src/gromacs/mdlib/update.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  *                        VERSION 3.2.0
  11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  15
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * GROwing Monsters And Cloning Shrimps
  35  */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40
  41 #include <stdio.h>
  42 #include <math.h>
  43
  44 #include "types/commrec.h"
  45 #include "sysstuff.h"
  46 #include "smalloc.h"
  47 #include "typedefs.h"
  48 #include "nrnb.h"
  49 #include "physics.h"
  50 #include "macros.h"
  51 #include "vec.h"
  52 #include "main.h"
  53 #include "confio.h"
  54 #include "update.h"
  55 #include "gmx_random.h"
  56 #include "futil.h"
  57 #include "mshift.h"
  58 #include "tgroup.h"
  59 #include "force.h"
  60 #include "names.h"
  61 #include "txtdump.h"
  62 #include "mdrun.h"
  63 #include "copyrite.h"
  64 #include "constr.h"
  65 #include "edsam.h"
  66 #include "pull.h"
  67 #include "disre.h"
  68 #include "orires.h"
  69 #include "gmx_wallcycle.h"
  70 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  71 #include "gmx_omp.h"
  72
  73 /*For debugging, start at v(-dt/2) for velolcity verlet -- uncomment next line */
  74 /*#define STARTFROMDT2*/
  75
  76 typedef struct {
  77     double gdt;
  78     double eph;
  79     double emh;
  80     double em;
  81     double b;
  82     double c;
  83     double d;
  84 } gmx_sd_const_t;
  85
  86 typedef struct {
  87     real V;
  88     real X;
  89     real Yv;
  90     real Yx;
  91 } gmx_sd_sigma_t;
  92
  93 typedef struct {
  94     /* The random state for ngaussrand threads.
  95      * Normal thermostats need just 1 random number generator,
  96      * but SD and BD with OpenMP parallelization need 1 for each thread.
  97      */
  98     int             ngaussrand;
  99     gmx_rng_t      *gaussrand;
 100     /* BD stuff */
 101     real           *bd_rf;
 102     /* SD stuff */
 103     gmx_sd_const_t *sdc;
 104     gmx_sd_sigma_t *sdsig;
 105     rvec           *sd_V;
 106     int             sd_V_nalloc;
 107     /* andersen temperature control stuff */
 108     gmx_bool       *randomize_group;
 109     real           *boltzfac;
 110 } gmx_stochd_t;
 111
 112 typedef struct gmx_update
 113 {
 114     gmx_stochd_t *sd;
 115     /* xprime for constraint algorithms */
 116     rvec         *xp;
 117     int           xp_nalloc;
 118
 119     /* variable size arrays for andersen */
 120     gmx_bool *randatom;
 121     int      *randatom_list;
 122     gmx_bool  randatom_list_init;
 123
 124     /* Variables for the deform algorithm */
 125     gmx_large_int_t deformref_step;
 126     matrix          deformref_box;
 127 } t_gmx_update;
 128
 129
 130 static void do_update_md(int start, int nrend, double dt,
 131                          t_grp_tcstat *tcstat,
 132                          double nh_vxi[],
 133                          gmx_bool bNEMD, t_grp_acc *gstat, rvec accel[],
 134                          ivec nFreeze[],
 135                          real invmass[],
 136                          unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 137                          unsigned short cACC[], unsigned short cTC[],
 138                          rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 139                          rvec f[], matrix M,
 140                          gmx_bool bNH, gmx_bool bPR)
 141 {
 142     double imass, w_dt;
 143     int    gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 144     rvec   vrel;
 145     real   vn, vv, va, vb, vnrel;
 146     real   lg, vxi = 0, u;
 147     int    n, d;
 148
 149     if (bNH || bPR)
 150     {
 151         /* Update with coupling to extended ensembles, used for
 152          * Nose-Hoover and Parrinello-Rahman coupling
 153          * Nose-Hoover uses the reversible leap-frog integrator from
 154          * Holian et al. Phys Rev E 52(3) : 2338, 1995
 155          */
 156         for (n = start; n < nrend; n++)
 157         {
 158             imass = invmass[n];
 159             if (cFREEZE)
 160             {
 161                 gf   = cFREEZE[n];
 162             }
 163             if (cACC)
 164             {
 165                 ga   = cACC[n];
 166             }
 167             if (cTC)
 168             {
 169                 gt   = cTC[n];
 170             }
 171             lg   = tcstat[gt].lambda;
 172             if (bNH)
 173             {
 174                 vxi   = nh_vxi[gt];
 175             }
 176             rvec_sub(v[n], gstat[ga].u, vrel);
 177
 178             for (d = 0; d < DIM; d++)
 179             {
 180                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 181                 {
 182                     vnrel = (lg*vrel[d] + dt*(imass*f[n][d] - 0.5*vxi*vrel[d]
 183                                               - iprod(M[d], vrel)))/(1 + 0.5*vxi*dt);
 184                     /* do not scale the mean velocities u */
 185                     vn             = gstat[ga].u[d] + accel[ga][d]*dt + vnrel;
 186                     v[n][d]        = vn;
 187                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vn*dt;
 188                 }
 189                 else
 190                 {
 191                     v[n][d]        = 0.0;
 192                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 193                 }
 194             }
 195         }
 196     }
 197     else if (cFREEZE != NULL ||
 198              nFreeze[0][XX] || nFreeze[0][YY] || nFreeze[0][ZZ] ||
 199              bNEMD)
 200     {
 201         /* Update with Berendsen/v-rescale coupling and freeze or NEMD */
 202         for (n = start; n < nrend; n++)
 203         {
 204             w_dt = invmass[n]*dt;
 205             if (cFREEZE)
 206             {
 207                 gf   = cFREEZE[n];
 208             }
 209             if (cACC)
 210             {
 211                 ga   = cACC[n];
 212             }
 213             if (cTC)
 214             {
 215                 gt   = cTC[n];
 216             }
 217             lg   = tcstat[gt].lambda;
 218
 219             for (d = 0; d < DIM; d++)
 220             {
 221                 vn             = v[n][d];
 222                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 223                 {
 224                     vv             = lg*vn + f[n][d]*w_dt;
 225
 226                     /* do not scale the mean velocities u */
 227                     u              = gstat[ga].u[d];
 228                     va             = vv + accel[ga][d]*dt;
 229                     vb             = va + (1.0-lg)*u;
 230                     v[n][d]        = vb;
 231                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vb*dt;
 232                 }
 233                 else
 234                 {
 235                     v[n][d]        = 0.0;
 236                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 237                 }
 238             }
 239         }
 240     }
 241     else
 242     {
 243         /* Plain update with Berendsen/v-rescale coupling */
 244         for (n = start; n < nrend; n++)
 245         {
 246             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 247             {
 248                 w_dt = invmass[n]*dt;
 249                 if (cTC)
 250                 {
 251                     gt = cTC[n];
 252                 }
 253                 lg = tcstat[gt].lambda;
 254
 255                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 256                 {
 257                     vn           = lg*v[n][d] + f[n][d]*w_dt;
 258                     v[n][d]      = vn;
 259                     xprime[n][d] = x[n][d] + vn*dt;
 260                 }
 261             }
 262             else
 263             {
 264                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 265                 {
 266                     v[n][d]        = 0.0;
 267                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 268                 }
 269             }
 270         }
 271     }
 272 }
 273
 274 static void do_update_vv_vel(int start, int nrend, double dt,
 275                              t_grp_tcstat *tcstat, t_grp_acc *gstat,
 276                              rvec accel[], ivec nFreeze[], real invmass[],
 277                              unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 278                              unsigned short cACC[], rvec v[], rvec f[],
 279                              gmx_bool bExtended, real veta, real alpha)
 280 {
 281     double imass, w_dt;
 282     int    gf = 0, ga = 0;
 283     rvec   vrel;
 284     real   u, vn, vv, va, vb, vnrel;
 285     int    n, d;
 286     double g, mv1, mv2;
 287
 288     if (bExtended)
 289     {
 290         g        = 0.25*dt*veta*alpha;
 291         mv1      = exp(-g);
 292         mv2      = series_sinhx(g);
 293     }
 294     else
 295     {
 296         mv1      = 1.0;
 297         mv2      = 1.0;
 298     }
 299     for (n = start; n < nrend; n++)
 300     {
 301         w_dt = invmass[n]*dt;
 302         if (cFREEZE)
 303         {
 304             gf   = cFREEZE[n];
 305         }
 306         if (cACC)
 307         {
 308             ga   = cACC[n];
 309         }
 310
 311         for (d = 0; d < DIM; d++)
 312         {
 313             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 314             {
 315                 v[n][d]             = mv1*(mv1*v[n][d] + 0.5*(w_dt*mv2*f[n][d]))+0.5*accel[ga][d]*dt;
 316             }
 317             else
 318             {
 319                 v[n][d]        = 0.0;
 320             }
 321         }
 322     }
 323 } /* do_update_vv_vel */
 324
 325 static void do_update_vv_pos(int start, int nrend, double dt,
 326                              t_grp_tcstat *tcstat, t_grp_acc *gstat,
 327                              rvec accel[], ivec nFreeze[], real invmass[],
 328                              unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 329                              rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 330                              rvec f[], gmx_bool bExtended, real veta, real alpha)
 331 {
 332     double imass, w_dt;
 333     int    gf = 0;
 334     int    n, d;
 335     double g, mr1, mr2;
 336
 337     /* Would it make more sense if Parrinello-Rahman was put here? */
 338     if (bExtended)
 339     {
 340         g        = 0.5*dt*veta;
 341         mr1      = exp(g);
 342         mr2      = series_sinhx(g);
 343     }
 344     else
 345     {
 346         mr1      = 1.0;
 347         mr2      = 1.0;
 348     }
 349
 350     for (n = start; n < nrend; n++)
 351     {
 352
 353         if (cFREEZE)
 354         {
 355             gf   = cFREEZE[n];
 356         }
 357
 358         for (d = 0; d < DIM; d++)
 359         {
 360             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 361             {
 362                 xprime[n][d]   = mr1*(mr1*x[n][d]+mr2*dt*v[n][d]);
 363             }
 364             else
 365             {
 366                 xprime[n][d]   = x[n][d];
 367             }
 368         }
 369     }
 370 } /* do_update_vv_pos */
 371
 372 static void do_update_visc(int start, int nrend, double dt,
 373                            t_grp_tcstat *tcstat,
 374                            double nh_vxi[],
 375                            real invmass[],
 376                            unsigned short ptype[], unsigned short cTC[],
 377                            rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 378                            rvec f[], matrix M, matrix box, real
 379                            cos_accel, real vcos,
 380                            gmx_bool bNH, gmx_bool bPR)
 381 {
 382     double imass, w_dt;
 383     int    gt = 0;
 384     real   vn, vc;
 385     real   lg, vxi = 0, vv;
 386     real   fac, cosz;
 387     rvec   vrel;
 388     int    n, d;
 389
 390     fac = 2*M_PI/(box[ZZ][ZZ]);
 391
 392     if (bNH || bPR)
 393     {
 394         /* Update with coupling to extended ensembles, used for
 395          * Nose-Hoover and Parrinello-Rahman coupling
 396          */
 397         for (n = start; n < nrend; n++)
 398         {
 399             imass = invmass[n];
 400             if (cTC)
 401             {
 402                 gt   = cTC[n];
 403             }
 404             lg   = tcstat[gt].lambda;
 405             cosz = cos(fac*x[n][ZZ]);
 406
 407             copy_rvec(v[n], vrel);
 408
 409             vc            = cosz*vcos;
 410             vrel[XX]     -= vc;
 411             if (bNH)
 412             {
 413                 vxi        = nh_vxi[gt];
 414             }
 415             for (d = 0; d < DIM; d++)
 416             {
 417                 vn             = v[n][d];
 418
 419                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 420                 {
 421                     vn  = (lg*vrel[d] + dt*(imass*f[n][d] - 0.5*vxi*vrel[d]
 422                                             - iprod(M[d], vrel)))/(1 + 0.5*vxi*dt);
 423                     if (d == XX)
 424                     {
 425                         vn += vc + dt*cosz*cos_accel;
 426                     }
 427                     v[n][d]        = vn;
 428                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vn*dt;
 429                 }
 430                 else
 431                 {
 432                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 433                 }
 434             }
 435         }
 436     }
 437     else
 438     {
 439         /* Classic version of update, used with berendsen coupling */
 440         for (n = start; n < nrend; n++)
 441         {
 442             w_dt = invmass[n]*dt;
 443             if (cTC)
 444             {
 445                 gt   = cTC[n];
 446             }
 447             lg   = tcstat[gt].lambda;
 448             cosz = cos(fac*x[n][ZZ]);
 449
 450             for (d = 0; d < DIM; d++)
 451             {
 452                 vn             = v[n][d];
 453
 454                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 455                 {
 456                     if (d == XX)
 457                     {
 458                         vc           = cosz*vcos;
 459                         /* Do not scale the cosine velocity profile */
 460                         vv           = vc + lg*(vn - vc + f[n][d]*w_dt);
 461                         /* Add the cosine accelaration profile */
 462                         vv          += dt*cosz*cos_accel;
 463                     }
 464                     else
 465                     {
 466                         vv           = lg*(vn + f[n][d]*w_dt);
 467                     }
 468                     v[n][d]        = vv;
 469                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vv*dt;
 470                 }
 471                 else
 472                 {
 473                     v[n][d]        = 0.0;
 474                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 475                 }
 476             }
 477         }
 478     }
 479 }
 480
 481 /* Allocates and initializes sd->gaussrand[i] for i=1, i<sd->ngaussrand,
 482  * Using seeds generated from sd->gaussrand[0].
 483  */
 484 static void init_multiple_gaussrand(gmx_stochd_t *sd)
 485 {
 486     int           ngr, i;
 487     unsigned int *seed;
 488
 489     ngr = sd->ngaussrand;
 490     snew(seed, ngr);
 491
 492     for (i = 1; i < ngr; i++)
 493     {
 494         seed[i] = gmx_rng_uniform_uint32(sd->gaussrand[0]);
 495     }
 496
 497 #pragma omp parallel num_threads(ngr)
 498     {
 499         int th;
 500
 501         th = gmx_omp_get_thread_num();
 502         if (th > 0)
 503         {
 504             /* Initialize on each thread to have thread-local memory alloced */
 505             sd->gaussrand[th] = gmx_rng_init(seed[th]);
 506         }
 507     }
 508
 509     sfree(seed);
 510 }
 511
 512 static gmx_stochd_t *init_stochd(FILE *fplog, t_inputrec *ir, int nthreads)
 513 {
 514     gmx_stochd_t   *sd;
 515     gmx_sd_const_t *sdc;
 516     int             ngtc, n, th;
 517     real            y;
 518
 519     snew(sd, 1);
 520
 521     /* Initiate random number generator for langevin type dynamics,
 522      * for BD, SD or velocity rescaling temperature coupling.
 523      */
 524     if (ir->eI == eiBD || EI_SD(ir->eI))
 525     {
 526         sd->ngaussrand = nthreads;
 527     }
 528     else
 529     {
 530         sd->ngaussrand = 1;
 531     }
 532     snew(sd->gaussrand, sd->ngaussrand);
 533
 534     /* Initialize the first random generator */
 535     sd->gaussrand[0] = gmx_rng_init(ir->ld_seed);
 536
 537     if (sd->ngaussrand > 1)
 538     {
 539         /* Initialize the rest of the random number generators,
 540          * using the first one to generate seeds.
 541          */
 542         init_multiple_gaussrand(sd);
 543     }
 544
 545     ngtc = ir->opts.ngtc;
 546
 547     if (ir->eI == eiBD)
 548     {
 549         snew(sd->bd_rf, ngtc);
 550     }
 551     else if (EI_SD(ir->eI))
 552     {
 553         snew(sd->sdc, ngtc);
 554         snew(sd->sdsig, ngtc);
 555
 556         sdc = sd->sdc;
 557         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 558         {
 559             if (ir->opts.tau_t[n] > 0)
 560             {
 561                 sdc[n].gdt = ir->delta_t/ir->opts.tau_t[n];
 562                 sdc[n].eph = exp(sdc[n].gdt/2);
 563                 sdc[n].emh = exp(-sdc[n].gdt/2);
 564                 sdc[n].em  = exp(-sdc[n].gdt);
 565             }
 566             else
 567             {
 568                 /* No friction and noise on this group */
 569                 sdc[n].gdt = 0;
 570                 sdc[n].eph = 1;
 571                 sdc[n].emh = 1;
 572                 sdc[n].em  = 1;
 573             }
 574             if (sdc[n].gdt >= 0.05)
 575             {
 576                 sdc[n].b = sdc[n].gdt*(sdc[n].eph*sdc[n].eph - 1)
 577                     - 4*(sdc[n].eph - 1)*(sdc[n].eph - 1);
 578                 sdc[n].c = sdc[n].gdt - 3 + 4*sdc[n].emh - sdc[n].em;
 579                 sdc[n].d = 2 - sdc[n].eph - sdc[n].emh;
 580             }
 581             else
 582             {
 583                 y = sdc[n].gdt/2;
 584                 /* Seventh order expansions for small y */
 585                 sdc[n].b = y*y*y*y*(1/3.0+y*(1/3.0+y*(17/90.0+y*7/9.0)));
 586                 sdc[n].c = y*y*y*(2/3.0+y*(-1/2.0+y*(7/30.0+y*(-1/12.0+y*31/1260.0))));
 587                 sdc[n].d = y*y*(-1+y*y*(-1/12.0-y*y/360.0));
 588             }
 589             if (debug)
 590             {
 591                 fprintf(debug, "SD const tc-grp %d: b %g  c %g  d %g\n",
 592                         n, sdc[n].b, sdc[n].c, sdc[n].d);
 593             }
 594         }
 595     }
 596     else if (ETC_ANDERSEN(ir->etc))
 597     {
 598         int        ngtc;
 599         t_grpopts *opts;
 600         real       reft;
 601
 602         opts = &ir->opts;
 603         ngtc = opts->ngtc;
 604
 605         snew(sd->randomize_group, ngtc);
 606         snew(sd->boltzfac, ngtc);
 607
 608         /* for now, assume that all groups, if randomized, are randomized at the same rate, i.e. tau_t is the same. */
 609         /* since constraint groups don't necessarily match up with temperature groups! This is checked in readir.c */
 610
 611         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 612         {
 613             reft = max(0.0, opts->ref_t[n]);
 614             if ((opts->tau_t[n] > 0) && (reft > 0))  /* tau_t or ref_t = 0 means that no randomization is done */
 615             {
 616                 sd->randomize_group[n] = TRUE;
 617                 sd->boltzfac[n]        = BOLTZ*opts->ref_t[n];
 618             }
 619             else
 620             {
 621                 sd->randomize_group[n] = FALSE;
 622             }
 623         }
 624     }
 625     return sd;
 626 }
 627
 628 void get_stochd_state(gmx_update_t upd, t_state *state)
 629 {
 630     /* Note that we only get the state of the first random generator,
 631      * even if there are multiple. This avoids repetition.
 632      */
 633     gmx_rng_get_state(upd->sd->gaussrand[0], state->ld_rng, state->ld_rngi);
 634 }
 635
 636 void set_stochd_state(gmx_update_t upd, t_state *state)
 637 {
 638     gmx_stochd_t *sd;
 639     int           i;
 640
 641     sd = upd->sd;
 642
 643     gmx_rng_set_state(sd->gaussrand[0], state->ld_rng, state->ld_rngi[0]);
 644
 645     if (sd->ngaussrand > 1)
 646     {
 647         /* We only end up here with SD or BD with OpenMP.
 648          * Destroy and reinitialize the rest of the random number generators,
 649          * using seeds generated from the first one.
 650          * Although this doesn't recover the previous state,
 651          * it at least avoids repetition, which is most important.
 652          * Exaclty restoring states with all MPI+OpenMP setups is difficult
 653          * and as the integrator is random to start with, doesn't gain us much.
 654          */
 655         for (i = 1; i < sd->ngaussrand; i++)
 656         {
 657             gmx_rng_destroy(sd->gaussrand[i]);
 658         }
 659
 660         init_multiple_gaussrand(sd);
 661     }
 662 }
 663
 664 gmx_update_t init_update(FILE *fplog, t_inputrec *ir)
 665 {
 666     t_gmx_update *upd;
 667
 668     snew(upd, 1);
 669
 670     if (ir->eI == eiBD || EI_SD(ir->eI) || ir->etc == etcVRESCALE || ETC_ANDERSEN(ir->etc))
 671     {
 672         upd->sd = init_stochd(fplog, ir, gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate));
 673     }
 674
 675     upd->xp                 = NULL;
 676     upd->xp_nalloc          = 0;
 677     upd->randatom           = NULL;
 678     upd->randatom_list      = NULL;
 679     upd->randatom_list_init = FALSE; /* we have not yet cleared the data structure at this point */
 680
 681     return upd;
 682 }
 683
 684 static void do_update_sd1(gmx_stochd_t *sd,
 685                           gmx_rng_t gaussrand,
 686                           int start, int nrend, double dt,
 687                           rvec accel[], ivec nFreeze[],
 688                           real invmass[], unsigned short ptype[],
 689                           unsigned short cFREEZE[], unsigned short cACC[],
 690                           unsigned short cTC[],
 691                           rvec x[], rvec xprime[], rvec v[], rvec f[],
 692                           rvec sd_X[],
 693                           int ngtc, real tau_t[], real ref_t[])
 694 {
 695     gmx_sd_const_t *sdc;
 696     gmx_sd_sigma_t *sig;
 697     real            kT;
 698     int             gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 699     real            ism, sd_V;
 700     int             n, d;
 701
 702     sdc = sd->sdc;
 703     sig = sd->sdsig;
 704
 705     for (n = 0; n < ngtc; n++)
 706     {
 707         kT = BOLTZ*ref_t[n];
 708         /* The mass is encounted for later, since this differs per atom */
 709         sig[n].V  = sqrt(kT*(1 - sdc[n].em*sdc[n].em));
 710     }
 711
 712     for (n = start; n < nrend; n++)
 713     {
 714         ism = sqrt(invmass[n]);
 715         if (cFREEZE)
 716         {
 717             gf  = cFREEZE[n];
 718         }
 719         if (cACC)
 720         {
 721             ga  = cACC[n];
 722         }
 723         if (cTC)
 724         {
 725             gt  = cTC[n];
 726         }
 727
 728         for (d = 0; d < DIM; d++)
 729         {
 730             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 731             {
 732                 sd_V = ism*sig[gt].V*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 733
 734                 v[n][d] = v[n][d]*sdc[gt].em
 735                     + (invmass[n]*f[n][d] + accel[ga][d])*tau_t[gt]*(1 - sdc[gt].em)
 736                     + sd_V;
 737
 738                 xprime[n][d] = x[n][d] + v[n][d]*dt;
 739             }
 740             else
 741             {
 742                 v[n][d]      = 0.0;
 743                 xprime[n][d] = x[n][d];
 744             }
 745         }
 746     }
 747 }
 748
 749 static void check_sd2_work_data_allocation(gmx_stochd_t *sd, int nrend)
 750 {
 751     if (nrend > sd->sd_V_nalloc)
 752     {
 753         sd->sd_V_nalloc = over_alloc_dd(nrend);
 754         srenew(sd->sd_V, sd->sd_V_nalloc);
 755     }
 756 }
 757
 758 static void do_update_sd2(gmx_stochd_t *sd,
 759                           gmx_rng_t gaussrand,
 760                           gmx_bool bInitStep,
 761                           int start, int nrend,
 762                           rvec accel[], ivec nFreeze[],
 763                           real invmass[], unsigned short ptype[],
 764                           unsigned short cFREEZE[], unsigned short cACC[],
 765                           unsigned short cTC[],
 766                           rvec x[], rvec xprime[], rvec v[], rvec f[],
 767                           rvec sd_X[],
 768                           int ngtc, real tau_t[], real ref_t[],
 769                           gmx_bool bFirstHalf)
 770 {
 771     gmx_sd_const_t *sdc;
 772     gmx_sd_sigma_t *sig;
 773     /* The random part of the velocity update, generated in the first
 774      * half of the update, needs to be remembered for the second half.
 775      */
 776     rvec  *sd_V;
 777     real   kT;
 778     int    gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 779     real   vn = 0, Vmh, Xmh;
 780     real   ism;
 781     int    n, d;
 782
 783     sdc  = sd->sdc;
 784     sig  = sd->sdsig;
 785     sd_V = sd->sd_V;
 786
 787     if (bFirstHalf)
 788     {
 789         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 790         {
 791             kT = BOLTZ*ref_t[n];
 792             /* The mass is encounted for later, since this differs per atom */
 793             sig[n].V  = sqrt(kT*(1-sdc[n].em));
 794             sig[n].X  = sqrt(kT*sqr(tau_t[n])*sdc[n].c);
 795             sig[n].Yv = sqrt(kT*sdc[n].b/sdc[n].c);
 796             sig[n].Yx = sqrt(kT*sqr(tau_t[n])*sdc[n].b/(1-sdc[n].em));
 797         }
 798     }
 799
 800     for (n = start; n < nrend; n++)
 801     {
 802         ism = sqrt(invmass[n]);
 803         if (cFREEZE)
 804         {
 805             gf  = cFREEZE[n];
 806         }
 807         if (cACC)
 808         {
 809             ga  = cACC[n];
 810         }
 811         if (cTC)
 812         {
 813             gt  = cTC[n];
 814         }
 815
 816         for (d = 0; d < DIM; d++)
 817         {
 818             if (bFirstHalf)
 819             {
 820                 vn             = v[n][d];
 821             }
 822             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 823             {
 824                 if (bFirstHalf)
 825                 {
 826                     if (bInitStep)
 827                     {
 828                         sd_X[n][d] = ism*sig[gt].X*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 829                     }
 830                     Vmh = sd_X[n][d]*sdc[gt].d/(tau_t[gt]*sdc[gt].c)
 831                         + ism*sig[gt].Yv*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 832                     sd_V[n][d] = ism*sig[gt].V*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 833
 834                     v[n][d] = vn*sdc[gt].em
 835                         + (invmass[n]*f[n][d] + accel[ga][d])*tau_t[gt]*(1 - sdc[gt].em)
 836                         + sd_V[n][d] - sdc[gt].em*Vmh;
 837
 838                     xprime[n][d] = x[n][d] + v[n][d]*tau_t[gt]*(sdc[gt].eph - sdc[gt].emh);
 839                 }
 840                 else
 841                 {
 842
 843                     /* Correct the velocities for the constraints.
 844                      * This operation introduces some inaccuracy,
 845                      * since the velocity is determined from differences in coordinates.
 846                      */
 847                     v[n][d] =
 848                         (xprime[n][d] - x[n][d])/(tau_t[gt]*(sdc[gt].eph - sdc[gt].emh));
 849
 850                     Xmh = sd_V[n][d]*tau_t[gt]*sdc[gt].d/(sdc[gt].em-1)
 851                         + ism*sig[gt].Yx*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 852                     sd_X[n][d] = ism*sig[gt].X*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 853
 854                     xprime[n][d] += sd_X[n][d] - Xmh;
 855
 856                 }
 857             }
 858             else
 859             {
 860                 if (bFirstHalf)
 861                 {
 862                     v[n][d]        = 0.0;
 863                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 864                 }
 865             }
 866         }
 867     }
 868 }
 869
 870 static void do_update_bd(int start, int nrend, double dt,
 871                          ivec nFreeze[],
 872                          real invmass[], unsigned short ptype[],
 873                          unsigned short cFREEZE[], unsigned short cTC[],
 874                          rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 875                          rvec f[], real friction_coefficient,
 876                          int ngtc, real tau_t[], real ref_t[],
 877                          real *rf, gmx_rng_t gaussrand)
 878 {
 879     /* note -- these appear to be full step velocities . . .  */
 880     int    gf = 0, gt = 0;
 881     real   vn;
 882     real   invfr = 0;
 883     int    n, d;
 884
 885     if (friction_coefficient != 0)
 886     {
 887         invfr = 1.0/friction_coefficient;
 888         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 889         {
 890             rf[n] = sqrt(2.0*BOLTZ*ref_t[n]/(friction_coefficient*dt));
 891         }
 892     }
 893     else
 894     {
 895         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 896         {
 897             rf[n] = sqrt(2.0*BOLTZ*ref_t[n]);
 898         }
 899     }
 900     for (n = start; (n < nrend); n++)
 901     {
 902         if (cFREEZE)
 903         {
 904             gf = cFREEZE[n];
 905         }
 906         if (cTC)
 907         {
 908             gt = cTC[n];
 909         }
 910         for (d = 0; (d < DIM); d++)
 911         {
 912             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 913             {
 914                 if (friction_coefficient != 0)
 915                 {
 916                     vn = invfr*f[n][d] + rf[gt]*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 917                 }
 918                 else
 919                 {
 920                     /* NOTE: invmass = 2/(mass*friction_constant*dt) */
 921                     vn = 0.5*invmass[n]*f[n][d]*dt
 922                         + sqrt(0.5*invmass[n])*rf[gt]*gmx_rng_gaussian_table(gaussrand);
 923                 }
 924
 925                 v[n][d]      = vn;
 926                 xprime[n][d] = x[n][d]+vn*dt;
 927             }
 928             else
 929             {
 930                 v[n][d]      = 0.0;
 931                 xprime[n][d] = x[n][d];
 932             }
 933         }
 934     }
 935 }
 936
 937 static void dump_it_all(FILE *fp, const char *title,
 938                         int natoms, rvec x[], rvec xp[], rvec v[], rvec f[])
 939 {
 940 #ifdef DEBUG
 941     if (fp)
 942     {
 943         fprintf(fp, "%s\n", title);
 944         pr_rvecs(fp, 0, "x", x, natoms);
 945         pr_rvecs(fp, 0, "xp", xp, natoms);
 946         pr_rvecs(fp, 0, "v", v, natoms);
 947         pr_rvecs(fp, 0, "f", f, natoms);
 948     }
 949 #endif
 950 }
 951
 952 static void calc_ke_part_normal(rvec v[], t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
 953                                 gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel,
 954                                 gmx_bool bSaveEkinOld)
 955 {
 956     int           g;
 957     t_grp_tcstat *tcstat  = ekind->tcstat;
 958     t_grp_acc    *grpstat = ekind->grpstat;
 959     int           nthread, thread;
 960
 961     /* three main: VV with AveVel, vv with AveEkin, leap with AveEkin.  Leap with AveVel is also
 962        an option, but not supported now.  Additionally, if we are doing iterations.
 963        bEkinAveVel: If TRUE, we sum into ekin, if FALSE, into ekinh.
 964        bSavEkinOld: If TRUE (in the case of iteration = bIterate is TRUE), we don't copy over the ekinh_old.
 965        If FALSE, we overrwrite it.
 966      */
 967
 968     /* group velocities are calculated in update_ekindata and
 969      * accumulated in acumulate_groups.
 970      * Now the partial global and groups ekin.
 971      */
 972     for (g = 0; (g < opts->ngtc); g++)
 973     {
 974
 975         if (!bSaveEkinOld)
 976         {
 977             copy_mat(tcstat[g].ekinh, tcstat[g].ekinh_old);
 978         }
 979         if (bEkinAveVel)
 980         {
 981             clear_mat(tcstat[g].ekinf);
 982         }
 983         else
 984         {
 985             clear_mat(tcstat[g].ekinh);
 986         }
 987         if (bEkinAveVel)
 988         {
 989             tcstat[g].ekinscalef_nhc = 1.0; /* need to clear this -- logic is complicated! */
 990         }
 991     }
 992     ekind->dekindl_old = ekind->dekindl;
 993
 994     nthread = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
 995
 996 #pragma omp parallel for num_threads(nthread) schedule(static)
 997     for (thread = 0; thread < nthread; thread++)
 998     {
 999         int     start_t, end_t, n;
1000         int     ga, gt;
1001         rvec    v_corrt;
1002         real    hm;
1003         int     d, m;
1004         matrix *ekin_sum;
1005         real   *dekindl_sum;
1006
1007         start_t = md->start + ((thread+0)*md->homenr)/nthread;
1008         end_t   = md->start + ((thread+1)*md->homenr)/nthread;
1009
1010         ekin_sum    = ekind->ekin_work[thread];
1011         dekindl_sum = ekind->dekindl_work[thread];
1012
1013         for (gt = 0; gt < opts->ngtc; gt++)
1014         {
1015             clear_mat(ekin_sum[gt]);
1016         }
1017         *dekindl_sum = 0.0;
1018
1019         ga = 0;
1020         gt = 0;
1021         for (n = start_t; n < end_t; n++)
1022         {
1023             if (md->cACC)
1024             {
1025                 ga = md->cACC[n];
1026             }
1027             if (md->cTC)
1028             {
1029                 gt = md->cTC[n];
1030             }
1031             hm   = 0.5*md->massT[n];
1032
1033             for (d = 0; (d < DIM); d++)
1034             {
1035                 v_corrt[d]  = v[n][d]  - grpstat[ga].u[d];
1036             }
1037             for (d = 0; (d < DIM); d++)
1038             {
1039                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
1040                 {
1041                     /* if we're computing a full step velocity, v_corrt[d] has v(t).  Otherwise, v(t+dt/2) */
1042                     ekin_sum[gt][m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1043                 }
1044             }
1045             if (md->nMassPerturbed && md->bPerturbed[n])
1046             {
1047                 *dekindl_sum +=
1048                     0.5*(md->massB[n] - md->massA[n])*iprod(v_corrt, v_corrt);
1049             }
1050         }
1051     }
1052
1053     ekind->dekindl = 0;
1054     for (thread = 0; thread < nthread; thread++)
1055     {
1056         for (g = 0; g < opts->ngtc; g++)
1057         {
1058             if (bEkinAveVel)
1059             {
1060                 m_add(tcstat[g].ekinf, ekind->ekin_work[thread][g],
1061                       tcstat[g].ekinf);
1062             }
1063             else
1064             {
1065                 m_add(tcstat[g].ekinh, ekind->ekin_work[thread][g],
1066                       tcstat[g].ekinh);
1067             }
1068         }
1069
1070         ekind->dekindl += *ekind->dekindl_work[thread];
1071     }
1072
1073     inc_nrnb(nrnb, eNR_EKIN, md->homenr);
1074 }
1075
1076 static void calc_ke_part_visc(matrix box, rvec x[], rvec v[],
1077                               t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
1078                               gmx_ekindata_t *ekind,
1079                               t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel, gmx_bool bSaveEkinOld)
1080 {
1081     int           start = md->start, homenr = md->homenr;
1082     int           g, d, n, m, gt = 0;
1083     rvec          v_corrt;
1084     real          hm;
1085     t_grp_tcstat *tcstat = ekind->tcstat;
1086     t_cos_acc    *cosacc = &(ekind->cosacc);
1087     real          dekindl;
1088     real          fac, cosz;
1089     double        mvcos;
1090
1091     for (g = 0; g < opts->ngtc; g++)
1092     {
1093         copy_mat(ekind->tcstat[g].ekinh, ekind->tcstat[g].ekinh_old);
1094         clear_mat(ekind->tcstat[g].ekinh);
1095     }
1096     ekind->dekindl_old = ekind->dekindl;
1097
1098     fac     = 2*M_PI/box[ZZ][ZZ];
1099     mvcos   = 0;
1100     dekindl = 0;
1101     for (n = start; n < start+homenr; n++)
1102     {
1103         if (md->cTC)
1104         {
1105             gt = md->cTC[n];
1106         }
1107         hm   = 0.5*md->massT[n];
1108
1109         /* Note that the times of x and v differ by half a step */
1110         /* MRS -- would have to be changed for VV */
1111         cosz         = cos(fac*x[n][ZZ]);
1112         /* Calculate the amplitude of the new velocity profile */
1113         mvcos       += 2*cosz*md->massT[n]*v[n][XX];
1114
1115         copy_rvec(v[n], v_corrt);
1116         /* Subtract the profile for the kinetic energy */
1117         v_corrt[XX] -= cosz*cosacc->vcos;
1118         for (d = 0; (d < DIM); d++)
1119         {
1120             for (m = 0; (m < DIM); m++)
1121             {
1122                 /* if we're computing a full step velocity, v_corrt[d] has v(t).  Otherwise, v(t+dt/2) */
1123                 if (bEkinAveVel)
1124                 {
1125                     tcstat[gt].ekinf[m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1126                 }
1127                 else
1128                 {
1129                     tcstat[gt].ekinh[m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1130                 }
1131             }
1132         }
1133         if (md->nPerturbed && md->bPerturbed[n])
1134         {
1135             dekindl += 0.5*(md->massB[n] - md->massA[n])*iprod(v_corrt, v_corrt);
1136         }
1137     }
1138     ekind->dekindl = dekindl;
1139     cosacc->mvcos  = mvcos;
1140
1141     inc_nrnb(nrnb, eNR_EKIN, homenr);
1142 }
1143
1144 void calc_ke_part(t_state *state, t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
1145                   gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel, gmx_bool bSaveEkinOld)
1146 {
1147     if (ekind->cosacc.cos_accel == 0)
1148     {
1149         calc_ke_part_normal(state->v, opts, md, ekind, nrnb, bEkinAveVel, bSaveEkinOld);
1150     }
1151     else
1152     {
1153         calc_ke_part_visc(state->box, state->x, state->v, opts, md, ekind, nrnb, bEkinAveVel, bSaveEkinOld);
1154     }
1155 }
1156
1157 extern void init_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, const t_inputrec *ir)
1158 {
1159     ekinstate->ekin_n = ir->opts.ngtc;
1160     snew(ekinstate->ekinh, ekinstate->ekin_n);
1161     snew(ekinstate->ekinf, ekinstate->ekin_n);
1162     snew(ekinstate->ekinh_old, ekinstate->ekin_n);
1163     snew(ekinstate->ekinscalef_nhc, ekinstate->ekin_n);
1164     snew(ekinstate->ekinscaleh_nhc, ekinstate->ekin_n);
1165     snew(ekinstate->vscale_nhc, ekinstate->ekin_n);
1166     ekinstate->dekindl = 0;
1167     ekinstate->mvcos   = 0;
1168 }
1169
1170 void update_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, gmx_ekindata_t *ekind)
1171 {
1172     int i;
1173
1174     for (i = 0; i < ekinstate->ekin_n; i++)
1175     {
1176         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh, ekinstate->ekinh[i]);
1177         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinf, ekinstate->ekinf[i]);
1178         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh_old, ekinstate->ekinh_old[i]);
1179         ekinstate->ekinscalef_nhc[i] = ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc;
1180         ekinstate->ekinscaleh_nhc[i] = ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc;
1181         ekinstate->vscale_nhc[i]     = ekind->tcstat[i].vscale_nhc;
1182     }
1183
1184     copy_mat(ekind->ekin, ekinstate->ekin_total);
1185     ekinstate->dekindl = ekind->dekindl;
1186     ekinstate->mvcos   = ekind->cosacc.mvcos;
1187
1188 }
1189
1190 void restore_ekinstate_from_state(t_commrec *cr,
1191                                   gmx_ekindata_t *ekind, ekinstate_t *ekinstate)
1192 {
1193     int i, n;
1194
1195     if (MASTER(cr))
1196     {
1197         for (i = 0; i < ekinstate->ekin_n; i++)
1198         {
1199             copy_mat(ekinstate->ekinh[i], ekind->tcstat[i].ekinh);
1200             copy_mat(ekinstate->ekinf[i], ekind->tcstat[i].ekinf);
1201             copy_mat(ekinstate->ekinh_old[i], ekind->tcstat[i].ekinh_old);
1202             ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc = ekinstate->ekinscalef_nhc[i];
1203             ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc = ekinstate->ekinscaleh_nhc[i];
1204             ekind->tcstat[i].vscale_nhc     = ekinstate->vscale_nhc[i];
1205         }
1206
1207         copy_mat(ekinstate->ekin_total, ekind->ekin);
1208
1209         ekind->dekindl      = ekinstate->dekindl;
1210         ekind->cosacc.mvcos = ekinstate->mvcos;
1211         n                   = ekinstate->ekin_n;
1212     }
1213
1214     if (PAR(cr))
1215     {
1216         gmx_bcast(sizeof(n), &n, cr);
1217         for (i = 0; i < n; i++)
1218         {
1219             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinh[0][0]),
1220                       ekind->tcstat[i].ekinh[0], cr);
1221             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinf[0][0]),
1222                       ekind->tcstat[i].ekinf[0], cr);
1223             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinh_old[0][0]),
1224                       ekind->tcstat[i].ekinh_old[0], cr);
1225
1226             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc),
1227                       &(ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc), cr);
1228             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc),
1229                       &(ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc), cr);
1230             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].vscale_nhc),
1231                       &(ekind->tcstat[i].vscale_nhc), cr);
1232         }
1233         gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->ekin[0][0]),
1234                   ekind->ekin[0], cr);
1235
1236         gmx_bcast(sizeof(ekind->dekindl), &ekind->dekindl, cr);
1237         gmx_bcast(sizeof(ekind->cosacc.mvcos), &ekind->cosacc.mvcos, cr);
1238     }
1239 }
1240
1241 void set_deform_reference_box(gmx_update_t upd, gmx_large_int_t step, matrix box)
1242 {
1243     upd->deformref_step = step;
1244     copy_mat(box, upd->deformref_box);
1245 }
1246
1247 static void deform(gmx_update_t upd,
1248                    int start, int homenr, rvec x[], matrix box, matrix *scale_tot,
1249                    const t_inputrec *ir, gmx_large_int_t step)
1250 {
1251     matrix bnew, invbox, mu;
1252     real   elapsed_time;
1253     int    i, j;
1254
1255     elapsed_time = (step + 1 - upd->deformref_step)*ir->delta_t;
1256     copy_mat(box, bnew);
1257     for (i = 0; i < DIM; i++)
1258     {
1259         for (j = 0; j < DIM; j++)
1260         {
1261             if (ir->deform[i][j] != 0)
1262             {
1263                 bnew[i][j] =
1264                     upd->deformref_box[i][j] + elapsed_time*ir->deform[i][j];
1265             }
1266         }
1267     }
1268     /* We correct the off-diagonal elements,
1269      * which can grow indefinitely during shearing,
1270      * so the shifts do not get messed up.
1271      */
1272     for (i = 1; i < DIM; i++)
1273     {
1274         for (j = i-1; j >= 0; j--)
1275         {
1276             while (bnew[i][j] - box[i][j] > 0.5*bnew[j][j])
1277             {
1278                 rvec_dec(bnew[i], bnew[j]);
1279             }
1280             while (bnew[i][j] - box[i][j] < -0.5*bnew[j][j])
1281             {
1282                 rvec_inc(bnew[i], bnew[j]);
1283             }
1284         }
1285     }
1286     m_inv_ur0(box, invbox);
1287     copy_mat(bnew, box);
1288     mmul_ur0(box, invbox, mu);
1289
1290     for (i = start; i < start+homenr; i++)
1291     {
1292         x[i][XX] = mu[XX][XX]*x[i][XX]+mu[YY][XX]*x[i][YY]+mu[ZZ][XX]*x[i][ZZ];
1293         x[i][YY] = mu[YY][YY]*x[i][YY]+mu[ZZ][YY]*x[i][ZZ];
1294         x[i][ZZ] = mu[ZZ][ZZ]*x[i][ZZ];
1295     }
1296     if (*scale_tot)
1297     {
1298         /* The transposes of the scaling matrices are stored,
1299          * so we need to do matrix multiplication in the inverse order.
1300          */
1301         mmul_ur0(*scale_tot, mu, *scale_tot);
1302     }
1303 }
1304
1305 static void combine_forces(int nstcalclr,
1306                            gmx_constr_t constr,
1307                            t_inputrec *ir, t_mdatoms *md, t_idef *idef,
1308                            t_commrec *cr,
1309                            gmx_large_int_t step,
1310                            t_state *state, gmx_bool bMolPBC,
1311                            int start, int nrend,
1312                            rvec f[], rvec f_lr[],
1313                            t_nrnb *nrnb)
1314 {
1315     int  i, d, nm1;
1316
1317     /* f contains the short-range forces + the long range forces
1318      * which are stored separately in f_lr.
1319      */
1320
1321     if (constr != NULL && !(ir->eConstrAlg == econtSHAKE && ir->epc == epcNO))
1322     {
1323         /* We need to constrain the LR forces separately,
1324          * because due to the different pre-factor for the SR and LR
1325          * forces in the update algorithm, we can not determine
1326          * the constraint force for the coordinate constraining.
1327          * Constrain only the additional LR part of the force.
1328          */
1329         /* MRS -- need to make sure this works with trotter integration -- the constraint calls may not be right.*/
1330         constrain(NULL, FALSE, FALSE, constr, idef, ir, NULL, cr, step, 0, md,
1331                   state->x, f_lr, f_lr, bMolPBC, state->box, state->lambda[efptBONDED], NULL,
1332                   NULL, NULL, nrnb, econqForce, ir->epc == epcMTTK, state->veta, state->veta);
1333     }
1334
1335     /* Add nstcalclr-1 times the LR force to the sum of both forces
1336      * and store the result in forces_lr.
1337      */
1338     nm1 = nstcalclr - 1;
1339     for (i = start; i < nrend; i++)
1340     {
1341         for (d = 0; d < DIM; d++)
1342         {
1343             f_lr[i][d] = f[i][d] + nm1*f_lr[i][d];
1344         }
1345     }
1346 }
1347
1348 void update_tcouple(FILE             *fplog,
1349                     gmx_large_int_t   step,
1350                     t_inputrec       *inputrec,
1351                     t_state          *state,
1352                     gmx_ekindata_t   *ekind,
1353                     gmx_wallcycle_t   wcycle,
1354                     gmx_update_t      upd,
1355                     t_extmass        *MassQ,
1356                     t_mdatoms        *md)
1357
1358 {
1359     gmx_bool   bTCouple = FALSE;
1360     real       dttc;
1361     int        i, start, end, homenr, offset;
1362
1363     /* if using vv with trotter decomposition methods, we do this elsewhere in the code */
1364     if (inputrec->etc != etcNO &&
1365         !(IR_NVT_TROTTER(inputrec) || IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec)))
1366     {
1367         /* We should only couple after a step where energies were determined (for leapfrog versions)
1368            or the step energies are determined, for velocity verlet versions */
1369
1370         if (EI_VV(inputrec->eI))
1371         {
1372             offset = 0;
1373         }
1374         else
1375         {
1376             offset = 1;
1377         }
1378         bTCouple = (inputrec->nsttcouple == 1 ||
1379                     do_per_step(step+inputrec->nsttcouple-offset,
1380                                 inputrec->nsttcouple));
1381     }
1382
1383     if (bTCouple)
1384     {
1385         dttc = inputrec->nsttcouple*inputrec->delta_t;
1386
1387         switch (inputrec->etc)
1388         {
1389             case etcNO:
1390                 break;
1391             case etcBERENDSEN:
1392                 berendsen_tcoupl(inputrec, ekind, dttc);
1393                 break;
1394             case etcNOSEHOOVER:
1395                 nosehoover_tcoupl(&(inputrec->opts), ekind, dttc,
1396                                   state->nosehoover_xi, state->nosehoover_vxi, MassQ);
1397                 break;
1398             case etcVRESCALE:
1399                 vrescale_tcoupl(inputrec, ekind, dttc,
1400                                 state->therm_integral, upd->sd->gaussrand[0]);
1401                 break;
1402         }
1403         /* rescale in place here */
1404         if (EI_VV(inputrec->eI))
1405         {
1406             rescale_velocities(ekind, md, md->start, md->start+md->homenr, state->v);
1407         }
1408     }
1409     else
1410     {
1411         /* Set the T scaling lambda to 1 to have no scaling */
1412         for (i = 0; (i < inputrec->opts.ngtc); i++)
1413         {
1414             ekind->tcstat[i].lambda = 1.0;
1415         }
1416     }
1417 }
1418
1419 void update_pcouple(FILE             *fplog,
1420                     gmx_large_int_t   step,
1421                     t_inputrec       *inputrec,
1422                     t_state          *state,
1423                     matrix            pcoupl_mu,
1424                     matrix            M,
1425                     gmx_wallcycle_t   wcycle,
1426                     gmx_update_t      upd,
1427                     gmx_bool          bInitStep)
1428 {
1429     gmx_bool   bPCouple = FALSE;
1430     real       dtpc     = 0;
1431     int        i;
1432
1433     /* if using Trotter pressure, we do this in coupling.c, so we leave it false. */
1434     if (inputrec->epc != epcNO && (!(IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec))))
1435     {
1436         /* We should only couple after a step where energies were determined */
1437         bPCouple = (inputrec->nstpcouple == 1 ||
1438                     do_per_step(step+inputrec->nstpcouple-1,
1439                                 inputrec->nstpcouple));
1440     }
1441
1442     clear_mat(pcoupl_mu);
1443     for (i = 0; i < DIM; i++)
1444     {
1445         pcoupl_mu[i][i] = 1.0;
1446     }
1447
1448     clear_mat(M);
1449
1450     if (bPCouple)
1451     {
1452         dtpc = inputrec->nstpcouple*inputrec->delta_t;
1453
1454         switch (inputrec->epc)
1455         {
1456             /* We can always pcoupl, even if we did not sum the energies
1457              * the previous step, since state->pres_prev is only updated
1458              * when the energies have been summed.
1459              */
1460             case (epcNO):
1461                 break;
1462             case (epcBERENDSEN):
1463                 if (!bInitStep)
1464                 {
1465                     berendsen_pcoupl(fplog, step, inputrec, dtpc, state->pres_prev, state->box,
1466                                      pcoupl_mu);
1467                 }
1468                 break;
1469             case (epcPARRINELLORAHMAN):
1470                 parrinellorahman_pcoupl(fplog, step, inputrec, dtpc, state->pres_prev,
1471                                         state->box, state->box_rel, state->boxv,
1472                                         M, pcoupl_mu, bInitStep);
1473                 break;
1474             default:
1475                 break;
1476         }
1477     }
1478 }
1479
1480 static rvec *get_xprime(const t_state *state, gmx_update_t upd)
1481 {
1482     if (state->nalloc > upd->xp_nalloc)
1483     {
1484         upd->xp_nalloc = state->nalloc;
1485         srenew(upd->xp, upd->xp_nalloc);
1486     }
1487
1488     return upd->xp;
1489 }
1490
1491 void update_constraints(FILE             *fplog,
1492                         gmx_large_int_t   step,
1493                         real             *dvdlambda, /* the contribution to be added to the bonded interactions */
1494                         t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff      */
1495                         gmx_ekindata_t   *ekind,
1496                         t_mdatoms        *md,
1497                         t_state          *state,
1498                         gmx_bool          bMolPBC,
1499                         t_graph          *graph,
1500                         rvec              force[],   /* forces on home particles */
1501                         t_idef           *idef,
1502                         tensor            vir_part,
1503                         tensor            vir,       /* tensors for virial and ekin, needed for computing */
1504                         t_commrec        *cr,
1505                         t_nrnb           *nrnb,
1506                         gmx_wallcycle_t   wcycle,
1507                         gmx_update_t      upd,
1508                         gmx_constr_t      constr,
1509                         gmx_bool          bInitStep,
1510                         gmx_bool          bFirstHalf,
1511                         gmx_bool          bCalcVir,
1512                         real              vetanew)
1513 {
1514     gmx_bool             bExtended, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE, bDoConstr = FALSE;
1515     double               dt;
1516     real                 dt_1;
1517     int                  start, homenr, nrend, i, n, m, g, d;
1518     tensor               vir_con;
1519     rvec                *vbuf, *xprime = NULL;
1520     int                  nth, th;
1521
1522     if (constr)
1523     {
1524         bDoConstr = TRUE;
1525     }
1526     if (bFirstHalf && !EI_VV(inputrec->eI))
1527     {
1528         bDoConstr = FALSE;
1529     }
1530
1531     /* for now, SD update is here -- though it really seems like it
1532        should be reformulated as a velocity verlet method, since it has two parts */
1533
1534     start  = md->start;
1535     homenr = md->homenr;
1536     nrend  = start+homenr;
1537
1538     dt   = inputrec->delta_t;
1539     dt_1 = 1.0/dt;
1540
1541     /*
1542      *  Steps (7C, 8C)
1543      *  APPLY CONSTRAINTS:
1544      *  BLOCK SHAKE
1545
1546      * When doing PR pressure coupling we have to constrain the
1547      * bonds in each iteration. If we are only using Nose-Hoover tcoupling
1548      * it is enough to do this once though, since the relative velocities
1549      * after this will be normal to the bond vector
1550      */
1551
1552     if (bDoConstr)
1553     {
1554         /* clear out constraints before applying */
1555         clear_mat(vir_part);
1556
1557         xprime = get_xprime(state, upd);
1558
1559         bLastStep = (step == inputrec->init_step+inputrec->nsteps);
1560         bLog      = (do_per_step(step, inputrec->nstlog) || bLastStep || (step < 0));
1561         bEner     = (do_per_step(step, inputrec->nstenergy) || bLastStep);
1562         /* Constrain the coordinates xprime */
1563         wallcycle_start(wcycle, ewcCONSTR);
1564         if (EI_VV(inputrec->eI) && bFirstHalf)
1565         {
1566             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1567                       inputrec, ekind, cr, step, 1, md,
1568                       state->x, state->v, state->v,
1569                       bMolPBC, state->box,
1570                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1571                       NULL, bCalcVir ? &vir_con : NULL, nrnb, econqVeloc,
1572                       inputrec->epc == epcMTTK, state->veta, vetanew);
1573         }
1574         else
1575         {
1576             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1577                       inputrec, ekind, cr, step, 1, md,
1578                       state->x, xprime, NULL,
1579                       bMolPBC, state->box,
1580                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1581                       state->v, bCalcVir ? &vir_con : NULL, nrnb, econqCoord,
1582                       inputrec->epc == epcMTTK, state->veta, state->veta);
1583         }
1584         wallcycle_stop(wcycle, ewcCONSTR);
1585
1586         where();
1587
1588         dump_it_all(fplog, "After Shake",
1589                     state->natoms, state->x, xprime, state->v, force);
1590
1591         if (bCalcVir)
1592         {
1593             if (inputrec->eI == eiSD2)
1594             {
1595                 /* A correction factor eph is needed for the SD constraint force */
1596                 /* Here we can, unfortunately, not have proper corrections
1597                  * for different friction constants, so we use the first one.
1598                  */
1599                 for (i = 0; i < DIM; i++)
1600                 {
1601                     for (m = 0; m < DIM; m++)
1602                     {
1603                         vir_part[i][m] += upd->sd->sdc[0].eph*vir_con[i][m];
1604                     }
1605                 }
1606             }
1607             else
1608             {
1609                 m_add(vir_part, vir_con, vir_part);
1610             }
1611             if (debug)
1612             {
1613                 pr_rvecs(debug, 0, "constraint virial", vir_part, DIM);
1614             }
1615         }
1616     }
1617
1618     where();
1619     if ((inputrec->eI == eiSD2) && !(bFirstHalf))
1620     {
1621         xprime = get_xprime(state, upd);
1622
1623         nth = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
1624
1625 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1626         for (th = 0; th < nth; th++)
1627         {
1628             int start_th, end_th;
1629
1630             start_th = start + ((nrend-start)* th   )/nth;
1631             end_th   = start + ((nrend-start)*(th+1))/nth;
1632
1633             /* The second part of the SD integration */
1634             do_update_sd2(upd->sd, upd->sd->gaussrand[th],
1635                           FALSE, start_th, end_th,
1636                           inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1637                           md->invmass, md->ptype,
1638                           md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1639                           state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1640                           inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.tau_t,
1641                           inputrec->opts.ref_t, FALSE);
1642         }
1643         inc_nrnb(nrnb, eNR_UPDATE, homenr);
1644
1645         if (bDoConstr)
1646         {
1647             /* Constrain the coordinates xprime */
1648             wallcycle_start(wcycle, ewcCONSTR);
1649             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1650                       inputrec, NULL, cr, step, 1, md,
1651                       state->x, xprime, NULL,
1652                       bMolPBC, state->box,
1653                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1654                       NULL, NULL, nrnb, econqCoord, FALSE, 0, 0);
1655             wallcycle_stop(wcycle, ewcCONSTR);
1656         }
1657     }
1658
1659     /* We must always unshift after updating coordinates; if we did not shake
1660        x was shifted in do_force */
1661
1662     if (!(bFirstHalf)) /* in the first half of vv, no shift. */
1663     {
1664         if (graph && (graph->nnodes > 0))
1665         {
1666             unshift_x(graph, state->box, state->x, upd->xp);
1667             if (TRICLINIC(state->box))
1668             {
1669                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SHIFTX, 2*graph->nnodes);
1670             }
1671             else
1672             {
1673                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SHIFTX, graph->nnodes);
1674             }
1675         }
1676         else
1677         {
1678 #pragma omp parallel for num_threads(gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate)) schedule(static)
1679             for (i = start; i < nrend; i++)
1680             {
1681                 copy_rvec(upd->xp[i], state->x[i]);
1682             }
1683         }
1684
1685         dump_it_all(fplog, "After unshift",
1686                     state->natoms, state->x, upd->xp, state->v, force);
1687     }
1688 /* ############# END the update of velocities and positions ######### */
1689 }
1690
1691 void update_box(FILE             *fplog,
1692                 gmx_large_int_t   step,
1693                 t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff      */
1694                 t_mdatoms        *md,
1695                 t_state          *state,
1696                 t_graph          *graph,
1697                 rvec              force[],   /* forces on home particles */
1698                 matrix           *scale_tot,
1699                 matrix            pcoupl_mu,
1700                 t_nrnb           *nrnb,
1701                 gmx_wallcycle_t   wcycle,
1702                 gmx_update_t      upd,
1703                 gmx_bool          bInitStep,
1704                 gmx_bool          bFirstHalf)
1705 {
1706     gmx_bool             bExtended, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE;
1707     double               dt;
1708     real                 dt_1;
1709     int                  start, homenr, nrend, i, n, m, g;
1710     tensor               vir_con;
1711
1712     start  = md->start;
1713     homenr = md->homenr;
1714     nrend  = start+homenr;
1715
1716     bExtended =
1717         (inputrec->etc == etcNOSEHOOVER) ||
1718         (inputrec->epc == epcPARRINELLORAHMAN) ||
1719         (inputrec->epc == epcMTTK);
1720
1721     dt = inputrec->delta_t;
1722
1723     where();
1724
1725     /* now update boxes */
1726     switch (inputrec->epc)
1727     {
1728         case (epcNO):
1729             break;
1730         case (epcBERENDSEN):
1731             berendsen_pscale(inputrec, pcoupl_mu, state->box, state->box_rel,
1732                              start, homenr, state->x, md->cFREEZE, nrnb);
1733             break;
1734         case (epcPARRINELLORAHMAN):
1735             /* The box velocities were updated in do_pr_pcoupl in the update
1736              * iteration, but we dont change the box vectors until we get here
1737              * since we need to be able to shift/unshift above.
1738              */
1739             for (i = 0; i < DIM; i++)
1740             {
1741                 for (m = 0; m <= i; m++)
1742                 {
1743                     state->box[i][m] += dt*state->boxv[i][m];
1744                 }
1745             }
1746             preserve_box_shape(inputrec, state->box_rel, state->box);
1747
1748             /* Scale the coordinates */
1749             for (n = start; (n < start+homenr); n++)
1750             {
1751                 tmvmul_ur0(pcoupl_mu, state->x[n], state->x[n]);
1752             }
1753             break;
1754         case (epcMTTK):
1755             switch (inputrec->epct)
1756             {
1757                 case (epctISOTROPIC):
1758                     /* DIM * eta = ln V.  so DIM*eta_new = DIM*eta_old + DIM*dt*veta =>
1759                        ln V_new = ln V_old + 3*dt*veta => V_new = V_old*exp(3*dt*veta) =>
1760                        Side length scales as exp(veta*dt) */
1761
1762                     msmul(state->box, exp(state->veta*dt), state->box);
1763
1764                     /* Relate veta to boxv.  veta = d(eta)/dT = (1/DIM)*1/V dV/dT.
1765                        o               If we assume isotropic scaling, and box length scaling
1766                        factor L, then V = L^DIM (det(M)).  So dV/dt = DIM
1767                        L^(DIM-1) dL/dt det(M), and veta = (1/L) dL/dt.  The
1768                        determinant of B is L^DIM det(M), and the determinant
1769                        of dB/dt is (dL/dT)^DIM det (M).  veta will be
1770                        (det(dB/dT)/det(B))^(1/3).  Then since M =
1771                        B_new*(vol_new)^(1/3), dB/dT_new = (veta_new)*B(new). */
1772
1773                     msmul(state->box, state->veta, state->boxv);
1774                     break;
1775                 default:
1776                     break;
1777             }
1778             break;
1779         default:
1780             break;
1781     }
1782
1783     if ((!(IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec))) && scale_tot)
1784     {
1785         /* The transposes of the scaling matrices are stored,
1786          * therefore we need to reverse the order in the multiplication.
1787          */
1788         mmul_ur0(*scale_tot, pcoupl_mu, *scale_tot);
1789     }
1790
1791     if (DEFORM(*inputrec))
1792     {
1793         deform(upd, start, homenr, state->x, state->box, scale_tot, inputrec, step);
1794     }
1795     where();
1796     dump_it_all(fplog, "After update",
1797                 state->natoms, state->x, upd->xp, state->v, force);
1798 }
1799
1800 void update_coords(FILE             *fplog,
1801                    gmx_large_int_t   step,
1802                    t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff   */
1803                    t_mdatoms        *md,
1804                    t_state          *state,
1805                    gmx_bool          bMolPBC,
1806                    rvec             *f,    /* forces on home particles */
1807                    gmx_bool          bDoLR,
1808                    rvec             *f_lr,
1809                    t_fcdata         *fcd,
1810                    gmx_ekindata_t   *ekind,
1811                    matrix            M,
1812                    gmx_wallcycle_t   wcycle,
1813                    gmx_update_t      upd,
1814                    gmx_bool          bInitStep,
1815                    int               UpdatePart,
1816                    t_commrec        *cr, /* these shouldn't be here -- need to think about it */
1817                    t_nrnb           *nrnb,
1818                    gmx_constr_t      constr,
1819                    t_idef           *idef)
1820 {
1821     gmx_bool          bNH, bPR, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE;
1822     double            dt, alpha;
1823     real             *imass, *imassin;
1824     rvec             *force;
1825     real              dt_1;
1826     int               start, homenr, nrend, i, j, d, n, m, g;
1827     int               blen0, blen1, iatom, jatom, nshake, nsettle, nconstr, nexpand;
1828     int              *icom = NULL;
1829     tensor            vir_con;
1830     rvec             *vcom, *xcom, *vall, *xall, *xin, *vin, *forcein, *fall, *xpall, *xprimein, *xprime;
1831     int               nth, th;
1832
1833     /* Running the velocity half does nothing except for velocity verlet */
1834     if ((UpdatePart == etrtVELOCITY1 || UpdatePart == etrtVELOCITY2) &&
1835         !EI_VV(inputrec->eI))
1836     {
1837         gmx_incons("update_coords called for velocity without VV integrator");
1838     }
1839
1840     start  = md->start;
1841     homenr = md->homenr;
1842     nrend  = start+homenr;
1843
1844     xprime = get_xprime(state, upd);
1845
1846     dt   = inputrec->delta_t;
1847     dt_1 = 1.0/dt;
1848
1849     /* We need to update the NMR restraint history when time averaging is used */
1850     if (state->flags & (1<<estDISRE_RM3TAV))
1851     {
1852         update_disres_history(fcd, &state->hist);
1853     }
1854     if (state->flags & (1<<estORIRE_DTAV))
1855     {
1856         update_orires_history(fcd, &state->hist);
1857     }
1858
1859
1860     bNH = inputrec->etc == etcNOSEHOOVER;
1861     bPR = ((inputrec->epc == epcPARRINELLORAHMAN) || (inputrec->epc == epcMTTK));
1862
1863     if (bDoLR && inputrec->nstcalclr > 1 && !EI_VV(inputrec->eI))  /* get this working with VV? */
1864     {
1865         /* Store the total force + nstcalclr-1 times the LR force
1866          * in forces_lr, so it can be used in a normal update algorithm
1867          * to produce twin time stepping.
1868          */
1869         /* is this correct in the new construction? MRS */
1870         combine_forces(inputrec->nstcalclr, constr, inputrec, md, idef, cr,
1871                        step, state, bMolPBC,
1872                        start, nrend, f, f_lr, nrnb);
1873         force = f_lr;
1874     }
1875     else
1876     {
1877         force = f;
1878     }
1879
1880     /* ############# START The update of velocities and positions ######### */
1881     where();
1882     dump_it_all(fplog, "Before update",
1883                 state->natoms, state->x, xprime, state->v, force);
1884
1885     if (EI_RANDOM(inputrec->eI))
1886     {
1887         /* We still need to take care of generating random seeds properly
1888          * when multi-threading.
1889          */
1890         nth = 1;
1891     }
1892     else
1893     {
1894         nth = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
1895     }
1896
1897     if (inputrec->eI == eiSD2)
1898     {
1899         check_sd2_work_data_allocation(upd->sd, nrend);
1900     }
1901
1902 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static) private(alpha)
1903     for (th = 0; th < nth; th++)
1904     {
1905         int start_th, end_th;
1906
1907         start_th = start + ((nrend-start)* th   )/nth;
1908         end_th   = start + ((nrend-start)*(th+1))/nth;
1909
1910         switch (inputrec->eI)
1911         {
1912             case (eiMD):
1913                 if (ekind->cosacc.cos_accel == 0)
1914                 {
1915                     do_update_md(start_th, end_th, dt,
1916                                  ekind->tcstat, state->nosehoover_vxi,
1917                                  ekind->bNEMD, ekind->grpstat, inputrec->opts.acc,
1918                                  inputrec->opts.nFreeze,
1919                                  md->invmass, md->ptype,
1920                                  md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1921                                  state->x, xprime, state->v, force, M,
1922                                  bNH, bPR);
1923                 }
1924                 else
1925                 {
1926                     do_update_visc(start_th, end_th, dt,
1927                                    ekind->tcstat, state->nosehoover_vxi,
1928                                    md->invmass, md->ptype,
1929                                    md->cTC, state->x, xprime, state->v, force, M,
1930                                    state->box,
1931                                    ekind->cosacc.cos_accel,
1932                                    ekind->cosacc.vcos,
1933                                    bNH, bPR);
1934                 }
1935                 break;
1936             case (eiSD1):
1937                 do_update_sd1(upd->sd, upd->sd->gaussrand[th],
1938                               start_th, end_th, dt,
1939                               inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1940                               md->invmass, md->ptype,
1941                               md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1942                               state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1943                               inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.tau_t, inputrec->opts.ref_t);
1944                 break;
1945             case (eiSD2):
1946                 /* The SD update is done in 2 parts, because an extra constraint step
1947                  * is needed
1948                  */
1949                 do_update_sd2(upd->sd, upd->sd->gaussrand[th],
1950                               bInitStep, start_th, end_th,
1951                               inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1952                               md->invmass, md->ptype,
1953                               md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1954                               state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1955                               inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.tau_t, inputrec->opts.ref_t,
1956                               TRUE);
1957                 break;
1958             case (eiBD):
1959                 do_update_bd(start_th, end_th, dt,
1960                              inputrec->opts.nFreeze, md->invmass, md->ptype,
1961                              md->cFREEZE, md->cTC,
1962                              state->x, xprime, state->v, force,
1963                              inputrec->bd_fric,
1964                              inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.tau_t, inputrec->opts.ref_t,
1965                              upd->sd->bd_rf, upd->sd->gaussrand[th]);
1966                 break;
1967             case (eiVV):
1968             case (eiVVAK):
1969                 alpha = 1.0 + DIM/((double)inputrec->opts.nrdf[0]); /* assuming barostat coupled to group 0. */
1970                 switch (UpdatePart)
1971                 {
1972                     case etrtVELOCITY1:
1973                     case etrtVELOCITY2:
1974                         do_update_vv_vel(start_th, end_th, dt,
1975                                          ekind->tcstat, ekind->grpstat,
1976                                          inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1977                                          md->invmass, md->ptype,
1978                                          md->cFREEZE, md->cACC,
1979                                          state->v, force,
1980                                          (bNH || bPR), state->veta, alpha);
1981                         break;
1982                     case etrtPOSITION:
1983                         do_update_vv_pos(start_th, end_th, dt,
1984                                          ekind->tcstat, ekind->grpstat,
1985                                          inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1986                                          md->invmass, md->ptype, md->cFREEZE,
1987                                          state->x, xprime, state->v, force,
1988                                          (bNH || bPR), state->veta, alpha);
1989                         break;
1990                 }
1991                 break;
1992             default:
1993                 gmx_fatal(FARGS, "Don't know how to update coordinates");
1994                 break;
1995         }
1996     }
1997
1998 }
1999
2000
2001 void correct_ekin(FILE *log, int start, int end, rvec v[], rvec vcm, real mass[],
2002                   real tmass, tensor ekin)
2003 {
2004     /*
2005      * This is a debugging routine. It should not be called for production code
2006      *
2007      * The kinetic energy should calculated according to:
2008      *   Ekin = 1/2 m (v-vcm)^2
2009      * However the correction is not always applied, since vcm may not be
2010      * known in time and we compute
2011      *   Ekin' = 1/2 m v^2 instead
2012      * This can be corrected afterwards by computing
2013      *   Ekin = Ekin' + 1/2 m ( -2 v vcm + vcm^2)
2014      * or in hsorthand:
2015      *   Ekin = Ekin' - m v vcm + 1/2 m vcm^2
2016      */
2017     int    i, j, k;
2018     real   m, tm;
2019     rvec   hvcm, mv;
2020     tensor dekin;
2021
2022     /* Local particles */
2023     clear_rvec(mv);
2024
2025     /* Processor dependent part. */
2026     tm = 0;
2027     for (i = start; (i < end); i++)
2028     {
2029         m      = mass[i];
2030         tm    += m;
2031         for (j = 0; (j < DIM); j++)
2032         {
2033             mv[j] += m*v[i][j];
2034         }
2035     }
2036     /* Shortcut */
2037     svmul(1/tmass, vcm, vcm);
2038     svmul(0.5, vcm, hvcm);
2039     clear_mat(dekin);
2040     for (j = 0; (j < DIM); j++)
2041     {
2042         for (k = 0; (k < DIM); k++)
2043         {
2044             dekin[j][k] += vcm[k]*(tm*hvcm[j]-mv[j]);
2045         }
2046     }
2047     pr_rvecs(log, 0, "dekin", dekin, DIM);
2048     pr_rvecs(log, 0, " ekin", ekin, DIM);
2049     fprintf(log, "dekin = %g, ekin = %g  vcm = (%8.4f %8.4f %8.4f)\n",
2050             trace(dekin), trace(ekin), vcm[XX], vcm[YY], vcm[ZZ]);
2051     fprintf(log, "mv = (%8.4f %8.4f %8.4f)\n",
2052             mv[XX], mv[YY], mv[ZZ]);
2053 }
2054
2055 extern gmx_bool update_randomize_velocities(t_inputrec *ir, gmx_large_int_t step, t_mdatoms *md, t_state *state, gmx_update_t upd, t_idef *idef, gmx_constr_t constr)
2056 {
2057
2058     int  i;
2059     real rate = (ir->delta_t)/ir->opts.tau_t[0];
2060     /* proceed with andersen if 1) it's fixed probability per
2061        particle andersen or 2) it's massive andersen and it's tau_t/dt */
2062     if ((ir->etc == etcANDERSEN) || do_per_step(step, (int)(1.0/rate)))
2063     {
2064         srenew(upd->randatom, state->nalloc);
2065         srenew(upd->randatom_list, state->nalloc);
2066         if (upd->randatom_list_init == FALSE)
2067         {
2068             for (i = 0; i < state->nalloc; i++)
2069             {
2070                 upd->randatom[i]      = FALSE;
2071                 upd->randatom_list[i] = 0;
2072             }
2073             upd->randatom_list_init = TRUE;
2074         }
2075         andersen_tcoupl(ir, md, state, upd->sd->gaussrand[0], rate,
2076                         (ir->etc == etcANDERSEN) ? idef : NULL,
2077                         constr ? get_nblocks(constr) : 0,
2078                         constr ? get_sblock(constr) : NULL,
2079                         upd->randatom, upd->randatom_list,
2080                         upd->sd->randomize_group, upd->sd->boltzfac);
2081         return TRUE;
2082     }
2083     return FALSE;
2084 }