src/gromacs/mdlib/nbnxn_ocl/nbnxn_ocl_kernel_pruneonly.clh

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2016,2017,2018, 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
  36 /*! \internal \file
  37  *  \brief OpenCL pruning kernel.
  38  *
  39  *  OpenCL 1.2 support is expected; tested on AMD GCN and NVIDIA CC >3.0.
  40  *
  41  *  \author Szilárd Páll <pall.szilard@gmail.com>
  42  *  \ingroup module_mdlib
  43  */
  44
  45 #include "nbnxn_ocl_kernel_utils.clh"
  46
  47 /* Note: the AMD compiler testing was done with (fglrx 15.12) performs best with wg
  48  * size 256 (this is an artificial compiler limitation). The compiler is also
  49  * sensitive to tidx/widx declaration and warp_any initialization.
  50  * With the current tweaks the regular prune kenel achieves 90%, the rolling 100%
  51  * occupancy with both Fiji and Hawaii.
  52  * TODO: if the wg size limit is removed in an upcoming AMD compiler the NTHREAD_Z=4
  53  * should be revisited.
  54  *
  55  */
  56 #define NTHREAD_Z GMX_NBNXN_PRUNE_KERNEL_J4_CONCURRENCY
  57
  58 __attribute__((reqd_work_group_size(CL_SIZE, CL_SIZE, NTHREAD_Z)))
  59 #ifdef HAVE_FRESH_LIST
  60 __kernel void nbnxn_kernel_prune_opencl
  61 #else
  62 __kernel void nbnxn_kernel_prune_rolling_opencl
  63 #endif
  64 (
  65         cl_nbparam_params_t              nbparam_params,
  66         const __global float4 *restrict  xq,
  67         const __global float *restrict   shift_vec,
  68         const __global nbnxn_sci_t      *pl_sci,
  69         __global nbnxn_cj4_t            *pl_cj4,
  70 #if !defined HAVE_FRESH_LIST
  71         const
  72 #endif
  73         __global unsigned int *restrict  prePrunedImask,
  74         int                              numParts,
  75         int                              part,
  76         __local  float4                 *xib
  77 )
  78 {
  79     /* convenience variables */
  80     const cl_nbparam_params_t *const nbparam = &nbparam_params;
  81
  82     const float                      rlistOuter_sq = nbparam->rlistOuter_sq;
  83     const float                      rlistInner_sq = nbparam->rlistInner_sq;
  84
  85     /* thread/block/warp id-s */
  86     const unsigned int tidxi  = get_local_id(0);
  87     const unsigned int tidxj  = get_local_id(1);
  88     const unsigned int tidx   = get_local_id(1) * get_local_size(0) + get_local_id(0);
  89 #if NTHREAD_Z == 1
  90     const unsigned int tidxz  = 0;
  91 #else
  92     const unsigned int tidxz  = get_local_id(2);
  93 #endif
  94     const unsigned int bidx   = get_group_id(0);
  95     const unsigned int widx   = tidx / WARP_SIZE;
  96
  97 #ifdef HAVE_FRESH_LIST
  98     const bool haveFreshList = true;
  99 #else
 100     const bool haveFreshList = false;
 101 #endif
 102
 103     // TODO move these consts to utils and unify their use with the nonbonded kernels
 104     const int c_numClPerSupercl    = NCL_PER_SUPERCL;
 105     const int c_clSize             = CL_SIZE;
 106     const int c_nbnxnGpuJgroupSize = NBNXN_GPU_JGROUP_SIZE;
 107
 108     // TODO pass this value at compile-time as a macro
 109     const int c_nbnxnGpuClusterpairSplit = 2;
 110     const int c_splitClSize              = c_clSize/c_nbnxnGpuClusterpairSplit;
 111
 112     /*! i-cluster interaction mask for a super-cluster with all c_numClPerSupercl=8 bits set */
 113     const unsigned superClInteractionMask = ((1U << c_numClPerSupercl) - 1U);
 114
 115     #define LOCAL_OFFSET (xib + c_numClPerSupercl * c_clSize)
 116     /* shmem buffer for i cj pre-loading */
 117     CjType cjs;
 118 #if USE_CJ_PREFETCH
 119     cjs = (((__local int *)(LOCAL_OFFSET)) + tidxz * c_nbnxnGpuClusterpairSplit * c_nbnxnGpuJgroupSize);
 120     #undef LOCAL_OFFSET
 121     /* Offset calculated using xib because cjs depends on on tidxz! */
 122     #define LOCAL_OFFSET (((__local int *)(xib + c_numClPerSupercl * c_clSize)) + (NTHREAD_Z * c_nbnxnGpuClusterpairSplit * c_nbnxnGpuJgroupSize))
 123 #endif
 124 #if !USE_SUBGROUP_ANY
 125     /* Local buffer used to implement __any warp vote function from CUDA.
 126        volatile is used to avoid compiler optimizations for AMD builds. */
 127     volatile __local uint *const warp_any     = (__local uint*)(LOCAL_OFFSET);
 128     const unsigned int           warpVoteSlot = NTHREAD_Z*tidxz + widx;
 129     /* Initialise warp vote.*/
 130     if (tidx == 0 || tidx == 32)
 131     {
 132         warp_any[warpVoteSlot] = 0;
 133     }
 134 #else
 135     __local uint *const warp_any     = 0;
 136     const unsigned int  warpVoteSlot = 0;
 137 #endif
 138     #undef LOCAL_OFFSET
 139
 140     const nbnxn_sci_t nb_sci      = pl_sci[bidx*numParts + part]; /* my i super-cluster's index = sciOffset + current bidx * numParts + part */
 141     const int         sci         = nb_sci.sci;                   /* super-cluster */
 142     const int         cij4_start  = nb_sci.cj4_ind_start;         /* first ...*/
 143     const int         cij4_end    = nb_sci.cj4_ind_end;           /* and last index of j clusters */
 144
 145     if (tidxz == 0)
 146     {
 147         for (int i = 0; i < NCL_PER_SUPERCL; i += CL_SIZE)
 148         {
 149             /* Pre-load i-atom x and q into shared memory */
 150             const int ci = sci * c_numClPerSupercl + tidxj+i;
 151             const int ai = ci * c_clSize + tidxi;
 152
 153             /* We don't need q, but using float4 in shmem avoids bank conflicts */
 154             const float4 tmp = xq[ai];
 155             const float4 xi  = tmp + (float4)(shift_vec[3 * nb_sci.shift], shift_vec[3 * nb_sci.shift + 1], shift_vec[3 * nb_sci.shift + 2], 0.0f);
 156             xib[(tidxj + i) * c_clSize + tidxi] = xi;
 157         }
 158     }
 159     barrier(CLK_LOCAL_MEM_FENCE);
 160
 161
 162     /* loop over the j clusters = seen by any of the atoms in the current super-cluster */
 163     for (int j4 = cij4_start + tidxz; j4 < cij4_end; j4 += NTHREAD_Z)
 164     {
 165         unsigned int imaskFull, imaskCheck, imaskNew;
 166
 167         if (haveFreshList)
 168         {
 169             /* Read the mask from the list transferred from the CPU */
 170             imaskFull  = pl_cj4[j4].imei[widx].imask;
 171             /* We attempt to prune all pairs present in the original list */
 172             imaskCheck = imaskFull;
 173             imaskNew   = 0;
 174         }
 175         else
 176         {
 177             /* Read the mask from the "warp-pruned" by rlistOuter mask array */
 178             imaskFull  = prePrunedImask[j4*c_nbnxnGpuClusterpairSplit + widx];
 179             /* Read the old rolling pruned mask, use as a base for new */
 180             imaskNew   = pl_cj4[j4].imei[widx].imask;
 181             /* We only need to check pairs with different mask */
 182             imaskCheck = (imaskNew ^ imaskFull);
 183         }
 184
 185         preloadCj4(&cjs, pl_cj4[j4].cj, tidxi, tidxj, imaskCheck != 0u);
 186
 187         if (imaskCheck)
 188         {
 189 #pragma unroll 4
 190             for (int jm = 0; jm < c_nbnxnGpuJgroupSize; jm++)
 191             {
 192                 if (imaskCheck & (superClInteractionMask << (jm * c_numClPerSupercl)))
 193                 {
 194                     unsigned int       mask_ji = (1U << (jm * c_numClPerSupercl));
 195
 196                     const int          cj = loadCj(cjs, pl_cj4[j4].cj, jm, tidxi, tidxj);
 197                     const int          aj = cj * c_clSize + tidxj;
 198
 199                     /* load j atom data */
 200                     const float4 tmp  = xq[aj];
 201                     const float3 xj   = (float3)(tmp.xyz);
 202
 203 #pragma unroll 8
 204                     for (int i = 0; i < c_numClPerSupercl; i++)
 205                     {
 206                         if (imaskCheck & mask_ji)
 207                         {
 208                             /* load i-cluster coordinates from shmem */
 209                             const float4 xi = xib[i * c_clSize + tidxi];
 210
 211                             /* distance between i and j atoms */
 212                             const float3 rv = (float3)(xi.xyz) - xj;
 213                             const float  r2 = norm2(rv);
 214
 215                             if (haveFreshList)
 216                             {
 217                                 /* If _none_ of the atoms pairs are in cutoff range,
 218                                    the bit corresponding to the current
 219                                    cluster-pair in imask gets set to 0. */
 220                                 if (!gmx_sub_group_any(warp_any, warpVoteSlot, r2 < rlistOuter_sq))
 221                                 {
 222                                     imaskFull &= ~mask_ji;
 223                                 }
 224                             }
 225                             /* If any atom pair is within range, set the bit
 226                                corresponding to the current cluster-pair. */
 227                             if (gmx_sub_group_any(warp_any, warpVoteSlot, r2 < rlistInner_sq))
 228                             {
 229                                 imaskNew |= mask_ji;
 230                             }
 231                         }
 232
 233                         /* shift the mask bit by 1 */
 234                         mask_ji += mask_ji;
 235                     }
 236                 }
 237             }
 238
 239 #ifdef HAVE_FRESH_LIST
 240             {
 241                 /* copy the list pruned to rlistOuter to a separate buffer */
 242                 prePrunedImask[j4*c_nbnxnGpuClusterpairSplit + widx] = imaskFull;
 243             }
 244 #endif
 245             /* update the imask with only the pairs up to rlistInner */
 246             pl_cj4[j4].imei[widx].imask = imaskNew;
 247         }
 248     }
 249 }
 250
 251 #undef USE_CJ_PREFETCH