src/gromacs/mdlib/nbnxn_kernels/simd_4xn/nbnxn_kernel_simd_4xn_common.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2012,2013,2014,2015,2017,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_consts.h"
  36 #include "gromacs/pbcutil/ishift.h"
  37 #include "gromacs/simd/simd.h"
  38 #include "gromacs/simd/simd_math.h"
  39 #include "gromacs/simd/vector_operations.h"
  40 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  41 #ifdef CALC_COUL_EWALD
  42 #include "gromacs/math/utilities.h"
  43 #endif
  44
  45 #include "config.h"
  46
  47 #ifndef GMX_SIMD_J_UNROLL_SIZE
  48 #error "Need to define GMX_SIMD_J_UNROLL_SIZE before including the 4xn kernel common header file"
  49 #endif
  50
  51 #define UNROLLI    4
  52 #define UNROLLJ    (GMX_SIMD_REAL_WIDTH/GMX_SIMD_J_UNROLL_SIZE)
  53
  54 static_assert(UNROLLI == c_nbnxnCpuIClusterSize, "UNROLLI should match the i-cluster size");
  55
  56 /* The stride of all the atom data arrays is max(UNROLLI,unrollj) */
  57 #if GMX_SIMD_REAL_WIDTH >= UNROLLI
  58 #define STRIDE     (GMX_SIMD_REAL_WIDTH/GMX_SIMD_J_UNROLL_SIZE)
  59 #else
  60 #define STRIDE     (UNROLLI)
  61 #endif
  62
  63
  64 #if !defined GMX_NBNXN_SIMD_2XNN && !defined GMX_NBNXN_SIMD_4XN
  65 #error "Must define an NBNxN kernel flavour before including NBNxN kernel utility functions"
  66 #endif
  67
  68 // We use the FDV0 tables for width==4 (when we can load it in one go), or if we don't have any unaligned loads
  69 #if GMX_SIMD_REAL_WIDTH == 4 || !GMX_SIMD_HAVE_GATHER_LOADU_BYSIMDINT_TRANSPOSE_REAL
  70 #define TAB_FDV0
  71 #endif
  72
  73
  74 #ifdef UNROLLJ
  75 /* Add energy register to possibly multiple terms in the energy array */
  76 static inline void add_ener_grp(gmx::SimdReal e_S, real *v, const int *offset_jj)
  77 {
  78     using namespace gmx;
  79     int jj;
  80
  81     /* We need to balance the number of store operations with
  82      * the rapidly increases number of combinations of energy groups.
  83      * We add to a temporary buffer for 1 i-group vs 2 j-groups.
  84      */
  85     for (jj = 0; jj < (UNROLLJ/2); jj++)
  86     {
  87         SimdReal v_S;
  88
  89         v_S = load<SimdReal>(v+offset_jj[jj]+jj*GMX_SIMD_REAL_WIDTH);
  90         store(v+offset_jj[jj]+jj*GMX_SIMD_REAL_WIDTH, v_S + e_S);
  91     }
  92 }
  93 #endif
  94
  95 #if GMX_SIMD_HAVE_INT32_LOGICAL
  96 typedef gmx::SimdInt32    SimdBitMask;
  97 #else
  98 typedef gmx::SimdReal     SimdBitMask;
  99 #endif
 100
 101 static inline void gmx_simdcall
 102 gmx_load_simd_4xn_interactions(int                               excl,
 103                                SimdBitMask gmx_unused            filter_S0,
 104                                SimdBitMask gmx_unused            filter_S1,
 105                                SimdBitMask gmx_unused            filter_S2,
 106                                SimdBitMask gmx_unused            filter_S3,
 107                                real gmx_unused                  *simd_interaction_array,
 108                                gmx::SimdBool                    *interact_S0,
 109                                gmx::SimdBool                    *interact_S1,
 110                                gmx::SimdBool                    *interact_S2,
 111                                gmx::SimdBool                    *interact_S3)
 112 {
 113     using namespace gmx;
 114 #if GMX_SIMD_HAVE_INT32_LOGICAL
 115     /* Load integer interaction mask */
 116     SimdInt32 mask_pr_S(excl);
 117     *interact_S0  = cvtIB2B(testBits( mask_pr_S & filter_S0 ));
 118     *interact_S1  = cvtIB2B(testBits( mask_pr_S & filter_S1 ));
 119     *interact_S2  = cvtIB2B(testBits( mask_pr_S & filter_S2 ));
 120     *interact_S3  = cvtIB2B(testBits( mask_pr_S & filter_S3 ));
 121 #elif GMX_SIMD_HAVE_LOGICAL
 122     union
 123     {
 124 #if GMX_DOUBLE
 125         std::int64_t i;
 126 #else
 127         std::int32_t i;
 128 #endif
 129         real         r;
 130     } conv;
 131
 132     conv.i = excl;
 133     SimdReal      mask_pr_S(conv.r);
 134
 135     *interact_S0  = testBits( mask_pr_S & filter_S0 );
 136     *interact_S1  = testBits( mask_pr_S & filter_S1 );
 137     *interact_S2  = testBits( mask_pr_S & filter_S2 );
 138     *interact_S3  = testBits( mask_pr_S & filter_S3 );
 139 #else
 140     // Neither real or integer bitwise logical operations supported.
 141     // Load masks from memory instead.
 142     SimdReal      zero = setZero();
 143     *interact_S0  = ( zero < load<SimdReal>( simd_interaction_array + GMX_SIMD_REAL_WIDTH*((excl >> (0 * UNROLLJ)) & 0xF) ) );
 144     *interact_S1  = ( zero < load<SimdReal>( simd_interaction_array + GMX_SIMD_REAL_WIDTH*((excl >> (1 * UNROLLJ)) & 0xF) ) );
 145     *interact_S2  = ( zero < load<SimdReal>( simd_interaction_array + GMX_SIMD_REAL_WIDTH*((excl >> (2 * UNROLLJ)) & 0xF) ) );
 146     *interact_S3  = ( zero < load<SimdReal>( simd_interaction_array + GMX_SIMD_REAL_WIDTH*((excl >> (3 * UNROLLJ)) & 0xF) ) );
 147 #endif
 148 }
 149
 150 /* All functionality defines are set here, except for:
 151  * CALC_ENERGIES, ENERGY_GROUPS which are defined before.
 152  * CHECK_EXCLS, which is set just before including the inner loop contents.
 153  * The combination rule defines, LJ_COMB_GEOM or LJ_COMB_LB are currently
 154  * set before calling the kernel function. We might want to move that
 155  * to inside the n-loop and have a different combination rule for different
 156  * ci's, as no combination rule gives a 50% performance hit for LJ.
 157  */
 158
 159 /* We always calculate shift forces, because it's cheap anyhow */
 160 #define CALC_SHIFTFORCES
 161
 162 /* Assumes all LJ parameters are identical */
 163 /* #define FIX_LJ_C */