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