
 392                      */
 393                     nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0.5*pow(c12/c6, 1.0/6.0);
 394                     nbat->nbfp_comb[i*2+1] = sqrt(c6*c6/c12);
 395                 }
 396                 else
 397                 {
 398                     nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0;
 399                     nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0;
 400                 }
 401             }
 402             break;
 403         case ljcrNONE:
 404             /* nbfp_s4 stores two parameters using a stride of 4,
 405              * because this would suit x86 SIMD single-precision
 406              * quad-load intrinsics. There's a slight inefficiency in
 407              * allocating and initializing nbfp_s4 when it might not
 408              * be used, but introducing the conditional code is not
 409              * really worth it. */
 410             nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp_s4, nt*nt*4*sizeof(*nbat->nbfp_s4));
 411             for (i = 0; i < nt; i++)
 412             {
 413                 for (j = 0; j < nt; j++)
 414                 {
 415                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+0] = nbat->nbfp[(i*nt+j)*2+0];
 416                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+1] = nbat->nbfp[(i*nt+j)*2+1];
 417                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+2] = 0;
 418                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+3] = 0;
 419                 }
 420             }
 421             break;
 422         default:
 423             gmx_incons("Unknown combination rule");
 424             break;
 425     }
 426 }
 427
 428 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 429 static void
 430 nbnxn_atomdata_init_simple_exclusion_masks(nbnxn_atomdata_t *nbat)
 431 {
 432     int       i, j;
 433     const int simd_width = GMX_SIMD_WIDTH_HERE;
 434     int       simd_excl_size;
 435     /* Set the diagonal cluster pair exclusion mask setup data.
 436      * In the kernel we check 0 < j - i to generate the masks.
 437      * Here we store j - i for generating the mask for the first i,
 438      * we substract 0.5 to avoid rounding issues.
 439      * In the kernel we can subtract 1 to generate the subsequent mask.
 440      */
 441     int        simd_4xn_diag_size;
 442     const real simdFalse = -1, simdTrue = 1;
 443     real      *simd_interaction_array;
 444
 445     simd_4xn_diag_size = max(NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE, simd_width);
 446     snew_aligned(nbat->simd_4xn_diagonal_j_minus_i, simd_4xn_diag_size, NBNXN_MEM_ALIGN);
 447     for (j = 0; j < simd_4xn_diag_size; j++)
 448     {
 449         nbat->simd_4xn_diagonal_j_minus_i[j] = j - 0.5;
 450     }
 451
 452     snew_aligned(nbat->simd_2xnn_diagonal_j_minus_i, simd_width, NBNXN_MEM_ALIGN);
 453     for (j = 0; j < simd_width/2; j++)
 454     {
 455         /* The j-cluster size is half the SIMD width */
 456         nbat->simd_2xnn_diagonal_j_minus_i[j]              = j - 0.5;
 457         /* The next half of the SIMD width is for i + 1 */
 458         nbat->simd_2xnn_diagonal_j_minus_i[simd_width/2+j] = j - 1 - 0.5;
 459     }
 460
 461     /* We use up to 32 bits for exclusion masking.
 462      * The same masks are used for the 4xN and 2x(N+N) kernels.
 463      * The masks are read either into epi32 SIMD registers or into
 464      * real SIMD registers (together with a cast).
 465      * In single precision this means the real and epi32 SIMD registers
 466      * are of equal size.
 467      * In double precision the epi32 registers can be smaller than
 468      * the real registers, so depending on the architecture, we might
 469      * need to use two, identical, 32-bit masks per real.
 470      */
 471     simd_excl_size = NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE*simd_width;
 472     snew_aligned(nbat->simd_exclusion_filter1, simd_excl_size,   NBNXN_MEM_ALIGN);
 473     snew_aligned(nbat->simd_exclusion_filter2, simd_excl_size*2, NBNXN_MEM_ALIGN);
 474
 475     for (j = 0; j < simd_excl_size; j++)
 476     {
 477         /* Set the consecutive bits for masking pair exclusions */
 478         nbat->simd_exclusion_filter1[j]       = (1U << j);
 479         nbat->simd_exclusion_filter2[j*2 + 0] = (1U << j);
 480         nbat->simd_exclusion_filter2[j*2 + 1] = (1U << j);
 481     }
 482
 483 #if (defined GMX_CPU_ACCELERATION_IBM_QPX)
 484     /* The QPX kernels shouldn't do the bit masking that is done on
 485      * x86, because the SIMD units lack bit-wise operations. Instead,
 486      * we generate a vector of all 2^4 possible ways an i atom
 487      * interacts with its 4 j atoms. Each array entry contains
 488      * simd_width signed ints that are read in a single SIMD
 489      * load. These ints must contain values that will be interpreted
 490      * as true and false when loaded in the SIMD floating-point
 491      * registers, ie. any positive or any negative value,
 492      * respectively. Each array entry encodes how this i atom will
 493      * interact with the 4 j atoms. Matching code exists in
 494      * set_ci_top_excls() to generate indices into this array. Those
 495      * indices are used in the kernels. */
 496
 497     simd_excl_size = NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE*NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE;
 498     const int qpx_simd_width = GMX_SIMD_WIDTH_HERE;
 499     snew_aligned(simd_interaction_array, simd_excl_size * qpx_simd_width, NBNXN_MEM_ALIGN);
 500     for (j = 0; j < simd_excl_size; j++)
 501     {
 502         int index = j * qpx_simd_width;
 503         for (i = 0; i < qpx_simd_width; i++)
 504         {
 505             simd_interaction_array[index + i] = (j & (1 << i)) ? simdTrue : simdFalse;
 506         }
 507     }
 508     nbat->simd_interaction_array = simd_interaction_array;
 509 #endif
 510 }
 511 #endif
 512
 513 /* Initializes an nbnxn_atomdata_t data structure */
 514 void nbnxn_atomdata_init(FILE *fp,
 515                          nbnxn_atomdata_t *nbat,
 516                          int nb_kernel_type,
 517                          int ntype, const real *nbfp,
 518                          int n_energygroups,
 519                          int nout,
 520                          nbnxn_alloc_t *alloc,
 521                          nbnxn_free_t  *free)
 522 {
 523     int      i, j;
 524     real     c6, c12, tol;
 525     char    *ptr;
 526     gmx_bool simple, bCombGeom, bCombLB;
 527
 528     if (alloc == NULL)
 529     {
 530         nbat->alloc = nbnxn_alloc_aligned;
 531     }
 532     else
 533     {
 534         nbat->alloc = alloc;
 535     }
 536     if (free == NULL)
 537     {
 538         nbat->free = nbnxn_free_aligned;
 539     }
 540     else
 541     {
 542         nbat->free = free;
 543     }
 544
 545     if (debug)
 546     {
 547         fprintf(debug, "There are %d atom types in the system, adding one for nbnxn_atomdata_t\n", ntype);
 548     }
 549     nbat->ntype = ntype + 1;
 550     nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp,
 551                 nbat->ntype*nbat->ntype*2*sizeof(*nbat->nbfp));
 552     nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp_comb, nbat->ntype*2*sizeof(*nbat->nbfp_comb));
 553
 554     /* A tolerance of 1e-5 seems reasonable for (possibly hand-typed)
 555      * force-field floating point parameters.
 556      */
 557     tol = 1e-5;
 558     ptr = getenv("GMX_LJCOMB_TOL");
 559     if (ptr != NULL)
 560     {
 561         double dbl;
 562
 563         sscanf(ptr, "%lf", &dbl);
 564         tol = dbl;
 565     }
 566     bCombGeom = TRUE;
 567     bCombLB   = TRUE;
 568
 569     /* Temporarily fill nbat->nbfp_comb with sigma and epsilon
 570      * to check for the LB rule.
 571      */
 572     for (i = 0; i < ntype; i++)
 573     {
 574         c6  = nbfp[(i*ntype+i)*2  ]/6.0;
 575         c12 = nbfp[(i*ntype+i)*2+1]/12.0;
 576         if (c6 > 0 && c12 > 0)
 577         {
 578             nbat->nbfp_comb[i*2  ] = pow(c12/c6, 1.0/6.0);
 579             nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0.25*c6*c6/c12;
 580         }
 581         else if (c6 == 0 && c12 == 0)
 582         {
 583             nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0;
 584             nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0;
 585         }
 586         else
 587         {
 588             /* Can not use LB rule with only dispersion or repulsion */
 589             bCombLB = FALSE;
 590         }
 591     }
 592
 593     for (i = 0; i < nbat->ntype; i++)
 594     {
 595         for (j = 0; j < nbat->ntype; j++)
 596         {
 597             if (i < ntype && j < ntype)
 598             {
 599                 /* fr->nbfp has been updated, so that array too now stores c6/c12 including
 600                  * the 6.0/12.0 prefactors to save 2 flops in the most common case (force-only).
 601                  */
 602                 c6  = nbfp[(i*ntype+j)*2  ];
 603                 c12 = nbfp[(i*ntype+j)*2+1];
 604                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2  ] = c6;
 605                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2+1] = c12;
 606
 607                 /* Compare 6*C6 and 12*C12 for geometric cobination rule */
 608                 bCombGeom = bCombGeom &&
 609                     gmx_within_tol(c6*c6, nbfp[(i*ntype+i)*2  ]*nbfp[(j*ntype+j)*2  ], tol) &&
 610                     gmx_within_tol(c12*c12, nbfp[(i*ntype+i)*2+1]*nbfp[(j*ntype+j)*2+1], tol);
 611
 612                 /* Compare C6 and C12 for Lorentz-Berthelot combination rule */
 613                 c6     /= 6.0;
 614                 c12    /= 12.0;
 615                 bCombLB = bCombLB &&
 616                     ((c6 == 0 && c12 == 0 &&
 617                       (nbat->nbfp_comb[i*2+1] == 0 || nbat->nbfp_comb[j*2+1] == 0)) ||
 618                      (c6 > 0 && c12 > 0 &&
 619                       gmx_within_tol(pow(c12/c6, 1.0/6.0), 0.5*(nbat->nbfp_comb[i*2]+nbat->nbfp_comb[j*2]), tol) &&
 620                       gmx_within_tol(0.25*c6*c6/c12, sqrt(nbat->nbfp_comb[i*2+1]*nbat->nbfp_comb[j*2+1]), tol)));
 621             }
 622             else
 623             {
 624                 /* Add zero parameters for the additional dummy atom type */
 625                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2  ] = 0;
 626                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2+1] = 0;
 627             }
 628         }
 629     }
 630     if (debug)
 631     {
 632         fprintf(debug, "Combination rules: geometric %d Lorentz-Berthelot %d\n",
 633                 bCombGeom, bCombLB);
 634     }
 635
 636     simple = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nb_kernel_type);
 637
 638     if (simple)
 639     {
 640         /* We prefer the geometic combination rule,
 641          * as that gives a slightly faster kernel than the LB rule.
 642          */
 643         if (bCombGeom)
 644         {
 645             nbat->comb_rule = ljcrGEOM;
 646         }
 647         else if (bCombLB)
 648         {
 649             nbat->comb_rule = ljcrLB;
 650         }
 651         else
 652         {
 653             nbat->comb_rule = ljcrNONE;
 654
 655             nbat->free(nbat->nbfp_comb);
 656         }
 657
 658         if (fp)
 659         {
 660             if (nbat->comb_rule == ljcrNONE)
 661             {
 662                 fprintf(fp, "Using full Lennard-Jones parameter combination matrix\n\n");
 663             }
 664             else
 665             {
 666                 fprintf(fp, "Using %s Lennard-Jones combination rule\n\n",
 667                         nbat->comb_rule == ljcrGEOM ? "geometric" : "Lorentz-Berthelot");
 668             }
 669         }
 670
 671         set_combination_rule_data(nbat);
 672     }
 673     else
 674     {
 675         nbat->comb_rule = ljcrNONE;
 676
 677         nbat->free(nbat->nbfp_comb);
 678     }
 679
 680     nbat->natoms  = 0;
 681     nbat->type    = NULL;
 682     nbat->lj_comb = NULL;
 683     if (simple)
 684     {
 685         int pack_x;
 686
 687         switch (nb_kernel_type)
 688         {
 689             case nbnxnk4xN_SIMD_4xN:
 690             case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN:
 691                 pack_x = max(NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE,
 692                              nbnxn_kernel_to_cj_size(nb_kernel_type));
 693                 switch (pack_x)
 694                 {
 695                     case 4:
 696                         nbat->XFormat = nbatX4;
 697                         break;
 698                     case 8:
 699                         nbat->XFormat = nbatX8;
 700                         break;
 701                     default:
 702                         gmx_incons("Unsupported packing width");
 703                 }
 704                 break;
 705             default:
 706                 nbat->XFormat = nbatXYZ;
 707                 break;
 708         }
 709
 710         nbat->FFormat = nbat->XFormat;
 711     }
 712     else
 713     {
 714         nbat->XFormat = nbatXYZQ;
 715         nbat->FFormat = nbatXYZ;
 716     }
 717     nbat->q        = NULL;
 718     nbat->nenergrp = n_energygroups;
 719     if (!simple)
 720     {
 721         /* Energy groups not supported yet for super-sub lists */
 722         if (n_energygroups > 1 && fp != NULL)
 723         {
 724             fprintf(fp, "\nNOTE: With GPUs, reporting energy group contributions is not supported\n\n");
 725         }
 726         nbat->nenergrp = 1;
 727     }
 728     /* Temporary storage goes as #grp^3*simd_width^2/2, so limit to 64 */
 729     if (nbat->nenergrp > 64)
 730     {
 731         gmx_fatal(FARGS, "With NxN kernels not more than 64 energy groups are supported\n");
 732     }
 733     nbat->neg_2log = 1;
 734     while (nbat->nenergrp > (1<<nbat->neg_2log))
 735     {
 736         nbat->neg_2log++;
 737     }
 738     nbat->energrp = NULL;
 739     nbat->alloc((void **)&nbat->shift_vec, SHIFTS*sizeof(*nbat->shift_vec));
 740     nbat->xstride = (nbat->XFormat == nbatXYZQ ? STRIDE_XYZQ : DIM);
 741     nbat->fstride = (nbat->FFormat == nbatXYZQ ? STRIDE_XYZQ : DIM);
 742     nbat->x       = NULL;
 743
 744 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 745     if (simple)
 746     {
 747         nbnxn_atomdata_init_simple_exclusion_masks(nbat);
 748     }
 749 #endif
 750
 751     /* Initialize the output data structures */
 752     nbat->nout    = nout;
 753     snew(nbat->out, nbat->nout);
 754     nbat->nalloc  = 0;
 755     for (i = 0; i < nbat->nout; i++)
 756     {
 757         nbnxn_atomdata_output_init(&nbat->out[i],
 758                                    nb_kernel_type,
 759                                    nbat->nenergrp, 1<<nbat->neg_2log,
 760                                    nbat->alloc);
 761     }
 762     nbat->buffer_flags.flag        = NULL;
 763     nbat->buffer_flags.flag_nalloc = 0;
 764 }
 765
 766 static void copy_lj_to_nbat_lj_comb_x4(const real *ljparam_type,
 767                                        const int *type, int na,
 768                                        real *ljparam_at)
 769 {
 770     int is, k, i;
 771
 772     /* The LJ params follow the combination rule:
 773      * copy the params for the type array to the atom array.
 774      */
 775     for (is = 0; is < na; is += PACK_X4)
 776     {
 777         for (k = 0; k < PACK_X4; k++)
 778         {
 779             i = is + k;
 780             ljparam_at[is*2        +k] = ljparam_type[type[i]*2  ];
 781             ljparam_at[is*2+PACK_X4+k] = ljparam_type[type[i]*2+1];
 782         }
 783     }
 784 }
 785
 786 static void copy_lj_to_nbat_lj_comb_x8(const real *ljparam_type,
 787                                        const int *type, int na,
 788                                        real *ljparam_at)
 789 {
 790     int is, k, i;
 791
 792     /* The LJ params follow the combination rule:
 793      * copy the params for the type array to the atom array.
 794      */
 795     for (is = 0; is < na; is += PACK_X8)
 796     {
 797         for (k = 0; k < PACK_X8; k++)
 798         {
 799             i = is + k;
 800             ljparam_at[is*2        +k] = ljparam_type[type[i]*2  ];
 801             ljparam_at[is*2+PACK_X8+k] = ljparam_type[type[i]*2+1];
 802         }
 803     }
 804 }
 805
 806 /* Sets the atom type and LJ data in nbnxn_atomdata_t */
 807 static void nbnxn_atomdata_set_atomtypes(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 808                                          int                  ngrid,
 809                                          const nbnxn_search_t nbs,
 810                                          const int           *type)
 811 {
 812     int                 g, i, ncz, ash;
 813     const nbnxn_grid_t *grid;
 814
 815     for (g = 0; g < ngrid; g++)
 816     {
 817         grid = &nbs->grid[g];
 818
 819         /* Loop over all columns and copy and fill */
 820         for (i = 0; i < grid->ncx*grid->ncy; i++)
 821         {
 822             ncz = grid->cxy_ind[i+1] - grid->cxy_ind[i];
 823             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[i])*grid->na_sc;
 824
 825             copy_int_to_nbat_int(nbs->a+ash, grid->cxy_na[i], ncz*grid->na_sc,
 826                                  type, nbat->ntype-1, nbat->type+ash);
 827
 828             if (nbat->comb_rule != ljcrNONE)
 829             {
 830                 if (nbat->XFormat == nbatX4)
 831                 {
 832                     copy_lj_to_nbat_lj_comb_x4(nbat->nbfp_comb,
 833                                                nbat->type+ash, ncz*grid->na_sc,
 834                                                nbat->lj_comb+ash*2);
 835                 }
 836                 else if (nbat->XFormat == nbatX8)
 837                 {
 838                     copy_lj_to_nbat_lj_comb_x8(nbat->nbfp_comb,
 839                                                nbat->type+ash, ncz*grid->na_sc,
 840                                                nbat->lj_comb+ash*2);
 841                 }
 842             }
 843         }
 844     }
 845 }
 846
 847 /* Sets the charges in nbnxn_atomdata_t *nbat */
 848 static void nbnxn_atomdata_set_charges(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 849                                        int                  ngrid,
 850                                        const nbnxn_search_t nbs,
 851                                        const real          *charge)
 852 {
 853     int                 g, cxy, ncz, ash, na, na_round, i, j;
 854     real               *q;
 855     const nbnxn_grid_t *grid;
 856
 857     for (g = 0; g < ngrid; g++)
 858     {
 859         grid = &nbs->grid[g];
 860
 861         /* Loop over all columns and copy and fill */
 862         for (cxy = 0; cxy < grid->ncx*grid->ncy; cxy++)
 863         {
 864             ash      = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 865             na       = grid->cxy_na[cxy];
 866             na_round = (grid->cxy_ind[cxy+1] - grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 867
 868             if (nbat->XFormat == nbatXYZQ)
 869             {
 870                 q = nbat->x + ash*STRIDE_XYZQ + ZZ + 1;
 871                 for (i = 0; i < na; i++)
 872                 {
 873                     *q = charge[nbs->a[ash+i]];
 874                     q += STRIDE_XYZQ;
 875                 }
 876                 /* Complete the partially filled last cell with zeros */
 877                 for (; i < na_round; i++)
 878                 {
 879                     *q = 0;
 880                     q += STRIDE_XYZQ;
 881                 }
 882             }
 883             else
 884             {
 885                 q = nbat->q + ash;
 886                 for (i = 0; i < na; i++)
 887                 {
 888                     *q = charge[nbs->a[ash+i]];
 889                     q++;
 890                 }
 891                 /* Complete the partially filled last cell with zeros */
 892                 for (; i < na_round; i++)
 893                 {
 894                     *q = 0;
 895                     q++;
 896                 }
 897             }
 898         }
 899     }
 900 }
 901
 902 /* Copies the energy group indices to a reordered and packed array */
 903 static void copy_egp_to_nbat_egps(const int *a, int na, int na_round,
 904                                   int na_c, int bit_shift,
 905                                   const int *in, int *innb)
 906 {
 907     int i, j, sa, at;
 908     int comb;
 909
 910     j = 0;
 911     for (i = 0; i < na; i += na_c)
 912     {
 913         /* Store na_c energy group numbers into one int */
 914         comb = 0;
 915         for (sa = 0; sa < na_c; sa++)
 916         {
 917             at = a[i+sa];
 918             if (at >= 0)
 919             {
 920                 comb |= (GET_CGINFO_GID(in[at]) << (sa*bit_shift));
 921             }
 922         }
 923         innb[j++] = comb;
 924     }
 925     /* Complete the partially filled last cell with fill */
 926     for (; i < na_round; i += na_c)
 927     {
 928         innb[j++] = 0;
 929     }
 930 }
 931
 932 /* Set the energy group indices for atoms in nbnxn_atomdata_t */
 933 static void nbnxn_atomdata_set_energygroups(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 934                                             int                  ngrid,
 935                                             const nbnxn_search_t nbs,
 936                                             const int           *atinfo)
 937 {
 938     int                 g, i, ncz, ash;
 939     const nbnxn_grid_t *grid;
 940
 941     for (g = 0; g < ngrid; g++)
 942     {
 943         grid = &nbs->grid[g];
 944
 945         /* Loop over all columns and copy and fill */
 946         for (i = 0; i < grid->ncx*grid->ncy; i++)
 947         {
 948             ncz = grid->cxy_ind[i+1] - grid->cxy_ind[i];
 949             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[i])*grid->na_sc;
 950
 951             copy_egp_to_nbat_egps(nbs->a+ash, grid->cxy_na[i], ncz*grid->na_sc,
 952                                   nbat->na_c, nbat->neg_2log,
 953                                   atinfo, nbat->energrp+(ash>>grid->na_c_2log));
 954         }
 955     }
 956 }
 957
 958 /* Sets all required atom parameter data in nbnxn_atomdata_t */
 959 void nbnxn_atomdata_set(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 960                         int                  locality,
 961                         const nbnxn_search_t nbs,
 962                         const t_mdatoms     *mdatoms,
 963                         const int           *atinfo)
 964 {
 965     int ngrid;
 966
 967     if (locality == eatLocal)
 968     {
 969         ngrid = 1;
 970     }
 971     else
 972     {
 973         ngrid = nbs->ngrid;
 974     }
 975
 976     nbnxn_atomdata_set_atomtypes(nbat, ngrid, nbs, mdatoms->typeA);
 977
 978     nbnxn_atomdata_set_charges(nbat, ngrid, nbs, mdatoms->chargeA);
 979
 980     if (nbat->nenergrp > 1)
 981     {
 982         nbnxn_atomdata_set_energygroups(nbat, ngrid, nbs, atinfo);
 983     }
 984 }
 985
 986 /* Copies the shift vector array to nbnxn_atomdata_t */
 987 void nbnxn_atomdata_copy_shiftvec(gmx_bool          bDynamicBox,
 988                                   rvec             *shift_vec,
 989                                   nbnxn_atomdata_t *nbat)
 990 {
 991     int i;
 992
 993     nbat->bDynamicBox = bDynamicBox;
 994     for (i = 0; i < SHIFTS; i++)
 995     {
 996         copy_rvec(shift_vec[i], nbat->shift_vec[i]);
 997     }
 998 }
 999
1000 /* Copies (and reorders) the coordinates to nbnxn_atomdata_t */
1001 void nbnxn_atomdata_copy_x_to_nbat_x(const nbnxn_search_t nbs,
1002                                      int                  locality,
1003                                      gmx_bool             FillLocal,
1004                                      rvec                *x,
1005                                      nbnxn_atomdata_t    *nbat)
1006 {
1007     int g0 = 0, g1 = 0;
1008     int nth, th;
1009
1010     switch (locality)
1011     {
1012         case eatAll:
1013             g0 = 0;
1014             g1 = nbs->ngrid;
1015             break;
1016         case eatLocal:
1017             g0 = 0;
1018             g1 = 1;
1019             break;
1020         case eatNonlocal:
1021             g0 = 1;
1022             g1 = nbs->ngrid;
1023             break;
1024     }
1025
1026     if (FillLocal)
1027     {
1028         nbat->natoms_local = nbs->grid[0].nc*nbs->grid[0].na_sc;
1029     }
1030
1031     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntPairsearch);
1032
1033 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1034     for (th = 0; th < nth; th++)
1035     {
1036         int g;
1037
1038         for (g = g0; g < g1; g++)
1039         {
1040             const nbnxn_grid_t *grid;
1041             int                 cxy0, cxy1, cxy;
1042
1043             grid = &nbs->grid[g];
1044
1045             cxy0 = (grid->ncx*grid->ncy* th   +nth-1)/nth;
1046             cxy1 = (grid->ncx*grid->ncy*(th+1)+nth-1)/nth;
1047
1048             for (cxy = cxy0; cxy < cxy1; cxy++)
1049             {
1050                 int na, ash, na_fill;
1051
1052                 na  = grid->cxy_na[cxy];
1053                 ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
1054
1055                 if (g == 0 && FillLocal)
1056                 {
1057                     na_fill =
1058                         (grid->cxy_ind[cxy+1] - grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
1059                 }
1060                 else
1061                 {
1062                     /* We fill only the real particle locations.
1063                      * We assume the filling entries at the end have been
1064                      * properly set before during ns.
1065                      */
1066                     na_fill = na;
1067                 }
1068                 copy_rvec_to_nbat_real(nbs->a+ash, na, na_fill, x,
1069                                        nbat->XFormat, nbat->x, ash,
1070                                        0, 0, 0);
1071             }
1072         }
1073     }
1074 }
1075
1076 static void
1077 nbnxn_atomdata_clear_reals(real * gmx_restrict dest,
1078                            int i0, int i1)
1079 {
1080     int i;
1081
1082     for (i = i0; i < i1; i++)
1083     {
1084         dest[i] = 0;
1085     }
1086 }
1087
1088 static void
1089 nbnxn_atomdata_reduce_reals(real * gmx_restrict dest,
1090                             gmx_bool bDestSet,
1091                             real ** gmx_restrict src,
1092                             int nsrc,
1093                             int i0, int i1)
1094 {
1095     int i, s;
1096
1097     if (bDestSet)
1098     {
1099         /* The destination buffer contains data, add to it */
1100         for (i = i0; i < i1; i++)
1101         {
1102             for (s = 0; s < nsrc; s++)
1103             {
1104                 dest[i] += src[s][i];
1105             }
1106         }
1107     }
1108     else
1109     {
1110         /* The destination buffer is unitialized, set it first */
1111         for (i = i0; i < i1; i++)
1112         {
1113             dest[i] = src[0][i];
1114             for (s = 1; s < nsrc; s++)
1115             {
1116                 dest[i] += src[s][i];
1117             }
1118         }
1119     }
1120 }
1121
1122 static void
1123 nbnxn_atomdata_reduce_reals_simd(real gmx_unused * gmx_restrict dest,
1124                                  gmx_bool gmx_unused bDestSet,
1125                                  real gmx_unused ** gmx_restrict src,
1126                                  int gmx_unused nsrc,
1127                                  int gmx_unused i0, int gmx_unused i1)
1128 {
1129 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
1130 /* The SIMD width here is actually independent of that in the kernels,
1131  * but we use the same width for simplicity (usually optimal anyhow).
1132  */
1133     int       i, s;
1134     gmx_mm_pr dest_SSE, src_SSE;
1135
1136     if (bDestSet)
1137     {
1138         for (i = i0; i < i1; i += GMX_SIMD_WIDTH_HERE)
1139         {
1140             dest_SSE = gmx_load_pr(dest+i);
1141             for (s = 0; s < nsrc; s++)
1142             {
1143                 src_SSE  = gmx_load_pr(src[s]+i);
1144                 dest_SSE = gmx_add_pr(dest_SSE, src_SSE);
1145             }
1146             gmx_store_pr(dest+i, dest_SSE);
1147         }
1148     }
1149     else
1150     {
1151         for (i = i0; i < i1; i += GMX_SIMD_WIDTH_HERE)
1152         {
1153             dest_SSE = gmx_load_pr(src[0]+i);
1154             for (s = 1; s < nsrc; s++)
1155             {
1156                 src_SSE  = gmx_load_pr(src[s]+i);
1157                 dest_SSE = gmx_add_pr(dest_SSE, src_SSE);
1158             }
1159             gmx_store_pr(dest+i, dest_SSE);
1160         }
1161     }
1162 #endif
1163 }
1164
1165 /* Add part of the force array(s) from nbnxn_atomdata_t to f */
1166 static void
1167 nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f_part(const nbnxn_search_t nbs,
1168                                     const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1169                                     nbnxn_atomdata_output_t *out,
1170                                     int nfa,
1171                                     int a0, int a1,
1172                                     rvec *f)
1173 {
1174     int         a, i, fa;
1175     const int  *cell;
1176     const real *fnb;
1177
1178     cell = nbs->cell;
1179
1180     /* Loop over all columns and copy and fill */
1181     switch (nbat->FFormat)
1182     {
1183         case nbatXYZ:
1184         case nbatXYZQ:
1185             if (nfa == 1)
1186             {
1187                 fnb = out[0].f;
1188
1189                 for (a = a0; a < a1; a++)
1190                 {
1191                     i = cell[a]*nbat->fstride;
1192
1193                     f[a][XX] += fnb[i];
1194                     f[a][YY] += fnb[i+1];
1195                     f[a][ZZ] += fnb[i+2];
1196                 }
1197             }
1198             else
1199             {
1200                 for (a = a0; a < a1; a++)
1201                 {
1202                     i = cell[a]*nbat->fstride;
1203
1204                     for (fa = 0; fa < nfa; fa++)
1205                     {
1206                         f[a][XX] += out[fa].f[i];
1207                         f[a][YY] += out[fa].f[i+1];
1208                         f[a][ZZ] += out[fa].f[i+2];
1209                     }
1210                 }
1211             }
1212             break;
1213         case nbatX4:
1214             if (nfa == 1)
1215             {
1216                 fnb = out[0].f;
1217
1218                 for (a = a0; a < a1; a++)
1219                 {
1220                     i = X4_IND_A(cell[a]);
1221
1222                     f[a][XX] += fnb[i+XX*PACK_X4];
1223                     f[a][YY] += fnb[i+YY*PACK_X4];
1224                     f[a][ZZ] += fnb[i+ZZ*PACK_X4];
1225                 }
1226             }
1227             else
1228             {
1229                 for (a = a0; a < a1; a++)
1230                 {
1231                     i = X4_IND_A(cell[a]);
1232
1233                     for (fa = 0; fa < nfa; fa++)
1234                     {
1235                         f[a][XX] += out[fa].f[i+XX*PACK_X4];
1236                         f[a][YY] += out[fa].f[i+YY*PACK_X4];
1237                         f[a][ZZ] += out[fa].f[i+ZZ*PACK_X4];
1238                     }
1239                 }
1240             }
1241             break;
1242         case nbatX8:
1243             if (nfa == 1)
1244             {
1245                 fnb = out[0].f;
1246
1247                 for (a = a0; a < a1; a++)
1248                 {
1249                     i = X8_IND_A(cell[a]);
1250
1251                     f[a][XX] += fnb[i+XX*PACK_X8];
1252                     f[a][YY] += fnb[i+YY*PACK_X8];
1253                     f[a][ZZ] += fnb[i+ZZ*PACK_X8];
1254                 }
1255             }
1256             else
1257             {
1258                 for (a = a0; a < a1; a++)
1259                 {
1260                     i = X8_IND_A(cell[a]);
1261
1262                     for (fa = 0; fa < nfa; fa++)
1263                     {
1264                         f[a][XX] += out[fa].f[i+XX*PACK_X8];
1265                         f[a][YY] += out[fa].f[i+YY*PACK_X8];
1266                         f[a][ZZ] += out[fa].f[i+ZZ*PACK_X8];
1267                     }
1268                 }
1269             }
1270             break;
1271         default:
1272             gmx_incons("Unsupported nbnxn_atomdata_t format");
1273     }
1274 }
1275
1276 /* Add the force array(s) from nbnxn_atomdata_t to f */
1277 void nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f(const nbnxn_search_t    nbs,
1278                                     int                     locality,
1279                                     const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1280                                     rvec                   *f)
1281 {
1282     int a0 = 0, na = 0;
1283     int nth, th;
1284
1285     nbs_cycle_start(&nbs->cc[enbsCCreducef]);
1286
1287     switch (locality)
1288     {
1289         case eatAll:
1290             a0 = 0;
1291             na = nbs->natoms_nonlocal;
1292             break;
1293         case eatLocal:
1294             a0 = 0;
1295             na = nbs->natoms_local;
1296             break;
1297         case eatNonlocal:
1298             a0 = nbs->natoms_local;
1299             na = nbs->natoms_nonlocal - nbs->natoms_local;
1300             break;
1301     }
1302
1303     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded);
1304
1305     if (nbat->nout > 1)
1306     {
1307         if (locality != eatAll)
1308         {
1309             gmx_incons("add_f_to_f called with nout>1 and locality!=eatAll");
1310         }
1311
1312         /* Reduce the force thread output buffers into buffer 0, before adding
1313          * them to the, differently ordered, "real" force buffer.
1314          */
1315 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1316         for (th = 0; th < nth; th++)
1317         {
1318             const nbnxn_buffer_flags_t *flags;
1319             int   b0, b1, b;
1320             int   i0, i1;
1321             int   nfptr;
1322             real *fptr[NBNXN_BUFFERFLAG_MAX_THREADS];
1323             int   out;
1324
1325             flags = &nbat->buffer_flags;
1326
1327             /* Calculate the cell-block range for our thread */
1328             b0 = (flags->nflag* th   )/nth;
1329             b1 = (flags->nflag*(th+1))/nth;
1330
1331             for (b = b0; b < b1; b++)
1332             {
1333                 i0 =  b   *NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE*nbat->fstride;
1334                 i1 = (b+1)*NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE*nbat->fstride;
1335
1336                 nfptr = 0;
1337                 for (out = 1; out < nbat->nout; out++)
1338                 {
1339                     if (flags->flag[b] & (1U<<out))
1340                     {
1341                         fptr[nfptr++] = nbat->out[out].f;
1342                     }
1343                 }
1344                 if (nfptr > 0)
1345                 {
1346 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
1347                     nbnxn_atomdata_reduce_reals_simd
1348 #else
1349                     nbnxn_atomdata_reduce_reals
1350 #endif
1351                         (nbat->out[0].f,
1352                         flags->flag[b] & (1U<<0),
1353                         fptr, nfptr,
1354                         i0, i1);
1355                 }
1356                 else if (!(flags->flag[b] & (1U<<0)))
1357                 {
1358                     nbnxn_atomdata_clear_reals(nbat->out[0].f,
1359                                                i0, i1);
1360                 }
1361             }
1362         }
1363     }
1364
1365 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1366     for (th = 0; th < nth; th++)
1367     {
1368         nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f_part(nbs, nbat,
1369                                             nbat->out,
1370                                             1,
1371                                             a0+((th+0)*na)/nth,
1372                                             a0+((th+1)*na)/nth,
1373                                             f);
1374     }
1375
1376     nbs_cycle_stop(&nbs->cc[enbsCCreducef]);
1377 }
1378
1379 /* Adds the shift forces from nbnxn_atomdata_t to fshift */
1380 void nbnxn_atomdata_add_nbat_fshift_to_fshift(const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1381                                               rvec                   *fshift)
1382 {
1383     const nbnxn_atomdata_output_t *out;
1384     int  th;
1385     int  s;
1386     rvec sum;
1387
1388     out = nbat->out;
1389
1390     for (s = 0; s < SHIFTS; s++)
1391     {
1392         clear_rvec(sum);
1393         for (th = 0; th < nbat->nout; th++)
1394         {
1395             sum[XX] += out[th].fshift[s*DIM+XX];
1396             sum[YY] += out[th].fshift[s*DIM+YY];
1397             sum[ZZ] += out[th].fshift[s*DIM+ZZ];
1398         }
1399         rvec_inc(fshift[s], sum);
1400     }
1401 }