src/gromacs/mdlib/nbnxn_internal.h

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustr
   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  * And Hey:
  33  * Gallium Rubidium Oxygen Manganese Argon Carbon Silicon
  34  */
  35
  36 #ifndef _nbnxn_internal_h
  37 #define _nbnxn_internal_h
  38
  39 #include "typedefs.h"
  40 #include "domdec.h"
  41 #include "gmx_cyclecounter.h"
  42
  43 #ifdef __cplusplus
  44 extern "C" {
  45 #endif
  46
  47
  48 #ifdef GMX_X86_SSE2
  49 /* Use 4-way SIMD for, always, single precision bounding box calculations */
  50 #define NBNXN_SEARCH_BB_SSE
  51 #endif
  52
  53
  54 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
  55 /* Memory alignment in bytes as required by SIMD aligned loads/stores */
  56 #define NBNXN_MEM_ALIGN  (GMX_NBNXN_SIMD_BITWIDTH/8)
  57 #else
  58 /* No alignment required, but set it so we can call the same routines */
  59 #define NBNXN_MEM_ALIGN  32
  60 #endif
  61
  62
  63 /* A pair-search grid struct for one domain decomposition zone */
  64 typedef struct {
  65     rvec     c0;               /* The lower corner of the (local) grid        */
  66     rvec     c1;               /* The upper corner of the (local) grid        */
  67     real     atom_density;     /* The atom number density for the local grid  */
  68
  69     gmx_bool bSimple;          /* Is this grid simple or super/sub            */
  70     int      na_c;             /* Number of atoms per cluster                 */
  71     int      na_cj;            /* Number of atoms for list j-clusters         */
  72     int      na_sc;            /* Number of atoms per super-cluster           */
  73     int      na_c_2log;        /* 2log of na_c                                */
  74
  75     int      ncx;              /* Number of (super-)cells along x             */
  76     int      ncy;              /* Number of (super-)cells along y             */
  77     int      nc;               /* Total number of (super-)cells               */
  78
  79     real     sx;               /* x-size of a (super-)cell                    */
  80     real     sy;               /* y-size of a (super-)cell                    */
  81     real     inv_sx;           /* 1/sx                                        */
  82     real     inv_sy;           /* 1/sy                                        */
  83
  84     int      cell0;            /* Index in nbs->cell corresponding to cell 0  */
  85
  86     int     *cxy_na;           /* The number of atoms for each column in x,y  */
  87     int     *cxy_ind;          /* Grid (super)cell index, offset from cell0   */
  88     int      cxy_nalloc;       /* Allocation size for cxy_na and cxy_ind      */
  89
  90     int     *nsubc;            /* The number of sub cells for each super cell */
  91     float   *bbcz;             /* Bounding boxes in z for the super cells     */
  92     float   *bb;               /* 3D bounding boxes for the sub cells         */
  93     float   *bbj;              /* 3D j-b.boxes for SSE-double or AVX-single   */
  94     int     *flags;            /* Flag for the super cells                    */
  95     int      nc_nalloc;        /* Allocation size for the pointers above      */
  96
  97     float   *bbcz_simple;      /* bbcz for simple grid converted from super   */
  98     float   *bb_simple;        /* bb for simple grid converted from super     */
  99     int     *flags_simple;     /* flags for simple grid converted from super  */
 100     int      nc_nalloc_simple; /* Allocation size for the pointers above   */
 101
 102     int      nsubc_tot;        /* Total number of subcell, used for printing  */
 103 } nbnxn_grid_t;
 104
 105 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 106 #if GMX_NBNXN_SIMD_BITWIDTH == 128
 107 #define GMX_MM128_HERE
 108 #else
 109 #if GMX_NBNXN_SIMD_BITWIDTH == 256
 110 #define GMX_MM256_HERE
 111 #else
 112 #error "unsupported GMX_NBNXN_SIMD_BITWIDTH"
 113 #endif
 114 #endif
 115 #include "gmx_simd_macros.h"
 116
 117 typedef struct nbnxn_x_ci_simd_4xn {
 118     /* The i-cluster coordinates for simple search */
 119     gmx_mm_pr ix_SSE0, iy_SSE0, iz_SSE0;
 120     gmx_mm_pr ix_SSE1, iy_SSE1, iz_SSE1;
 121     gmx_mm_pr ix_SSE2, iy_SSE2, iz_SSE2;
 122     gmx_mm_pr ix_SSE3, iy_SSE3, iz_SSE3;
 123 } nbnxn_x_ci_simd_4xn_t;
 124
 125 typedef struct nbnxn_x_ci_simd_2xnn {
 126     /* The i-cluster coordinates for simple search */
 127     gmx_mm_pr ix_SSE0, iy_SSE0, iz_SSE0;
 128     gmx_mm_pr ix_SSE2, iy_SSE2, iz_SSE2;
 129 } nbnxn_x_ci_simd_2xnn_t;
 130
 131 #endif
 132
 133 /* Working data for the actual i-supercell during pair search */
 134 typedef struct nbnxn_list_work {
 135     gmx_cache_protect_t     cp0;   /* Protect cache between threads               */
 136
 137     float                  *bb_ci; /* The bounding boxes, pbc shifted, for each cluster */
 138     real                   *x_ci;  /* The coordinates, pbc shifted, for each atom       */
 139 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 140     nbnxn_x_ci_simd_4xn_t  *x_ci_simd_4xn;
 141     nbnxn_x_ci_simd_2xnn_t *x_ci_simd_2xnn;
 142 #endif
 143     int                     cj_ind;    /* The current cj_ind index for the current list     */
 144     int                     cj4_init;  /* The first unitialized cj4 block                   */
 145
 146     float                  *d2;        /* Bounding box distance work array                  */
 147
 148     nbnxn_cj_t             *cj;        /* The j-cell list                                   */
 149     int                     cj_nalloc; /* Allocation size of cj                             */
 150
 151     int                     ncj_noq;   /* Nr. of cluster pairs without Coul for flop count  */
 152     int                     ncj_hlj;   /* Nr. of cluster pairs with 1/2 LJ for flop count   */
 153
 154     gmx_cache_protect_t     cp1;       /* Protect cache between threads               */
 155 } nbnxn_list_work_t;
 156
 157 /* Function type for setting the i-atom coordinate working data */
 158 typedef void
 159     gmx_icell_set_x_t (int ci,
 160                        real shx, real shy, real shz,
 161                        int na_c,
 162                        int stride, const real *x,
 163                        nbnxn_list_work_t *work);
 164
 165 static gmx_icell_set_x_t icell_set_x_simple;
 166 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 167 static gmx_icell_set_x_t icell_set_x_simple_simd_4xn;
 168 static gmx_icell_set_x_t icell_set_x_simple_simd_2xnn;
 169 #endif
 170 static gmx_icell_set_x_t icell_set_x_supersub;
 171 #ifdef NBNXN_SEARCH_SSE
 172 static gmx_icell_set_x_t icell_set_x_supersub_sse8;
 173 #endif
 174
 175 #undef GMX_MM128_HERE
 176 #undef GMX_MM256_HERE
 177
 178 /* Local cycle count struct for profiling */
 179 typedef struct {
 180     int          count;
 181     gmx_cycles_t c;
 182     gmx_cycles_t start;
 183 } nbnxn_cycle_t;
 184
 185 /* Local cycle count enum for profiling */
 186 enum {
 187     enbsCCgrid, enbsCCsearch, enbsCCcombine, enbsCCreducef, enbsCCnr
 188 };
 189
 190 /* Thread-local work struct, contains part of nbnxn_grid_t */
 191 typedef struct {
 192     gmx_cache_protect_t  cp0;
 193
 194     int                 *cxy_na;
 195     int                  cxy_na_nalloc;
 196
 197     int                 *sort_work;
 198     int                  sort_work_nalloc;
 199
 200     nbnxn_buffer_flags_t buffer_flags; /* Flags for force buffer access */
 201
 202     int                  ndistc;       /* Number of distance checks for flop counting */
 203
 204     nbnxn_cycle_t        cc[enbsCCnr];
 205
 206     gmx_cache_protect_t  cp1;
 207 } nbnxn_search_work_t;
 208
 209 /* Main pair-search struct, contains the grid(s), not the pair-list(s) */
 210 typedef struct nbnxn_search {
 211     int                 ePBC;            /* PBC type enum                              */
 212     matrix              box;             /* The periodic unit-cell                     */
 213
 214     gmx_bool            DomDec;          /* Are we doing domain decomposition?         */
 215     ivec                dd_dim;          /* Are we doing DD in x,y,z?                  */
 216     gmx_domdec_zones_t *zones;           /* The domain decomposition zones        */
 217
 218     int                 ngrid;           /* The number of grids, equal to #DD-zones    */
 219     nbnxn_grid_t       *grid;            /* Array of grids, size ngrid                 */
 220     int                *cell;            /* Actual allocated cell array for all grids  */
 221     int                 cell_nalloc;     /* Allocation size of cell                    */
 222     int                *a;               /* Atom index for grid, the inverse of cell   */
 223     int                 a_nalloc;        /* Allocation size of a                       */
 224
 225     int                 natoms_local;    /* The local atoms run from 0 to natoms_local */
 226     int                 natoms_nonlocal; /* The non-local atoms run from natoms_local
 227                                           * to natoms_nonlocal */
 228
 229     gmx_bool             print_cycles;
 230     int                  search_count;
 231     nbnxn_cycle_t        cc[enbsCCnr];
 232
 233     gmx_icell_set_x_t   *icell_set_x; /* Function for setting i-coords    */
 234
 235     int                  nthread_max; /* Maximum number of threads for pair-search  */
 236     nbnxn_search_work_t *work;        /* Work array, size nthread_max          */
 237 } nbnxn_search_t_t;
 238
 239
 240 static void nbs_cycle_start(nbnxn_cycle_t *cc)
 241 {
 242     cc->start = gmx_cycles_read();
 243 }
 244
 245 static void nbs_cycle_stop(nbnxn_cycle_t *cc)
 246 {
 247     cc->c += gmx_cycles_read() - cc->start;
 248     cc->count++;
 249 }
 250
 251
 252 #ifdef __cplusplus
 253 }
 254 #endif
 255
 256 #endif