src/gromacs/mdlib/nbnxn_cuda/nbnxn_cuda_types.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2012, The GROMACS development team,
   6  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38
  39 #ifndef NBNXN_CUDA_TYPES_H
  40 #define NBNXN_CUDA_TYPES_H
  41
  42 #include "types/nbnxn_pairlist.h"
  43 #include "types/nbnxn_cuda_types_ext.h"
  44 #include "../../gmxlib/cuda_tools/cudautils.cuh"
  45
  46 #ifdef __cplusplus
  47 extern "C" {
  48 #endif
  49
  50 /** Types of electrostatics implementations available in the CUDA non-bonded
  51  *  force kernels. These represent both the electrostatics types implemented
  52  *  by the kernels (cut-off, RF, and Ewald - a subset of what's defined in
  53  *  enums.h) as well as encode implementation details analytical/tabulated
  54  *  and single or twin cut-off (for Ewald kernels).
  55  *  Note that the cut-off and RF kernels have only analytical flavor and unlike
  56  *  in the CPU kernels, the tabulated kernels are ATM Ewald-only.
  57  *
  58  *  The order of pointers to different electrostatic kernels defined in
  59  *  nbnxn_cuda.cu by the nb_default_kfunc_ptr and nb_legacy_kfunc_ptr arrays
  60  *  should match the order of enumerated types below. */
  61 enum {
  62     eelCuCUT, eelCuRF, eelCuEWALD_TAB, eelCuEWALD_TAB_TWIN, eelCuEWALD_ANA, eelCuEWALD_ANA_TWIN, eelCuNR
  63 };
  64
  65 /** Kernel flavors with different set of optimizations: default for CUDA <=v4.1
  66  *  compilers and legacy for earlier, 3.2 and 4.0 CUDA compilers. */
  67 enum {
  68     eNbnxnCuKDefault, eNbnxnCuKLegacy, eNbnxnCuKNR
  69 };
  70
  71 #define NBNXN_KVER_OLD(k)      (k == eNbnxnCuKOld)
  72 #define NBNXN_KVER_LEGACY(k)   (k == eNbnxnCuKLegacy)
  73 #define NBNXN_KVER_DEFAULT(k)  (k == eNbnxnCuKDefault)
  74
  75 /* Non-bonded kernel versions. */
  76
  77 /*  All structs prefixed with "cu_" hold data used in GPU calculations and
  78  *  are passed to the kernels, except cu_timers_t. */
  79 typedef struct cu_plist     cu_plist_t;
  80 typedef struct cu_atomdata  cu_atomdata_t;
  81 typedef struct cu_nbparam   cu_nbparam_t;
  82 typedef struct cu_timers    cu_timers_t;
  83 typedef struct nb_staging   nb_staging_t;
  84
  85
  86 /** Staging area for temporary data. The energies get downloaded here first,
  87  *   before getting added to the CPU-side aggregate values.
  88  */
  89 struct nb_staging
  90 {
  91     float   *e_lj;      /**< LJ energy            */
  92     float   *e_el;      /**< electrostatic energy */
  93     float3  *fshift;    /**< shift forces         */
  94 };
  95
  96 /** Nonbonded atom data -- both inputs and outputs. */
  97 struct cu_atomdata
  98 {
  99     int      natoms;            /**< number of atoms                              */
 100     int      natoms_local;      /**< number of local atoms                        */
 101     int      nalloc;            /**< allocation size for the atom data (xq, f)    */
 102
 103     float4  *xq;                /**< atom coordinates + charges, size natoms      */
 104     float3  *f;                 /**< force output array, size natoms              */
 105     /* TODO: try float2 for the energies */
 106     float   *e_lj,              /**< LJ energy output, size 1                     */
 107             *e_el;              /**< Electrostatics energy input, size 1          */
 108
 109     float3  *fshift;            /**< shift forces                                 */
 110
 111     int      ntypes;            /**< number of atom types                         */
 112     int     *atom_types;        /**< atom type indices, size natoms               */
 113
 114     float3  *shift_vec;         /**< shifts                                       */
 115     bool     bShiftVecUploaded; /**< true if the shift vector has been uploaded   */
 116 };
 117
 118 /** Parameters required for the CUDA nonbonded calculations. */
 119 struct cu_nbparam
 120 {
 121     int      eeltype;       /**< type of electrostatics                             */
 122
 123     float    epsfac;        /**< charge multiplication factor                       */
 124     float    c_rf,          /**< Reaction-field/plain cutoff electrostatics const.  */
 125              two_k_rf;      /**< Reaction-field electrostatics constant             */
 126     float    ewald_beta;    /**< Ewald/PME parameter                                */
 127     float    sh_ewald;      /**< Ewald/PME  correction term                         */
 128     float    rvdw_sq;       /**< VdW cut-off                                        */
 129     float    rcoulomb_sq;   /**< Coulomb cut-off                                    */
 130     float    rlist_sq;      /**< pair-list cut-off                                  */
 131     float    sh_invrc6;     /**< LJ potential correction term                       */
 132
 133     float   *nbfp;          /**< nonbonded parameter table with C6/C12 pairs        */
 134
 135     /* Ewald Coulomb force table data */
 136     int      coulomb_tab_size;  /**< table size (s.t. it fits in texture cache)     */
 137     float    coulomb_tab_scale; /**< table scale/spacing                            */
 138     float   *coulomb_tab;       /**< pointer to the table in the device memory      */
 139 };
 140
 141 /** Pair list data */
 142 struct cu_plist
 143 {
 144     int              na_c;        /**< number of atoms per cluster                  */
 145
 146     int              nsci;        /**< size of sci, # of i clusters in the list     */
 147     int              sci_nalloc;  /**< allocation size of sci                       */
 148     nbnxn_sci_t     *sci;         /**< list of i-cluster ("super-clusters")         */
 149
 150     int              ncj4;        /**< total # of 4*j clusters                      */
 151     int              cj4_nalloc;  /**< allocation size of cj4                       */
 152     nbnxn_cj4_t     *cj4;         /**< 4*j cluster list, contains j cluster number
 153                                        and index into the i cluster list            */
 154     nbnxn_excl_t    *excl;        /**< atom interaction bits                        */
 155     int              nexcl;       /**< count for excl                               */
 156     int              excl_nalloc; /**< allocation size of excl                      */
 157
 158     bool             bDoPrune;    /**< true if pair-list pruning needs to be
 159                                        done during the  current step                */
 160 };
 161
 162 /** CUDA events used for timing GPU kernels and H2D/D2H transfers.
 163  * The two-sized arrays hold the local and non-local values and should always
 164  * be indexed with eintLocal/eintNonlocal.
 165  */
 166 struct cu_timers
 167 {
 168     cudaEvent_t start_atdat;     /**< start event for atom data transfer (every PS step)             */
 169     cudaEvent_t stop_atdat;      /**< stop event for atom data transfer (every PS step)              */
 170     cudaEvent_t start_nb_h2d[2]; /**< start events for x/q H2D transfers (l/nl, every step)          */
 171     cudaEvent_t stop_nb_h2d[2];  /**< stop events for x/q H2D transfers (l/nl, every step)           */
 172     cudaEvent_t start_nb_d2h[2]; /**< start events for f D2H transfer (l/nl, every step)             */
 173     cudaEvent_t stop_nb_d2h[2];  /**< stop events for f D2H transfer (l/nl, every step)              */
 174     cudaEvent_t start_pl_h2d[2]; /**< start events for pair-list H2D transfers (l/nl, every PS step) */
 175     cudaEvent_t stop_pl_h2d[2];  /**< start events for pair-list H2D transfers (l/nl, every PS step) */
 176     cudaEvent_t start_nb_k[2];   /**< start event for non-bonded kernels (l/nl, every step)          */
 177     cudaEvent_t stop_nb_k[2];    /**< stop event non-bonded kernels (l/nl, every step)               */
 178 };
 179
 180 /** Main data structure for CUDA nonbonded force calculations. */
 181 struct nbnxn_cuda
 182 {
 183     cuda_dev_info_t *dev_info;       /**< CUDA device information                              */
 184     int              kernel_ver;     /**< The version of the kernel to be executed on the
 185                                           device in use, possible values: eNbnxnCuK*           */
 186     bool             bUseTwoStreams; /**< true if doing both local/non-local NB work on GPU    */
 187     bool             bUseStreamSync; /**< true if the standard cudaStreamSynchronize is used
 188                                           and not memory polling-based waiting                 */
 189     cu_atomdata_t   *atdat;          /**< atom data                                            */
 190     cu_nbparam_t    *nbparam;        /**< parameters required for the non-bonded calc.         */
 191     cu_plist_t      *plist[2];       /**< pair-list data structures (local and non-local)      */
 192     nb_staging_t     nbst;           /**< staging area where fshift/energies get downloaded    */
 193
 194     cudaStream_t     stream[2];      /**< local and non-local GPU streams                      */
 195
 196     /** events used for synchronization */
 197     cudaEvent_t    nonlocal_done;   /**< event triggered when the non-local non-bonded kernel
 198                                        is done (and the local transfer can proceed)            */
 199     cudaEvent_t    misc_ops_done;   /**< event triggered when the operations that precede the
 200                                          main force calculations are done (e.g. buffer 0-ing) */
 201
 202     /* NOTE: With current CUDA versions (<=5.0) timing doesn't work with multiple
 203      * concurrent streams, so we won't time if both l/nl work is done on GPUs.
 204      * Timer init/uninit is still done even with timing off so only the condition
 205      * setting bDoTime needs to be change if this CUDA "feature" gets fixed. */
 206     bool             bDoTime;       /**< True if event-based timing is enabled.               */
 207     cu_timers_t     *timers;        /**< CUDA event-based timers.                             */
 208     wallclock_gpu_t *timings;       /**< Timing data.                                         */
 209 };
 210
 211 #ifdef __cplusplus
 212 }
 213 #endif
 214
 215 #endif  /* NBNXN_CUDA_TYPES_H */