src/gromacs/mdlib/nbnxn_atomdata.c

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2012, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  */
  32
  33 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  34 #include <config.h>
  35 #endif
  36
  37 #include <math.h>
  38 #include <string.h>
  39 #include "smalloc.h"
  40 #include "macros.h"
  41 #include "vec.h"
  42 #include "nbnxn_consts.h"
  43 #include "nbnxn_internal.h"
  44 #include "nbnxn_search.h"
  45 #include "nbnxn_atomdata.h"
  46 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  47
  48 /* Default nbnxn allocation routine, allocates 32 byte aligned,
  49  * which works for plain C and aligned SSE and AVX loads/stores.
  50  */
  51 void nbnxn_alloc_aligned(void **ptr,size_t nbytes)
  52 {
  53     *ptr = save_malloc_aligned("ptr",__FILE__,__LINE__,nbytes,1,32);
  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 == nbk4xN_X86_SIMD128 ||
 149         nb_kernel_type == nbk4xN_X86_SIMD256)
 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 stride");
 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         /* In nbfp_s4 we use a stride of 4 for storing two parameters */
 405         nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp_s4,nt*nt*4*sizeof(*nbat->nbfp_s4));
 406         for(i=0; i<nt; i++)
 407         {
 408             for(j=0; j<nt; j++)
 409             {
 410                 nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+0] = nbat->nbfp[(i*nt+j)*2+0];
 411                 nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+1] = nbat->nbfp[(i*nt+j)*2+1];
 412                 nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+2] = 0;
 413                 nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+3] = 0;
 414             }
 415         }
 416         break;
 417     default:
 418         gmx_incons("Unknown combination rule");
 419         break;
 420     }
 421 }
 422
 423 /* Initializes an nbnxn_atomdata_t data structure */
 424 void nbnxn_atomdata_init(FILE *fp,
 425                          nbnxn_atomdata_t *nbat,
 426                          int nb_kernel_type,
 427                          int ntype,const real *nbfp,
 428                          int n_energygroups,
 429                          int nout,
 430                          nbnxn_alloc_t *alloc,
 431                          nbnxn_free_t  *free)
 432 {
 433     int  i,j;
 434     real c6,c12,tol;
 435     char *ptr;
 436     gmx_bool simple,bCombGeom,bCombLB;
 437
 438     if (alloc == NULL)
 439     {
 440         nbat->alloc = nbnxn_alloc_aligned;
 441     }
 442     else
 443     {
 444         nbat->alloc = alloc;
 445     }
 446     if (free == NULL)
 447     {
 448         nbat->free = nbnxn_free_aligned;
 449     }
 450     else
 451     {
 452         nbat->free = free;
 453     }
 454
 455     if (debug)
 456     {
 457         fprintf(debug,"There are %d atom types in the system, adding one for nbnxn_atomdata_t\n",ntype);
 458     }
 459     nbat->ntype = ntype + 1;
 460     nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp,
 461                 nbat->ntype*nbat->ntype*2*sizeof(*nbat->nbfp));
 462     nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp_comb,nbat->ntype*2*sizeof(*nbat->nbfp_comb));
 463
 464     /* A tolerance of 1e-5 seems reasonable for (possibly hand-typed)
 465      * force-field floating point parameters.
 466      */
 467     tol = 1e-5;
 468     ptr = getenv("GMX_LJCOMB_TOL");
 469     if (ptr != NULL)
 470     {
 471         double dbl;
 472
 473         sscanf(ptr,"%lf",&dbl);
 474         tol = dbl;
 475     }
 476     bCombGeom = TRUE;
 477     bCombLB   = TRUE;
 478
 479     /* Temporarily fill nbat->nbfp_comb with sigma and epsilon
 480      * to check for the LB rule.
 481      */
 482     for(i=0; i<ntype; i++)
 483     {
 484         c6  = nbfp[(i*ntype+i)*2  ];
 485         c12 = nbfp[(i*ntype+i)*2+1];
 486         if (c6 > 0 && c12 > 0)
 487         {
 488             nbat->nbfp_comb[i*2  ] = pow(c12/c6,1.0/6.0);
 489             nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0.25*c6*c6/c12;
 490         }
 491         else if (c6 == 0 && c12 == 0)
 492         {
 493             nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0;
 494             nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0;
 495         }
 496         else
 497         {
 498             /* Can not use LB rule with only dispersion or repulsion */
 499             bCombLB = FALSE;
 500         }
 501     }
 502
 503     for(i=0; i<nbat->ntype; i++)
 504     {
 505         for(j=0; j<nbat->ntype; j++)
 506         {
 507             if (i < ntype && j < ntype)
 508             {
 509                 /* We store the prefactor in the derivative of the potential
 510                  * in the parameter to avoid multiplications in the inner loop.
 511                  */
 512                 c6  = nbfp[(i*ntype+j)*2  ];
 513                 c12 = nbfp[(i*ntype+j)*2+1];
 514                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2  ] =  6.0*c6;
 515                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2+1] = 12.0*c12;
 516
 517                 bCombGeom = bCombGeom &&
 518                     gmx_within_tol(c6*c6  ,nbfp[(i*ntype+i)*2  ]*nbfp[(j*ntype+j)*2  ],tol) &&
 519                     gmx_within_tol(c12*c12,nbfp[(i*ntype+i)*2+1]*nbfp[(j*ntype+j)*2+1],tol);
 520
 521                 bCombLB = bCombLB &&
 522                     ((c6 == 0 && c12 == 0 &&
 523                       (nbat->nbfp_comb[i*2+1] == 0 || nbat->nbfp_comb[j*2+1] == 0)) ||
 524                      (c6 > 0 && c12 > 0 &&
 525                       gmx_within_tol(pow(c12/c6,1.0/6.0),0.5*(nbat->nbfp_comb[i*2]+nbat->nbfp_comb[j*2]),tol) &&
 526                       gmx_within_tol(0.25*c6*c6/c12,sqrt(nbat->nbfp_comb[i*2+1]*nbat->nbfp_comb[j*2+1]),tol)));
 527             }
 528             else
 529             {
 530                 /* Add zero parameters for the additional dummy atom type */
 531                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2  ] = 0;
 532                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2+1] = 0;
 533             }
 534         }
 535     }
 536     if (debug)
 537     {
 538         fprintf(debug,"Combination rules: geometric %d Lorentz-Berthelot %d\n",
 539                 bCombGeom,bCombLB);
 540     }
 541
 542     simple = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nb_kernel_type);
 543
 544     if (simple)
 545     {
 546         /* We prefer the geometic combination rule,
 547          * as that gives a slightly faster kernel than the LB rule.
 548          */
 549         if (bCombGeom)
 550         {
 551             nbat->comb_rule = ljcrGEOM;
 552         }
 553         else if (bCombLB)
 554         {
 555             nbat->comb_rule = ljcrLB;
 556         }
 557         else
 558         {
 559             nbat->comb_rule = ljcrNONE;
 560
 561             nbat->free(nbat->nbfp_comb);
 562         }
 563
 564         if (fp)
 565         {
 566             if (nbat->comb_rule == ljcrNONE)
 567             {
 568                 fprintf(fp,"Using full Lennard-Jones parameter combination matrix\n\n");
 569             }
 570             else
 571             {
 572                 fprintf(fp,"Using %s Lennard-Jones combination rule\n\n",
 573                         nbat->comb_rule==ljcrGEOM ? "geometric" : "Lorentz-Berthelot");
 574             }
 575         }
 576
 577         set_combination_rule_data(nbat);
 578     }
 579     else
 580     {
 581         nbat->comb_rule = ljcrNONE;
 582
 583         nbat->free(nbat->nbfp_comb);
 584     }
 585
 586     nbat->natoms  = 0;
 587     nbat->type    = NULL;
 588     nbat->lj_comb = NULL;
 589     if (simple)
 590     {
 591         switch (nb_kernel_type)
 592         {
 593         case nbk4xN_X86_SIMD128:
 594             nbat->XFormat = nbatX4;
 595             break;
 596         case nbk4xN_X86_SIMD256:
 597 #ifndef GMX_DOUBLE
 598             nbat->XFormat = nbatX8;
 599 #else
 600             nbat->XFormat = nbatX4;
 601 #endif
 602             break;
 603         default:
 604             nbat->XFormat = nbatXYZ;
 605             break;
 606         }
 607
 608         nbat->FFormat = nbat->XFormat;
 609     }
 610     else
 611     {
 612         nbat->XFormat = nbatXYZQ;
 613         nbat->FFormat = nbatXYZ;
 614     }
 615     nbat->q       = NULL;
 616     nbat->nenergrp = n_energygroups;
 617     if (!simple)
 618     {
 619         /* Energy groups not supported yet for super-sub lists */
 620         nbat->nenergrp = 1;
 621     }
 622     /* Temporary storage goes is #grp^3*8 real, so limit to 64 */
 623     if (nbat->nenergrp > 64)
 624     {
 625         gmx_fatal(FARGS,"With NxN kernels not more than 64 energy groups are supported\n");
 626     }
 627     nbat->neg_2log = 1;
 628     while (nbat->nenergrp > (1<<nbat->neg_2log))
 629     {
 630         nbat->neg_2log++;
 631     }
 632     nbat->energrp = NULL;
 633     nbat->alloc((void **)&nbat->shift_vec,SHIFTS*sizeof(*nbat->shift_vec));
 634     nbat->xstride = (nbat->XFormat == nbatXYZQ ? STRIDE_XYZQ : DIM);
 635     nbat->fstride = (nbat->FFormat == nbatXYZQ ? STRIDE_XYZQ : DIM);
 636     nbat->x       = NULL;
 637     nbat->nout    = nout;
 638     snew(nbat->out,nbat->nout);
 639     nbat->nalloc  = 0;
 640     for(i=0; i<nbat->nout; i++)
 641     {
 642         nbnxn_atomdata_output_init(&nbat->out[i],
 643                                    nb_kernel_type,
 644                                    nbat->nenergrp,1<<nbat->neg_2log,
 645                                    nbat->alloc);
 646     }
 647 }
 648
 649 static void copy_lj_to_nbat_lj_comb_x4(const real *ljparam_type,
 650                                        const int *type,int na,
 651                                        real *ljparam_at)
 652 {
 653     int is,k,i;
 654
 655     /* The LJ params follow the combination rule:
 656      * copy the params for the type array to the atom array.
 657      */
 658     for(is=0; is<na; is+=PACK_X4)
 659     {
 660         for(k=0; k<PACK_X4; k++)
 661         {
 662             i = is + k;
 663             ljparam_at[is*2        +k] = ljparam_type[type[i]*2  ];
 664             ljparam_at[is*2+PACK_X4+k] = ljparam_type[type[i]*2+1];
 665         }
 666     }
 667 }
 668
 669 static void copy_lj_to_nbat_lj_comb_x8(const real *ljparam_type,
 670                                        const int *type,int na,
 671                                        real *ljparam_at)
 672 {
 673     int is,k,i;
 674
 675     /* The LJ params follow the combination rule:
 676      * copy the params for the type array to the atom array.
 677      */
 678     for(is=0; is<na; is+=PACK_X8)
 679     {
 680         for(k=0; k<PACK_X8; k++)
 681         {
 682             i = is + k;
 683             ljparam_at[is*2        +k] = ljparam_type[type[i]*2  ];
 684             ljparam_at[is*2+PACK_X8+k] = ljparam_type[type[i]*2+1];
 685         }
 686     }
 687 }
 688
 689 /* Sets the atom type and LJ data in nbnxn_atomdata_t */
 690 static void nbnxn_atomdata_set_atomtypes(nbnxn_atomdata_t *nbat,
 691                                          int ngrid,
 692                                          const nbnxn_search_t nbs,
 693                                          const int *type)
 694 {
 695     int g,i,ncz,ash;
 696     const nbnxn_grid_t *grid;
 697
 698     for(g=0; g<ngrid; g++)
 699     {
 700         grid = &nbs->grid[g];
 701
 702         /* Loop over all columns and copy and fill */
 703         for(i=0; i<grid->ncx*grid->ncy; i++)
 704         {
 705             ncz = grid->cxy_ind[i+1] - grid->cxy_ind[i];
 706             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[i])*grid->na_sc;
 707
 708             copy_int_to_nbat_int(nbs->a+ash,grid->cxy_na[i],ncz*grid->na_sc,
 709                                  type,nbat->ntype-1,nbat->type+ash);
 710
 711             if (nbat->comb_rule != ljcrNONE)
 712             {
 713                 if (nbat->XFormat == nbatX4)
 714                 {
 715                     copy_lj_to_nbat_lj_comb_x4(nbat->nbfp_comb,
 716                                                nbat->type+ash,ncz*grid->na_sc,
 717                                                nbat->lj_comb+ash*2);
 718                 }
 719                 else if (nbat->XFormat == nbatX8)
 720                 {
 721                     copy_lj_to_nbat_lj_comb_x8(nbat->nbfp_comb,
 722                                                nbat->type+ash,ncz*grid->na_sc,
 723                                                nbat->lj_comb+ash*2);
 724                 }
 725             }
 726         }
 727     }
 728 }
 729
 730 /* Sets the charges in nbnxn_atomdata_t *nbat */
 731 static void nbnxn_atomdata_set_charges(nbnxn_atomdata_t *nbat,
 732                                        int ngrid,
 733                                        const nbnxn_search_t nbs,
 734                                        const real *charge)
 735 {
 736     int  g,cxy,ncz,ash,na,na_round,i,j;
 737     real *q;
 738     const nbnxn_grid_t *grid;
 739
 740     for(g=0; g<ngrid; g++)
 741     {
 742         grid = &nbs->grid[g];
 743
 744         /* Loop over all columns and copy and fill */
 745         for(cxy=0; cxy<grid->ncx*grid->ncy; cxy++)
 746         {
 747             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 748             na  = grid->cxy_na[cxy];
 749             na_round = (grid->cxy_ind[cxy+1] - grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 750
 751             if (nbat->XFormat == nbatXYZQ)
 752             {
 753                 q = nbat->x + ash*STRIDE_XYZQ + ZZ + 1;
 754                 for(i=0; i<na; i++)
 755                 {
 756                     *q = charge[nbs->a[ash+i]];
 757                     q += STRIDE_XYZQ;
 758                 }
 759                 /* Complete the partially filled last cell with zeros */
 760                 for(; i<na_round; i++)
 761                 {
 762                     *q = 0;
 763                     q += STRIDE_XYZQ;
 764                 }
 765             }
 766             else
 767             {
 768                 q = nbat->q + ash;
 769                 for(i=0; i<na; i++)
 770                 {
 771                     *q = charge[nbs->a[ash+i]];
 772                     q++;
 773                 }
 774                 /* Complete the partially filled last cell with zeros */
 775                 for(; i<na_round; i++)
 776                 {
 777                     *q = 0;
 778                     q++;
 779                 }
 780             }
 781         }
 782     }
 783 }
 784
 785 /* Copies the energy group indices to a reordered and packed array */
 786 static void copy_egp_to_nbat_egps(const int *a,int na,int na_round,
 787                                   int na_c,int bit_shift,
 788                                   const int *in,int *innb)
 789 {
 790     int i,j,sa,at;
 791     int comb;
 792
 793     j = 0;
 794     for(i=0; i<na; i+=na_c)
 795     {
 796         /* Store na_c energy groups number into one int */
 797         comb = 0;
 798         for(sa=0; sa<na_c; sa++)
 799         {
 800             at = a[i+sa];
 801             if (at >= 0)
 802             {
 803                 comb |= (GET_CGINFO_GID(in[at]) << (sa*bit_shift));
 804             }
 805         }
 806         innb[j++] = comb;
 807     }
 808     /* Complete the partially filled last cell with fill */
 809     for(; i<na_round; i+=na_c)
 810     {
 811         innb[j++] = 0;
 812     }
 813 }
 814
 815 /* Set the energy group indices for atoms in nbnxn_atomdata_t */
 816 static void nbnxn_atomdata_set_energygroups(nbnxn_atomdata_t *nbat,
 817                                             int ngrid,
 818                                             const nbnxn_search_t nbs,
 819                                             const int *atinfo)
 820 {
 821     int g,i,ncz,ash;
 822     const nbnxn_grid_t *grid;
 823
 824     for(g=0; g<ngrid; g++)
 825     {
 826         grid = &nbs->grid[g];
 827
 828         /* Loop over all columns and copy and fill */
 829         for(i=0; i<grid->ncx*grid->ncy; i++)
 830         {
 831             ncz = grid->cxy_ind[i+1] - grid->cxy_ind[i];
 832             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[i])*grid->na_sc;
 833
 834             copy_egp_to_nbat_egps(nbs->a+ash,grid->cxy_na[i],ncz*grid->na_sc,
 835                                   nbat->na_c,nbat->neg_2log,
 836                                   atinfo,nbat->energrp+(ash>>grid->na_c_2log));
 837         }
 838     }
 839 }
 840
 841 /* Sets all required atom parameter data in nbnxn_atomdata_t */
 842 void nbnxn_atomdata_set(nbnxn_atomdata_t *nbat,
 843                         int locality,
 844                         const nbnxn_search_t nbs,
 845                         const t_mdatoms *mdatoms,
 846                         const int *atinfo)
 847 {
 848     int ngrid;
 849
 850     if (locality == eatLocal)
 851     {
 852         ngrid = 1;
 853     }
 854     else
 855     {
 856         ngrid = nbs->ngrid;
 857     }
 858
 859     nbnxn_atomdata_set_atomtypes(nbat,ngrid,nbs,mdatoms->typeA);
 860
 861     nbnxn_atomdata_set_charges(nbat,ngrid,nbs,mdatoms->chargeA);
 862
 863     if (nbat->nenergrp > 1)
 864     {
 865         nbnxn_atomdata_set_energygroups(nbat,ngrid,nbs,atinfo);
 866     }
 867 }
 868
 869 /* Copies the shift vector array to nbnxn_atomdata_t */
 870 void nbnxn_atomdata_copy_shiftvec(gmx_bool bDynamicBox,
 871                                    rvec *shift_vec,
 872                                    nbnxn_atomdata_t *nbat)
 873 {
 874     int i;
 875
 876     nbat->bDynamicBox = bDynamicBox;
 877     for(i=0; i<SHIFTS; i++)
 878     {
 879         copy_rvec(shift_vec[i],nbat->shift_vec[i]);
 880     }
 881 }
 882
 883 /* Copies (and reorders) the coordinates to nbnxn_atomdata_t */
 884 void nbnxn_atomdata_copy_x_to_nbat_x(const nbnxn_search_t nbs,
 885                                       int locality,
 886                                       gmx_bool FillLocal,
 887                                       rvec *x,
 888                                       nbnxn_atomdata_t *nbat)
 889 {
 890     int g0=0,g1=0;
 891     int nth,th;
 892
 893     switch (locality)
 894     {
 895     case eatAll:
 896         g0 = 0;
 897         g1 = nbs->ngrid;
 898         break;
 899     case eatLocal:
 900         g0 = 0;
 901         g1 = 1;
 902         break;
 903     case eatNonlocal:
 904         g0 = 1;
 905         g1 = nbs->ngrid;
 906         break;
 907     }
 908
 909     if (FillLocal)
 910     {
 911         nbat->natoms_local = nbs->grid[0].nc*nbs->grid[0].na_sc;
 912     }
 913
 914     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntPairsearch);
 915
 916 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
 917     for(th=0; th<nth; th++)
 918     {
 919         int g;
 920
 921         for(g=g0; g<g1; g++)
 922         {
 923             const nbnxn_grid_t *grid;
 924             int cxy0,cxy1,cxy;
 925
 926             grid = &nbs->grid[g];
 927
 928             cxy0 = (grid->ncx*grid->ncy* th   +nth-1)/nth;
 929             cxy1 = (grid->ncx*grid->ncy*(th+1)+nth-1)/nth;
 930
 931             for(cxy=cxy0; cxy<cxy1; cxy++)
 932             {
 933                 int na,ash,na_fill;
 934
 935                 na  = grid->cxy_na[cxy];
 936                 ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 937
 938                 if (g == 0 && FillLocal)
 939                 {
 940                     na_fill =
 941                         (grid->cxy_ind[cxy+1] - grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 942                 }
 943                 else
 944                 {
 945                     /* We fill only the real particle locations.
 946                      * We assume the filling entries at the end have been
 947                      * properly set before during ns.
 948                      */
 949                     na_fill = na;
 950                 }
 951                 copy_rvec_to_nbat_real(nbs->a+ash,na,na_fill,x,
 952                                        nbat->XFormat,nbat->x,ash,
 953                                        0,0,0);
 954             }
 955         }
 956     }
 957 }
 958
 959 /* Add part of the force array(s) from nbnxn_atomdata_t to f */
 960 static void
 961 nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f_part(const nbnxn_search_t nbs,
 962                                     const nbnxn_atomdata_t *nbat,
 963                                     nbnxn_atomdata_output_t *out,
 964                                     int nfa,
 965                                     int a0,int a1,
 966                                     rvec *f)
 967 {
 968     int  a,i,fa;
 969     const int  *cell;
 970     const real *fnb;
 971
 972     cell = nbs->cell;
 973
 974     /* Loop over all columns and copy and fill */
 975     switch (nbat->FFormat)
 976     {
 977     case nbatXYZ:
 978     case nbatXYZQ:
 979         if (nfa == 1)
 980         {
 981             fnb = out[0].f;
 982
 983             for(a=a0; a<a1; a++)
 984             {
 985                 i = cell[a]*nbat->fstride;
 986
 987                 f[a][XX] += fnb[i];
 988                 f[a][YY] += fnb[i+1];
 989                 f[a][ZZ] += fnb[i+2];
 990             }
 991         }
 992         else
 993         {
 994             for(a=a0; a<a1; a++)
 995             {
 996                 i = cell[a]*nbat->fstride;
 997
 998                 for(fa=0; fa<nfa; fa++)
 999                 {
1000                     f[a][XX] += out[fa].f[i];
1001                     f[a][YY] += out[fa].f[i+1];
1002                     f[a][ZZ] += out[fa].f[i+2];
1003                 }
1004             }
1005         }
1006         break;
1007     case nbatX4:
1008         if (nfa == 1)
1009         {
1010             fnb = out[0].f;
1011
1012             for(a=a0; a<a1; a++)
1013             {
1014                 i = X4_IND_A(cell[a]);
1015
1016                 f[a][XX] += fnb[i+XX*PACK_X4];
1017                 f[a][YY] += fnb[i+YY*PACK_X4];
1018                 f[a][ZZ] += fnb[i+ZZ*PACK_X4];
1019             }
1020         }
1021         else
1022         {
1023             for(a=a0; a<a1; a++)
1024             {
1025                 i = X4_IND_A(cell[a]);
1026
1027                 for(fa=0; fa<nfa; fa++)
1028                 {
1029                     f[a][XX] += out[fa].f[i+XX*PACK_X4];
1030                     f[a][YY] += out[fa].f[i+YY*PACK_X4];
1031                     f[a][ZZ] += out[fa].f[i+ZZ*PACK_X4];
1032                 }
1033             }
1034         }
1035         break;
1036     case nbatX8:
1037         if (nfa == 1)
1038         {
1039             fnb = out[0].f;
1040
1041             for(a=a0; a<a1; a++)
1042             {
1043                 i = X8_IND_A(cell[a]);
1044
1045                 f[a][XX] += fnb[i+XX*PACK_X8];
1046                 f[a][YY] += fnb[i+YY*PACK_X8];
1047                 f[a][ZZ] += fnb[i+ZZ*PACK_X8];
1048             }
1049         }
1050         else
1051         {
1052             for(a=a0; a<a1; a++)
1053             {
1054                 i = X8_IND_A(cell[a]);
1055
1056                 for(fa=0; fa<nfa; fa++)
1057                 {
1058                     f[a][XX] += out[fa].f[i+XX*PACK_X8];
1059                     f[a][YY] += out[fa].f[i+YY*PACK_X8];
1060                     f[a][ZZ] += out[fa].f[i+ZZ*PACK_X8];
1061                 }
1062             }
1063         }
1064         break;
1065     }
1066 }
1067
1068 /* Add the force array(s) from nbnxn_atomdata_t to f */
1069 void nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f(const nbnxn_search_t nbs,
1070                                     int locality,
1071                                     const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1072                                     rvec *f)
1073 {
1074     int a0=0,na=0;
1075     int nth,th;
1076
1077     nbs_cycle_start(&nbs->cc[enbsCCreducef]);
1078
1079     switch (locality)
1080     {
1081     case eatAll:
1082         a0 = 0;
1083         na = nbs->natoms_nonlocal;
1084         break;
1085     case eatLocal:
1086         a0 = 0;
1087         na = nbs->natoms_local;
1088         break;
1089     case eatNonlocal:
1090         a0 = nbs->natoms_local;
1091         na = nbs->natoms_nonlocal - nbs->natoms_local;
1092         break;
1093     }
1094
1095     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded);
1096 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1097     for(th=0; th<nth; th++)
1098     {
1099         nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f_part(nbs,nbat,
1100                                              nbat->out,
1101                                              nbat->nout,
1102                                              a0+((th+0)*na)/nth,
1103                                              a0+((th+1)*na)/nth,
1104                                              f);
1105     }
1106
1107     nbs_cycle_stop(&nbs->cc[enbsCCreducef]);
1108 }
1109
1110 /* Adds the shift forces from nbnxn_atomdata_t to fshift */
1111 void nbnxn_atomdata_add_nbat_fshift_to_fshift(const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1112                                               rvec *fshift)
1113 {
1114     const nbnxn_atomdata_output_t *out;
1115     int  th;
1116     int  s;
1117     rvec sum;
1118
1119     out = nbat->out;
1120
1121     for(s=0; s<SHIFTS; s++)
1122     {
1123         clear_rvec(sum);
1124         for(th=0; th<nbat->nout; th++)
1125         {
1126             sum[XX] += out[th].fshift[s*DIM+XX];
1127             sum[YY] += out[th].fshift[s*DIM+YY];
1128             sum[ZZ] += out[th].fshift[s*DIM+ZZ];
1129         }
1130         rvec_inc(fshift[s],sum);
1131     }
1132 }