src/gromacs/mdlib/update.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40
  41
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <math.h>
  44
  45 #include "types/commrec.h"
  46 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  47 #include "typedefs.h"
  48 #include "nrnb.h"
  49 #include "gromacs/math/units.h"
  50 #include "macros.h"
  51 #include "gromacs/math/vec.h"
  52 #include "update.h"
  53 #include "gromacs/random/random.h"
  54 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
  55 #include "tgroup.h"
  56 #include "force.h"
  57 #include "names.h"
  58 #include "txtdump.h"
  59 #include "mdrun.h"
  60 #include "constr.h"
  61 #include "disre.h"
  62 #include "orires.h"
  63 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  64
  65 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  66 #include "gromacs/utility/futil.h"
  67 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
  68 #include "gromacs/utility/gmxomp.h"
  69 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  70
  71 /*For debugging, start at v(-dt/2) for velolcity verlet -- uncomment next line */
  72 /*#define STARTFROMDT2*/
  73
  74 typedef struct {
  75     double gdt;
  76     double eph;
  77     double emh;
  78     double em;
  79     double b;
  80     double c;
  81     double d;
  82 } gmx_sd_const_t;
  83
  84 typedef struct {
  85     real V;
  86     real X;
  87     real Yv;
  88     real Yx;
  89 } gmx_sd_sigma_t;
  90
  91 typedef struct {
  92     /* BD stuff */
  93     real           *bd_rf;
  94     /* SD stuff */
  95     gmx_sd_const_t *sdc;
  96     gmx_sd_sigma_t *sdsig;
  97     rvec           *sd_V;
  98     int             sd_V_nalloc;
  99     /* andersen temperature control stuff */
 100     gmx_bool       *randomize_group;
 101     real           *boltzfac;
 102 } gmx_stochd_t;
 103
 104 typedef struct gmx_update
 105 {
 106     gmx_stochd_t *sd;
 107     /* xprime for constraint algorithms */
 108     rvec         *xp;
 109     int           xp_nalloc;
 110
 111     /* Variables for the deform algorithm */
 112     gmx_int64_t     deformref_step;
 113     matrix          deformref_box;
 114 } t_gmx_update;
 115
 116
 117 static void do_update_md(int start, int nrend, double dt,
 118                          t_grp_tcstat *tcstat,
 119                          double nh_vxi[],
 120                          gmx_bool bNEMD, t_grp_acc *gstat, rvec accel[],
 121                          ivec nFreeze[],
 122                          real invmass[],
 123                          unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 124                          unsigned short cACC[], unsigned short cTC[],
 125                          rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 126                          rvec f[], matrix M,
 127                          gmx_bool bNH, gmx_bool bPR)
 128 {
 129     double imass, w_dt;
 130     int    gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 131     rvec   vrel;
 132     real   vn, vv, va, vb, vnrel;
 133     real   lg, vxi = 0, u;
 134     int    n, d;
 135
 136     if (bNH || bPR)
 137     {
 138         /* Update with coupling to extended ensembles, used for
 139          * Nose-Hoover and Parrinello-Rahman coupling
 140          * Nose-Hoover uses the reversible leap-frog integrator from
 141          * Holian et al. Phys Rev E 52(3) : 2338, 1995
 142          */
 143         for (n = start; n < nrend; n++)
 144         {
 145             imass = invmass[n];
 146             if (cFREEZE)
 147             {
 148                 gf   = cFREEZE[n];
 149             }
 150             if (cACC)
 151             {
 152                 ga   = cACC[n];
 153             }
 154             if (cTC)
 155             {
 156                 gt   = cTC[n];
 157             }
 158             lg   = tcstat[gt].lambda;
 159             if (bNH)
 160             {
 161                 vxi   = nh_vxi[gt];
 162             }
 163             rvec_sub(v[n], gstat[ga].u, vrel);
 164
 165             for (d = 0; d < DIM; d++)
 166             {
 167                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 168                 {
 169                     vnrel = (lg*vrel[d] + dt*(imass*f[n][d] - 0.5*vxi*vrel[d]
 170                                               - iprod(M[d], vrel)))/(1 + 0.5*vxi*dt);
 171                     /* do not scale the mean velocities u */
 172                     vn             = gstat[ga].u[d] + accel[ga][d]*dt + vnrel;
 173                     v[n][d]        = vn;
 174                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vn*dt;
 175                 }
 176                 else
 177                 {
 178                     v[n][d]        = 0.0;
 179                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 180                 }
 181             }
 182         }
 183     }
 184     else if (cFREEZE != NULL ||
 185              nFreeze[0][XX] || nFreeze[0][YY] || nFreeze[0][ZZ] ||
 186              bNEMD)
 187     {
 188         /* Update with Berendsen/v-rescale coupling and freeze or NEMD */
 189         for (n = start; n < nrend; n++)
 190         {
 191             w_dt = invmass[n]*dt;
 192             if (cFREEZE)
 193             {
 194                 gf   = cFREEZE[n];
 195             }
 196             if (cACC)
 197             {
 198                 ga   = cACC[n];
 199             }
 200             if (cTC)
 201             {
 202                 gt   = cTC[n];
 203             }
 204             lg   = tcstat[gt].lambda;
 205
 206             for (d = 0; d < DIM; d++)
 207             {
 208                 vn             = v[n][d];
 209                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 210                 {
 211                     vv             = lg*vn + f[n][d]*w_dt;
 212
 213                     /* do not scale the mean velocities u */
 214                     u              = gstat[ga].u[d];
 215                     va             = vv + accel[ga][d]*dt;
 216                     vb             = va + (1.0-lg)*u;
 217                     v[n][d]        = vb;
 218                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vb*dt;
 219                 }
 220                 else
 221                 {
 222                     v[n][d]        = 0.0;
 223                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 224                 }
 225             }
 226         }
 227     }
 228     else
 229     {
 230         /* Plain update with Berendsen/v-rescale coupling */
 231         for (n = start; n < nrend; n++)
 232         {
 233             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 234             {
 235                 w_dt = invmass[n]*dt;
 236                 if (cTC)
 237                 {
 238                     gt = cTC[n];
 239                 }
 240                 lg = tcstat[gt].lambda;
 241
 242                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 243                 {
 244                     vn           = lg*v[n][d] + f[n][d]*w_dt;
 245                     v[n][d]      = vn;
 246                     xprime[n][d] = x[n][d] + vn*dt;
 247                 }
 248             }
 249             else
 250             {
 251                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 252                 {
 253                     v[n][d]        = 0.0;
 254                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 255                 }
 256             }
 257         }
 258     }
 259 }
 260
 261 static void do_update_vv_vel(int start, int nrend, double dt,
 262                              rvec accel[], ivec nFreeze[], real invmass[],
 263                              unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 264                              unsigned short cACC[], rvec v[], rvec f[],
 265                              gmx_bool bExtended, real veta, real alpha)
 266 {
 267     double imass, w_dt;
 268     int    gf = 0, ga = 0;
 269     rvec   vrel;
 270     real   u, vn, vv, va, vb, vnrel;
 271     int    n, d;
 272     double g, mv1, mv2;
 273
 274     if (bExtended)
 275     {
 276         g        = 0.25*dt*veta*alpha;
 277         mv1      = exp(-g);
 278         mv2      = series_sinhx(g);
 279     }
 280     else
 281     {
 282         mv1      = 1.0;
 283         mv2      = 1.0;
 284     }
 285     for (n = start; n < nrend; n++)
 286     {
 287         w_dt = invmass[n]*dt;
 288         if (cFREEZE)
 289         {
 290             gf   = cFREEZE[n];
 291         }
 292         if (cACC)
 293         {
 294             ga   = cACC[n];
 295         }
 296
 297         for (d = 0; d < DIM; d++)
 298         {
 299             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 300             {
 301                 v[n][d]             = mv1*(mv1*v[n][d] + 0.5*(w_dt*mv2*f[n][d]))+0.5*accel[ga][d]*dt;
 302             }
 303             else
 304             {
 305                 v[n][d]        = 0.0;
 306             }
 307         }
 308     }
 309 } /* do_update_vv_vel */
 310
 311 static void do_update_vv_pos(int start, int nrend, double dt,
 312                              ivec nFreeze[],
 313                              unsigned short ptype[], unsigned short cFREEZE[],
 314                              rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 315                              gmx_bool bExtended, real veta)
 316 {
 317     double imass, w_dt;
 318     int    gf = 0;
 319     int    n, d;
 320     double g, mr1, mr2;
 321
 322     /* Would it make more sense if Parrinello-Rahman was put here? */
 323     if (bExtended)
 324     {
 325         g        = 0.5*dt*veta;
 326         mr1      = exp(g);
 327         mr2      = series_sinhx(g);
 328     }
 329     else
 330     {
 331         mr1      = 1.0;
 332         mr2      = 1.0;
 333     }
 334
 335     for (n = start; n < nrend; n++)
 336     {
 337
 338         if (cFREEZE)
 339         {
 340             gf   = cFREEZE[n];
 341         }
 342
 343         for (d = 0; d < DIM; d++)
 344         {
 345             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 346             {
 347                 xprime[n][d]   = mr1*(mr1*x[n][d]+mr2*dt*v[n][d]);
 348             }
 349             else
 350             {
 351                 xprime[n][d]   = x[n][d];
 352             }
 353         }
 354     }
 355 } /* do_update_vv_pos */
 356
 357 static void do_update_visc(int start, int nrend, double dt,
 358                            t_grp_tcstat *tcstat,
 359                            double nh_vxi[],
 360                            real invmass[],
 361                            unsigned short ptype[], unsigned short cTC[],
 362                            rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 363                            rvec f[], matrix M, matrix box, real
 364                            cos_accel, real vcos,
 365                            gmx_bool bNH, gmx_bool bPR)
 366 {
 367     double imass, w_dt;
 368     int    gt = 0;
 369     real   vn, vc;
 370     real   lg, vxi = 0, vv;
 371     real   fac, cosz;
 372     rvec   vrel;
 373     int    n, d;
 374
 375     fac = 2*M_PI/(box[ZZ][ZZ]);
 376
 377     if (bNH || bPR)
 378     {
 379         /* Update with coupling to extended ensembles, used for
 380          * Nose-Hoover and Parrinello-Rahman coupling
 381          */
 382         for (n = start; n < nrend; n++)
 383         {
 384             imass = invmass[n];
 385             if (cTC)
 386             {
 387                 gt   = cTC[n];
 388             }
 389             lg   = tcstat[gt].lambda;
 390             cosz = cos(fac*x[n][ZZ]);
 391
 392             copy_rvec(v[n], vrel);
 393
 394             vc            = cosz*vcos;
 395             vrel[XX]     -= vc;
 396             if (bNH)
 397             {
 398                 vxi        = nh_vxi[gt];
 399             }
 400             for (d = 0; d < DIM; d++)
 401             {
 402                 vn             = v[n][d];
 403
 404                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 405                 {
 406                     vn  = (lg*vrel[d] + dt*(imass*f[n][d] - 0.5*vxi*vrel[d]
 407                                             - iprod(M[d], vrel)))/(1 + 0.5*vxi*dt);
 408                     if (d == XX)
 409                     {
 410                         vn += vc + dt*cosz*cos_accel;
 411                     }
 412                     v[n][d]        = vn;
 413                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vn*dt;
 414                 }
 415                 else
 416                 {
 417                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 418                 }
 419             }
 420         }
 421     }
 422     else
 423     {
 424         /* Classic version of update, used with berendsen coupling */
 425         for (n = start; n < nrend; n++)
 426         {
 427             w_dt = invmass[n]*dt;
 428             if (cTC)
 429             {
 430                 gt   = cTC[n];
 431             }
 432             lg   = tcstat[gt].lambda;
 433             cosz = cos(fac*x[n][ZZ]);
 434
 435             for (d = 0; d < DIM; d++)
 436             {
 437                 vn             = v[n][d];
 438
 439                 if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 440                 {
 441                     if (d == XX)
 442                     {
 443                         vc           = cosz*vcos;
 444                         /* Do not scale the cosine velocity profile */
 445                         vv           = vc + lg*(vn - vc + f[n][d]*w_dt);
 446                         /* Add the cosine accelaration profile */
 447                         vv          += dt*cosz*cos_accel;
 448                     }
 449                     else
 450                     {
 451                         vv           = lg*(vn + f[n][d]*w_dt);
 452                     }
 453                     v[n][d]        = vv;
 454                     xprime[n][d]   = x[n][d]+vv*dt;
 455                 }
 456                 else
 457                 {
 458                     v[n][d]        = 0.0;
 459                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 460                 }
 461             }
 462         }
 463     }
 464 }
 465
 466 static gmx_stochd_t *init_stochd(t_inputrec *ir)
 467 {
 468     gmx_stochd_t   *sd;
 469     gmx_sd_const_t *sdc;
 470     int             ngtc, n, th;
 471     real            y;
 472
 473     snew(sd, 1);
 474
 475     ngtc = ir->opts.ngtc;
 476
 477     if (ir->eI == eiBD)
 478     {
 479         snew(sd->bd_rf, ngtc);
 480     }
 481     else if (EI_SD(ir->eI))
 482     {
 483         snew(sd->sdc, ngtc);
 484         snew(sd->sdsig, ngtc);
 485
 486         sdc = sd->sdc;
 487         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 488         {
 489             if (ir->opts.tau_t[n] > 0)
 490             {
 491                 sdc[n].gdt = ir->delta_t/ir->opts.tau_t[n];
 492                 sdc[n].eph = exp(sdc[n].gdt/2);
 493                 sdc[n].emh = exp(-sdc[n].gdt/2);
 494                 sdc[n].em  = exp(-sdc[n].gdt);
 495             }
 496             else
 497             {
 498                 /* No friction and noise on this group */
 499                 sdc[n].gdt = 0;
 500                 sdc[n].eph = 1;
 501                 sdc[n].emh = 1;
 502                 sdc[n].em  = 1;
 503             }
 504             if (sdc[n].gdt >= 0.05)
 505             {
 506                 sdc[n].b = sdc[n].gdt*(sdc[n].eph*sdc[n].eph - 1)
 507                     - 4*(sdc[n].eph - 1)*(sdc[n].eph - 1);
 508                 sdc[n].c = sdc[n].gdt - 3 + 4*sdc[n].emh - sdc[n].em;
 509                 sdc[n].d = 2 - sdc[n].eph - sdc[n].emh;
 510             }
 511             else
 512             {
 513                 y = sdc[n].gdt/2;
 514                 /* Seventh order expansions for small y */
 515                 sdc[n].b = y*y*y*y*(1/3.0+y*(1/3.0+y*(17/90.0+y*7/9.0)));
 516                 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))));
 517                 sdc[n].d = y*y*(-1+y*y*(-1/12.0-y*y/360.0));
 518             }
 519             if (debug)
 520             {
 521                 fprintf(debug, "SD const tc-grp %d: b %g  c %g  d %g\n",
 522                         n, sdc[n].b, sdc[n].c, sdc[n].d);
 523             }
 524         }
 525     }
 526     else if (ETC_ANDERSEN(ir->etc))
 527     {
 528         int        ngtc;
 529         t_grpopts *opts;
 530         real       reft;
 531
 532         opts = &ir->opts;
 533         ngtc = opts->ngtc;
 534
 535         snew(sd->randomize_group, ngtc);
 536         snew(sd->boltzfac, ngtc);
 537
 538         /* for now, assume that all groups, if randomized, are randomized at the same rate, i.e. tau_t is the same. */
 539         /* since constraint groups don't necessarily match up with temperature groups! This is checked in readir.c */
 540
 541         for (n = 0; n < ngtc; n++)
 542         {
 543             reft = max(0.0, opts->ref_t[n]);
 544             if ((opts->tau_t[n] > 0) && (reft > 0))  /* tau_t or ref_t = 0 means that no randomization is done */
 545             {
 546                 sd->randomize_group[n] = TRUE;
 547                 sd->boltzfac[n]        = BOLTZ*opts->ref_t[n];
 548             }
 549             else
 550             {
 551                 sd->randomize_group[n] = FALSE;
 552             }
 553         }
 554     }
 555     return sd;
 556 }
 557
 558 gmx_update_t init_update(t_inputrec *ir)
 559 {
 560     t_gmx_update *upd;
 561
 562     snew(upd, 1);
 563
 564     if (ir->eI == eiBD || EI_SD(ir->eI) || ir->etc == etcVRESCALE || ETC_ANDERSEN(ir->etc))
 565     {
 566         upd->sd    = init_stochd(ir);
 567     }
 568
 569     upd->xp        = NULL;
 570     upd->xp_nalloc = 0;
 571
 572     return upd;
 573 }
 574
 575 static void do_update_sd1(gmx_stochd_t *sd,
 576                           int start, int nrend, double dt,
 577                           rvec accel[], ivec nFreeze[],
 578                           real invmass[], unsigned short ptype[],
 579                           unsigned short cFREEZE[], unsigned short cACC[],
 580                           unsigned short cTC[],
 581                           rvec x[], rvec xprime[], rvec v[], rvec f[],
 582                           int ngtc, real tau_t[], real ref_t[],
 583                           gmx_int64_t step, int seed, int* gatindex)
 584 {
 585     gmx_sd_const_t *sdc;
 586     gmx_sd_sigma_t *sig;
 587     real            kT;
 588     int             gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 589     real            ism, sd_V;
 590     int             n, d;
 591
 592     sdc = sd->sdc;
 593     sig = sd->sdsig;
 594
 595     for (n = 0; n < ngtc; n++)
 596     {
 597         kT = BOLTZ*ref_t[n];
 598         /* The mass is encounted for later, since this differs per atom */
 599         sig[n].V  = sqrt(kT*(1 - sdc[n].em*sdc[n].em));
 600     }
 601
 602     for (n = start; n < nrend; n++)
 603     {
 604         real rnd[3];
 605         int  ng  = gatindex ? gatindex[n] : n;
 606         ism = sqrt(invmass[n]);
 607         if (cFREEZE)
 608         {
 609             gf  = cFREEZE[n];
 610         }
 611         if (cACC)
 612         {
 613             ga  = cACC[n];
 614         }
 615         if (cTC)
 616         {
 617             gt  = cTC[n];
 618         }
 619
 620         gmx_rng_cycle_3gaussian_table(step, ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rnd);
 621         for (d = 0; d < DIM; d++)
 622         {
 623             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 624             {
 625                 sd_V = ism*sig[gt].V*rnd[d];
 626
 627                 v[n][d] = v[n][d]*sdc[gt].em
 628                     + (invmass[n]*f[n][d] + accel[ga][d])*tau_t[gt]*(1 - sdc[gt].em)
 629                     + sd_V;
 630
 631                 xprime[n][d] = x[n][d] + v[n][d]*dt;
 632             }
 633             else
 634             {
 635                 v[n][d]      = 0.0;
 636                 xprime[n][d] = x[n][d];
 637             }
 638         }
 639     }
 640 }
 641
 642 static void check_sd2_work_data_allocation(gmx_stochd_t *sd, int nrend)
 643 {
 644     if (nrend > sd->sd_V_nalloc)
 645     {
 646         sd->sd_V_nalloc = over_alloc_dd(nrend);
 647         srenew(sd->sd_V, sd->sd_V_nalloc);
 648     }
 649 }
 650
 651 static void do_update_sd2_Tconsts(gmx_stochd_t *sd,
 652                                   int           ngtc,
 653                                   const real    tau_t[],
 654                                   const real    ref_t[])
 655 {
 656     /* This is separated from the update below, because it is single threaded */
 657     gmx_sd_const_t *sdc;
 658     gmx_sd_sigma_t *sig;
 659     int             gt;
 660     real            kT;
 661
 662     sdc = sd->sdc;
 663     sig = sd->sdsig;
 664
 665     for (gt = 0; gt < ngtc; gt++)
 666     {
 667         kT = BOLTZ*ref_t[gt];
 668         /* The mass is encounted for later, since this differs per atom */
 669         sig[gt].V  = sqrt(kT*(1-sdc[gt].em));
 670         sig[gt].X  = sqrt(kT*sqr(tau_t[gt])*sdc[gt].c);
 671         sig[gt].Yv = sqrt(kT*sdc[gt].b/sdc[gt].c);
 672         sig[gt].Yx = sqrt(kT*sqr(tau_t[gt])*sdc[gt].b/(1-sdc[gt].em));
 673     }
 674 }
 675
 676 static void do_update_sd2(gmx_stochd_t *sd,
 677                           gmx_bool bInitStep,
 678                           int start, int nrend,
 679                           rvec accel[], ivec nFreeze[],
 680                           real invmass[], unsigned short ptype[],
 681                           unsigned short cFREEZE[], unsigned short cACC[],
 682                           unsigned short cTC[],
 683                           rvec x[], rvec xprime[], rvec v[], rvec f[],
 684                           rvec sd_X[],
 685                           const real tau_t[],
 686                           gmx_bool bFirstHalf, gmx_int64_t step, int seed,
 687                           int* gatindex)
 688 {
 689     gmx_sd_const_t *sdc;
 690     gmx_sd_sigma_t *sig;
 691     /* The random part of the velocity update, generated in the first
 692      * half of the update, needs to be remembered for the second half.
 693      */
 694     rvec  *sd_V;
 695     real   kT;
 696     int    gf = 0, ga = 0, gt = 0;
 697     real   vn = 0, Vmh, Xmh;
 698     real   ism;
 699     int    n, d, ng;
 700
 701     sdc  = sd->sdc;
 702     sig  = sd->sdsig;
 703     sd_V = sd->sd_V;
 704
 705     for (n = start; n < nrend; n++)
 706     {
 707         real rnd[6], rndi[3];
 708         ng  = gatindex ? gatindex[n] : n;
 709         ism = sqrt(invmass[n]);
 710         if (cFREEZE)
 711         {
 712             gf  = cFREEZE[n];
 713         }
 714         if (cACC)
 715         {
 716             ga  = cACC[n];
 717         }
 718         if (cTC)
 719         {
 720             gt  = cTC[n];
 721         }
 722
 723         gmx_rng_cycle_6gaussian_table(step*2+(bFirstHalf ? 1 : 2), ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rnd);
 724         if (bInitStep)
 725         {
 726             gmx_rng_cycle_3gaussian_table(step*2, ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rndi);
 727         }
 728         for (d = 0; d < DIM; d++)
 729         {
 730             if (bFirstHalf)
 731             {
 732                 vn             = v[n][d];
 733             }
 734             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 735             {
 736                 if (bFirstHalf)
 737                 {
 738                     if (bInitStep)
 739                     {
 740                         sd_X[n][d] = ism*sig[gt].X*rndi[d];
 741                     }
 742                     Vmh = sd_X[n][d]*sdc[gt].d/(tau_t[gt]*sdc[gt].c)
 743                         + ism*sig[gt].Yv*rnd[d*2];
 744                     sd_V[n][d] = ism*sig[gt].V*rnd[d*2+1];
 745
 746                     v[n][d] = vn*sdc[gt].em
 747                         + (invmass[n]*f[n][d] + accel[ga][d])*tau_t[gt]*(1 - sdc[gt].em)
 748                         + sd_V[n][d] - sdc[gt].em*Vmh;
 749
 750                     xprime[n][d] = x[n][d] + v[n][d]*tau_t[gt]*(sdc[gt].eph - sdc[gt].emh);
 751                 }
 752                 else
 753                 {
 754                     /* Correct the velocities for the constraints.
 755                      * This operation introduces some inaccuracy,
 756                      * since the velocity is determined from differences in coordinates.
 757                      */
 758                     v[n][d] =
 759                         (xprime[n][d] - x[n][d])/(tau_t[gt]*(sdc[gt].eph - sdc[gt].emh));
 760
 761                     Xmh = sd_V[n][d]*tau_t[gt]*sdc[gt].d/(sdc[gt].em-1)
 762                         + ism*sig[gt].Yx*rnd[d*2];
 763                     sd_X[n][d] = ism*sig[gt].X*rnd[d*2+1];
 764
 765                     xprime[n][d] += sd_X[n][d] - Xmh;
 766
 767                 }
 768             }
 769             else
 770             {
 771                 if (bFirstHalf)
 772                 {
 773                     v[n][d]        = 0.0;
 774                     xprime[n][d]   = x[n][d];
 775                 }
 776             }
 777         }
 778     }
 779 }
 780
 781 static void do_update_bd_Tconsts(double dt, real friction_coefficient,
 782                                  int ngtc, const real ref_t[],
 783                                  real *rf)
 784 {
 785     /* This is separated from the update below, because it is single threaded */
 786     int gt;
 787
 788     if (friction_coefficient != 0)
 789     {
 790         for (gt = 0; gt < ngtc; gt++)
 791         {
 792             rf[gt] = sqrt(2.0*BOLTZ*ref_t[gt]/(friction_coefficient*dt));
 793         }
 794     }
 795     else
 796     {
 797         for (gt = 0; gt < ngtc; gt++)
 798         {
 799             rf[gt] = sqrt(2.0*BOLTZ*ref_t[gt]);
 800         }
 801     }
 802 }
 803
 804 static void do_update_bd(int start, int nrend, double dt,
 805                          ivec nFreeze[],
 806                          real invmass[], unsigned short ptype[],
 807                          unsigned short cFREEZE[], unsigned short cTC[],
 808                          rvec x[], rvec xprime[], rvec v[],
 809                          rvec f[], real friction_coefficient,
 810                          real *rf, gmx_int64_t step, int seed,
 811                          int* gatindex)
 812 {
 813     /* note -- these appear to be full step velocities . . .  */
 814     int    gf = 0, gt = 0;
 815     real   vn;
 816     real   invfr = 0;
 817     int    n, d;
 818
 819     if (friction_coefficient != 0)
 820     {
 821         invfr = 1.0/friction_coefficient;
 822     }
 823
 824     for (n = start; (n < nrend); n++)
 825     {
 826         real rnd[3];
 827         int  ng  = gatindex ? gatindex[n] : n;
 828
 829         if (cFREEZE)
 830         {
 831             gf = cFREEZE[n];
 832         }
 833         if (cTC)
 834         {
 835             gt = cTC[n];
 836         }
 837         gmx_rng_cycle_3gaussian_table(step, ng, seed, RND_SEED_UPDATE, rnd);
 838         for (d = 0; (d < DIM); d++)
 839         {
 840             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell) && !nFreeze[gf][d])
 841             {
 842                 if (friction_coefficient != 0)
 843                 {
 844                     vn = invfr*f[n][d] + rf[gt]*rnd[d];
 845                 }
 846                 else
 847                 {
 848                     /* NOTE: invmass = 2/(mass*friction_constant*dt) */
 849                     vn = 0.5*invmass[n]*f[n][d]*dt
 850                         + sqrt(0.5*invmass[n])*rf[gt]*rnd[d];
 851                 }
 852
 853                 v[n][d]      = vn;
 854                 xprime[n][d] = x[n][d]+vn*dt;
 855             }
 856             else
 857             {
 858                 v[n][d]      = 0.0;
 859                 xprime[n][d] = x[n][d];
 860             }
 861         }
 862     }
 863 }
 864
 865 static void dump_it_all(FILE gmx_unused *fp, const char gmx_unused *title,
 866                         int gmx_unused natoms, rvec gmx_unused x[], rvec gmx_unused xp[],
 867                         rvec gmx_unused v[], rvec gmx_unused f[])
 868 {
 869 #ifdef DEBUG
 870     if (fp)
 871     {
 872         fprintf(fp, "%s\n", title);
 873         pr_rvecs(fp, 0, "x", x, natoms);
 874         pr_rvecs(fp, 0, "xp", xp, natoms);
 875         pr_rvecs(fp, 0, "v", v, natoms);
 876         pr_rvecs(fp, 0, "f", f, natoms);
 877     }
 878 #endif
 879 }
 880
 881 static void calc_ke_part_normal(rvec v[], t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
 882                                 gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel,
 883                                 gmx_bool bSaveEkinOld)
 884 {
 885     int           g;
 886     t_grp_tcstat *tcstat  = ekind->tcstat;
 887     t_grp_acc    *grpstat = ekind->grpstat;
 888     int           nthread, thread;
 889
 890     /* three main: VV with AveVel, vv with AveEkin, leap with AveEkin.  Leap with AveVel is also
 891        an option, but not supported now.  Additionally, if we are doing iterations.
 892        bEkinAveVel: If TRUE, we sum into ekin, if FALSE, into ekinh.
 893        bSavEkinOld: If TRUE (in the case of iteration = bIterate is TRUE), we don't copy over the ekinh_old.
 894        If FALSE, we overrwrite it.
 895      */
 896
 897     /* group velocities are calculated in update_ekindata and
 898      * accumulated in acumulate_groups.
 899      * Now the partial global and groups ekin.
 900      */
 901     for (g = 0; (g < opts->ngtc); g++)
 902     {
 903
 904         if (!bSaveEkinOld)
 905         {
 906             copy_mat(tcstat[g].ekinh, tcstat[g].ekinh_old);
 907         }
 908         if (bEkinAveVel)
 909         {
 910             clear_mat(tcstat[g].ekinf);
 911         }
 912         else
 913         {
 914             clear_mat(tcstat[g].ekinh);
 915         }
 916         if (bEkinAveVel)
 917         {
 918             tcstat[g].ekinscalef_nhc = 1.0; /* need to clear this -- logic is complicated! */
 919         }
 920     }
 921     ekind->dekindl_old = ekind->dekindl;
 922
 923     nthread = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
 924
 925 #pragma omp parallel for num_threads(nthread) schedule(static)
 926     for (thread = 0; thread < nthread; thread++)
 927     {
 928         int     start_t, end_t, n;
 929         int     ga, gt;
 930         rvec    v_corrt;
 931         real    hm;
 932         int     d, m;
 933         matrix *ekin_sum;
 934         real   *dekindl_sum;
 935
 936         start_t = ((thread+0)*md->homenr)/nthread;
 937         end_t   = ((thread+1)*md->homenr)/nthread;
 938
 939         ekin_sum    = ekind->ekin_work[thread];
 940         dekindl_sum = ekind->dekindl_work[thread];
 941
 942         for (gt = 0; gt < opts->ngtc; gt++)
 943         {
 944             clear_mat(ekin_sum[gt]);
 945         }
 946         *dekindl_sum = 0.0;
 947
 948         ga = 0;
 949         gt = 0;
 950         for (n = start_t; n < end_t; n++)
 951         {
 952             if (md->cACC)
 953             {
 954                 ga = md->cACC[n];
 955             }
 956             if (md->cTC)
 957             {
 958                 gt = md->cTC[n];
 959             }
 960             hm   = 0.5*md->massT[n];
 961
 962             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 963             {
 964                 v_corrt[d]  = v[n][d]  - grpstat[ga].u[d];
 965             }
 966             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 967             {
 968                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 969                 {
 970                     /* if we're computing a full step velocity, v_corrt[d] has v(t).  Otherwise, v(t+dt/2) */
 971                     ekin_sum[gt][m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
 972                 }
 973             }
 974             if (md->nMassPerturbed && md->bPerturbed[n])
 975             {
 976                 *dekindl_sum +=
 977                     0.5*(md->massB[n] - md->massA[n])*iprod(v_corrt, v_corrt);
 978             }
 979         }
 980     }
 981
 982     ekind->dekindl = 0;
 983     for (thread = 0; thread < nthread; thread++)
 984     {
 985         for (g = 0; g < opts->ngtc; g++)
 986         {
 987             if (bEkinAveVel)
 988             {
 989                 m_add(tcstat[g].ekinf, ekind->ekin_work[thread][g],
 990                       tcstat[g].ekinf);
 991             }
 992             else
 993             {
 994                 m_add(tcstat[g].ekinh, ekind->ekin_work[thread][g],
 995                       tcstat[g].ekinh);
 996             }
 997         }
 998
 999         ekind->dekindl += *ekind->dekindl_work[thread];
1000     }
1001
1002     inc_nrnb(nrnb, eNR_EKIN, md->homenr);
1003 }
1004
1005 static void calc_ke_part_visc(matrix box, rvec x[], rvec v[],
1006                               t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
1007                               gmx_ekindata_t *ekind,
1008                               t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel)
1009 {
1010     int           start = 0, homenr = md->homenr;
1011     int           g, d, n, m, gt = 0;
1012     rvec          v_corrt;
1013     real          hm;
1014     t_grp_tcstat *tcstat = ekind->tcstat;
1015     t_cos_acc    *cosacc = &(ekind->cosacc);
1016     real          dekindl;
1017     real          fac, cosz;
1018     double        mvcos;
1019
1020     for (g = 0; g < opts->ngtc; g++)
1021     {
1022         copy_mat(ekind->tcstat[g].ekinh, ekind->tcstat[g].ekinh_old);
1023         clear_mat(ekind->tcstat[g].ekinh);
1024     }
1025     ekind->dekindl_old = ekind->dekindl;
1026
1027     fac     = 2*M_PI/box[ZZ][ZZ];
1028     mvcos   = 0;
1029     dekindl = 0;
1030     for (n = start; n < start+homenr; n++)
1031     {
1032         if (md->cTC)
1033         {
1034             gt = md->cTC[n];
1035         }
1036         hm   = 0.5*md->massT[n];
1037
1038         /* Note that the times of x and v differ by half a step */
1039         /* MRS -- would have to be changed for VV */
1040         cosz         = cos(fac*x[n][ZZ]);
1041         /* Calculate the amplitude of the new velocity profile */
1042         mvcos       += 2*cosz*md->massT[n]*v[n][XX];
1043
1044         copy_rvec(v[n], v_corrt);
1045         /* Subtract the profile for the kinetic energy */
1046         v_corrt[XX] -= cosz*cosacc->vcos;
1047         for (d = 0; (d < DIM); d++)
1048         {
1049             for (m = 0; (m < DIM); m++)
1050             {
1051                 /* if we're computing a full step velocity, v_corrt[d] has v(t).  Otherwise, v(t+dt/2) */
1052                 if (bEkinAveVel)
1053                 {
1054                     tcstat[gt].ekinf[m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1055                 }
1056                 else
1057                 {
1058                     tcstat[gt].ekinh[m][d] += hm*v_corrt[m]*v_corrt[d];
1059                 }
1060             }
1061         }
1062         if (md->nPerturbed && md->bPerturbed[n])
1063         {
1064             dekindl += 0.5*(md->massB[n] - md->massA[n])*iprod(v_corrt, v_corrt);
1065         }
1066     }
1067     ekind->dekindl = dekindl;
1068     cosacc->mvcos  = mvcos;
1069
1070     inc_nrnb(nrnb, eNR_EKIN, homenr);
1071 }
1072
1073 void calc_ke_part(t_state *state, t_grpopts *opts, t_mdatoms *md,
1074                   gmx_ekindata_t *ekind, t_nrnb *nrnb, gmx_bool bEkinAveVel, gmx_bool bSaveEkinOld)
1075 {
1076     if (ekind->cosacc.cos_accel == 0)
1077     {
1078         calc_ke_part_normal(state->v, opts, md, ekind, nrnb, bEkinAveVel, bSaveEkinOld);
1079     }
1080     else
1081     {
1082         calc_ke_part_visc(state->box, state->x, state->v, opts, md, ekind, nrnb, bEkinAveVel);
1083     }
1084 }
1085
1086 extern void init_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, const t_inputrec *ir)
1087 {
1088     ekinstate->ekin_n = ir->opts.ngtc;
1089     snew(ekinstate->ekinh, ekinstate->ekin_n);
1090     snew(ekinstate->ekinf, ekinstate->ekin_n);
1091     snew(ekinstate->ekinh_old, ekinstate->ekin_n);
1092     snew(ekinstate->ekinscalef_nhc, ekinstate->ekin_n);
1093     snew(ekinstate->ekinscaleh_nhc, ekinstate->ekin_n);
1094     snew(ekinstate->vscale_nhc, ekinstate->ekin_n);
1095     ekinstate->dekindl = 0;
1096     ekinstate->mvcos   = 0;
1097 }
1098
1099 void update_ekinstate(ekinstate_t *ekinstate, gmx_ekindata_t *ekind)
1100 {
1101     int i;
1102
1103     for (i = 0; i < ekinstate->ekin_n; i++)
1104     {
1105         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh, ekinstate->ekinh[i]);
1106         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinf, ekinstate->ekinf[i]);
1107         copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh_old, ekinstate->ekinh_old[i]);
1108         ekinstate->ekinscalef_nhc[i] = ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc;
1109         ekinstate->ekinscaleh_nhc[i] = ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc;
1110         ekinstate->vscale_nhc[i]     = ekind->tcstat[i].vscale_nhc;
1111     }
1112
1113     copy_mat(ekind->ekin, ekinstate->ekin_total);
1114     ekinstate->dekindl = ekind->dekindl;
1115     ekinstate->mvcos   = ekind->cosacc.mvcos;
1116
1117 }
1118
1119 void restore_ekinstate_from_state(t_commrec *cr,
1120                                   gmx_ekindata_t *ekind, ekinstate_t *ekinstate)
1121 {
1122     int i, n;
1123
1124     if (MASTER(cr))
1125     {
1126         for (i = 0; i < ekinstate->ekin_n; i++)
1127         {
1128             copy_mat(ekinstate->ekinh[i], ekind->tcstat[i].ekinh);
1129             copy_mat(ekinstate->ekinf[i], ekind->tcstat[i].ekinf);
1130             copy_mat(ekinstate->ekinh_old[i], ekind->tcstat[i].ekinh_old);
1131             ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc = ekinstate->ekinscalef_nhc[i];
1132             ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc = ekinstate->ekinscaleh_nhc[i];
1133             ekind->tcstat[i].vscale_nhc     = ekinstate->vscale_nhc[i];
1134         }
1135
1136         copy_mat(ekinstate->ekin_total, ekind->ekin);
1137
1138         ekind->dekindl      = ekinstate->dekindl;
1139         ekind->cosacc.mvcos = ekinstate->mvcos;
1140         n                   = ekinstate->ekin_n;
1141     }
1142
1143     if (PAR(cr))
1144     {
1145         gmx_bcast(sizeof(n), &n, cr);
1146         for (i = 0; i < n; i++)
1147         {
1148             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinh[0][0]),
1149                       ekind->tcstat[i].ekinh[0], cr);
1150             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinf[0][0]),
1151                       ekind->tcstat[i].ekinf[0], cr);
1152             gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->tcstat[i].ekinh_old[0][0]),
1153                       ekind->tcstat[i].ekinh_old[0], cr);
1154
1155             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc),
1156                       &(ekind->tcstat[i].ekinscalef_nhc), cr);
1157             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc),
1158                       &(ekind->tcstat[i].ekinscaleh_nhc), cr);
1159             gmx_bcast(sizeof(ekind->tcstat[i].vscale_nhc),
1160                       &(ekind->tcstat[i].vscale_nhc), cr);
1161         }
1162         gmx_bcast(DIM*DIM*sizeof(ekind->ekin[0][0]),
1163                   ekind->ekin[0], cr);
1164
1165         gmx_bcast(sizeof(ekind->dekindl), &ekind->dekindl, cr);
1166         gmx_bcast(sizeof(ekind->cosacc.mvcos), &ekind->cosacc.mvcos, cr);
1167     }
1168 }
1169
1170 void set_deform_reference_box(gmx_update_t upd, gmx_int64_t step, matrix box)
1171 {
1172     upd->deformref_step = step;
1173     copy_mat(box, upd->deformref_box);
1174 }
1175
1176 static void deform(gmx_update_t upd,
1177                    int start, int homenr, rvec x[], matrix box, matrix *scale_tot,
1178                    const t_inputrec *ir, gmx_int64_t step)
1179 {
1180     matrix bnew, invbox, mu;
1181     real   elapsed_time;
1182     int    i, j;
1183
1184     elapsed_time = (step + 1 - upd->deformref_step)*ir->delta_t;
1185     copy_mat(box, bnew);
1186     for (i = 0; i < DIM; i++)
1187     {
1188         for (j = 0; j < DIM; j++)
1189         {
1190             if (ir->deform[i][j] != 0)
1191             {
1192                 bnew[i][j] =
1193                     upd->deformref_box[i][j] + elapsed_time*ir->deform[i][j];
1194             }
1195         }
1196     }
1197     /* We correct the off-diagonal elements,
1198      * which can grow indefinitely during shearing,
1199      * so the shifts do not get messed up.
1200      */
1201     for (i = 1; i < DIM; i++)
1202     {
1203         for (j = i-1; j >= 0; j--)
1204         {
1205             while (bnew[i][j] - box[i][j] > 0.5*bnew[j][j])
1206             {
1207                 rvec_dec(bnew[i], bnew[j]);
1208             }
1209             while (bnew[i][j] - box[i][j] < -0.5*bnew[j][j])
1210             {
1211                 rvec_inc(bnew[i], bnew[j]);
1212             }
1213         }
1214     }
1215     m_inv_ur0(box, invbox);
1216     copy_mat(bnew, box);
1217     mmul_ur0(box, invbox, mu);
1218
1219     for (i = start; i < start+homenr; i++)
1220     {
1221         x[i][XX] = mu[XX][XX]*x[i][XX]+mu[YY][XX]*x[i][YY]+mu[ZZ][XX]*x[i][ZZ];
1222         x[i][YY] = mu[YY][YY]*x[i][YY]+mu[ZZ][YY]*x[i][ZZ];
1223         x[i][ZZ] = mu[ZZ][ZZ]*x[i][ZZ];
1224     }
1225     if (*scale_tot)
1226     {
1227         /* The transposes of the scaling matrices are stored,
1228          * so we need to do matrix multiplication in the inverse order.
1229          */
1230         mmul_ur0(*scale_tot, mu, *scale_tot);
1231     }
1232 }
1233
1234 static void combine_forces(int nstcalclr,
1235                            gmx_constr_t constr,
1236                            t_inputrec *ir, t_mdatoms *md, t_idef *idef,
1237                            t_commrec *cr,
1238                            gmx_int64_t step,
1239                            t_state *state, gmx_bool bMolPBC,
1240                            int start, int nrend,
1241                            rvec f[], rvec f_lr[],
1242                            t_nrnb *nrnb)
1243 {
1244     int  i, d, nm1;
1245
1246     /* f contains the short-range forces + the long range forces
1247      * which are stored separately in f_lr.
1248      */
1249
1250     if (constr != NULL && !(ir->eConstrAlg == econtSHAKE && ir->epc == epcNO))
1251     {
1252         /* We need to constrain the LR forces separately,
1253          * because due to the different pre-factor for the SR and LR
1254          * forces in the update algorithm, we can not determine
1255          * the constraint force for the coordinate constraining.
1256          * Constrain only the additional LR part of the force.
1257          */
1258         /* MRS -- need to make sure this works with trotter integration -- the constraint calls may not be right.*/
1259         constrain(NULL, FALSE, FALSE, constr, idef, ir, NULL, cr, step, 0, md,
1260                   state->x, f_lr, f_lr, bMolPBC, state->box, state->lambda[efptBONDED], NULL,
1261                   NULL, NULL, nrnb, econqForce, ir->epc == epcMTTK, state->veta, state->veta);
1262     }
1263
1264     /* Add nstcalclr-1 times the LR force to the sum of both forces
1265      * and store the result in forces_lr.
1266      */
1267     nm1 = nstcalclr - 1;
1268     for (i = start; i < nrend; i++)
1269     {
1270         for (d = 0; d < DIM; d++)
1271         {
1272             f_lr[i][d] = f[i][d] + nm1*f_lr[i][d];
1273         }
1274     }
1275 }
1276
1277 void update_tcouple(gmx_int64_t       step,
1278                     t_inputrec       *inputrec,
1279                     t_state          *state,
1280                     gmx_ekindata_t   *ekind,
1281                     t_extmass        *MassQ,
1282                     t_mdatoms        *md)
1283
1284 {
1285     gmx_bool   bTCouple = FALSE;
1286     real       dttc;
1287     int        i, start, end, homenr, offset;
1288
1289     /* if using vv with trotter decomposition methods, we do this elsewhere in the code */
1290     if (inputrec->etc != etcNO &&
1291         !(IR_NVT_TROTTER(inputrec) || IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec)))
1292     {
1293         /* We should only couple after a step where energies were determined (for leapfrog versions)
1294            or the step energies are determined, for velocity verlet versions */
1295
1296         if (EI_VV(inputrec->eI))
1297         {
1298             offset = 0;
1299         }
1300         else
1301         {
1302             offset = 1;
1303         }
1304         bTCouple = (inputrec->nsttcouple == 1 ||
1305                     do_per_step(step+inputrec->nsttcouple-offset,
1306                                 inputrec->nsttcouple));
1307     }
1308
1309     if (bTCouple)
1310     {
1311         dttc = inputrec->nsttcouple*inputrec->delta_t;
1312
1313         switch (inputrec->etc)
1314         {
1315             case etcNO:
1316                 break;
1317             case etcBERENDSEN:
1318                 berendsen_tcoupl(inputrec, ekind, dttc);
1319                 break;
1320             case etcNOSEHOOVER:
1321                 nosehoover_tcoupl(&(inputrec->opts), ekind, dttc,
1322                                   state->nosehoover_xi, state->nosehoover_vxi, MassQ);
1323                 break;
1324             case etcVRESCALE:
1325                 vrescale_tcoupl(inputrec, step, ekind, dttc,
1326                                 state->therm_integral);
1327                 break;
1328         }
1329         /* rescale in place here */
1330         if (EI_VV(inputrec->eI))
1331         {
1332             rescale_velocities(ekind, md, 0, md->homenr, state->v);
1333         }
1334     }
1335     else
1336     {
1337         /* Set the T scaling lambda to 1 to have no scaling */
1338         for (i = 0; (i < inputrec->opts.ngtc); i++)
1339         {
1340             ekind->tcstat[i].lambda = 1.0;
1341         }
1342     }
1343 }
1344
1345 void update_pcouple(FILE             *fplog,
1346                     gmx_int64_t       step,
1347                     t_inputrec       *inputrec,
1348                     t_state          *state,
1349                     matrix            pcoupl_mu,
1350                     matrix            M,
1351                     gmx_bool          bInitStep)
1352 {
1353     gmx_bool   bPCouple = FALSE;
1354     real       dtpc     = 0;
1355     int        i;
1356
1357     /* if using Trotter pressure, we do this in coupling.c, so we leave it false. */
1358     if (inputrec->epc != epcNO && (!(IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec))))
1359     {
1360         /* We should only couple after a step where energies were determined */
1361         bPCouple = (inputrec->nstpcouple == 1 ||
1362                     do_per_step(step+inputrec->nstpcouple-1,
1363                                 inputrec->nstpcouple));
1364     }
1365
1366     clear_mat(pcoupl_mu);
1367     for (i = 0; i < DIM; i++)
1368     {
1369         pcoupl_mu[i][i] = 1.0;
1370     }
1371
1372     clear_mat(M);
1373
1374     if (bPCouple)
1375     {
1376         dtpc = inputrec->nstpcouple*inputrec->delta_t;
1377
1378         switch (inputrec->epc)
1379         {
1380             /* We can always pcoupl, even if we did not sum the energies
1381              * the previous step, since state->pres_prev is only updated
1382              * when the energies have been summed.
1383              */
1384             case (epcNO):
1385                 break;
1386             case (epcBERENDSEN):
1387                 if (!bInitStep)
1388                 {
1389                     berendsen_pcoupl(fplog, step, inputrec, dtpc, state->pres_prev, state->box,
1390                                      pcoupl_mu);
1391                 }
1392                 break;
1393             case (epcPARRINELLORAHMAN):
1394                 parrinellorahman_pcoupl(fplog, step, inputrec, dtpc, state->pres_prev,
1395                                         state->box, state->box_rel, state->boxv,
1396                                         M, pcoupl_mu, bInitStep);
1397                 break;
1398             default:
1399                 break;
1400         }
1401     }
1402 }
1403
1404 static rvec *get_xprime(const t_state *state, gmx_update_t upd)
1405 {
1406     if (state->nalloc > upd->xp_nalloc)
1407     {
1408         upd->xp_nalloc = state->nalloc;
1409         srenew(upd->xp, upd->xp_nalloc);
1410     }
1411
1412     return upd->xp;
1413 }
1414
1415 void update_constraints(FILE             *fplog,
1416                         gmx_int64_t       step,
1417                         real             *dvdlambda, /* the contribution to be added to the bonded interactions */
1418                         t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff      */
1419                         gmx_ekindata_t   *ekind,
1420                         t_mdatoms        *md,
1421                         t_state          *state,
1422                         gmx_bool          bMolPBC,
1423                         t_graph          *graph,
1424                         rvec              force[],   /* forces on home particles */
1425                         t_idef           *idef,
1426                         tensor            vir_part,
1427                         t_commrec        *cr,
1428                         t_nrnb           *nrnb,
1429                         gmx_wallcycle_t   wcycle,
1430                         gmx_update_t      upd,
1431                         gmx_constr_t      constr,
1432                         gmx_bool          bFirstHalf,
1433                         gmx_bool          bCalcVir,
1434                         real              vetanew)
1435 {
1436     gmx_bool             bExtended, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE, bDoConstr = FALSE;
1437     double               dt;
1438     real                 dt_1;
1439     int                  start, homenr, nrend, i, n, m, g, d;
1440     tensor               vir_con;
1441     rvec                *vbuf, *xprime = NULL;
1442     int                  nth, th;
1443
1444     if (constr)
1445     {
1446         bDoConstr = TRUE;
1447     }
1448     if (bFirstHalf && !EI_VV(inputrec->eI))
1449     {
1450         bDoConstr = FALSE;
1451     }
1452
1453     /* for now, SD update is here -- though it really seems like it
1454        should be reformulated as a velocity verlet method, since it has two parts */
1455
1456     start  = 0;
1457     homenr = md->homenr;
1458     nrend  = start+homenr;
1459
1460     dt   = inputrec->delta_t;
1461     dt_1 = 1.0/dt;
1462
1463     /*
1464      *  Steps (7C, 8C)
1465      *  APPLY CONSTRAINTS:
1466      *  BLOCK SHAKE
1467
1468      * When doing PR pressure coupling we have to constrain the
1469      * bonds in each iteration. If we are only using Nose-Hoover tcoupling
1470      * it is enough to do this once though, since the relative velocities
1471      * after this will be normal to the bond vector
1472      */
1473
1474     if (bDoConstr)
1475     {
1476         /* clear out constraints before applying */
1477         clear_mat(vir_part);
1478
1479         xprime = get_xprime(state, upd);
1480
1481         bLastStep = (step == inputrec->init_step+inputrec->nsteps);
1482         bLog      = (do_per_step(step, inputrec->nstlog) || bLastStep || (step < 0));
1483         bEner     = (do_per_step(step, inputrec->nstenergy) || bLastStep);
1484         /* Constrain the coordinates xprime */
1485         wallcycle_start(wcycle, ewcCONSTR);
1486         if (EI_VV(inputrec->eI) && bFirstHalf)
1487         {
1488             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1489                       inputrec, ekind, cr, step, 1, md,
1490                       state->x, state->v, state->v,
1491                       bMolPBC, state->box,
1492                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1493                       NULL, bCalcVir ? &vir_con : NULL, nrnb, econqVeloc,
1494                       inputrec->epc == epcMTTK, state->veta, vetanew);
1495         }
1496         else
1497         {
1498             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1499                       inputrec, ekind, cr, step, 1, md,
1500                       state->x, xprime, NULL,
1501                       bMolPBC, state->box,
1502                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1503                       state->v, bCalcVir ? &vir_con : NULL, nrnb, econqCoord,
1504                       inputrec->epc == epcMTTK, state->veta, state->veta);
1505         }
1506         wallcycle_stop(wcycle, ewcCONSTR);
1507
1508         where();
1509
1510         dump_it_all(fplog, "After Shake",
1511                     state->natoms, state->x, xprime, state->v, force);
1512
1513         if (bCalcVir)
1514         {
1515             if (inputrec->eI == eiSD2)
1516             {
1517                 /* A correction factor eph is needed for the SD constraint force */
1518                 /* Here we can, unfortunately, not have proper corrections
1519                  * for different friction constants, so we use the first one.
1520                  */
1521                 for (i = 0; i < DIM; i++)
1522                 {
1523                     for (m = 0; m < DIM; m++)
1524                     {
1525                         vir_part[i][m] += upd->sd->sdc[0].eph*vir_con[i][m];
1526                     }
1527                 }
1528             }
1529             else
1530             {
1531                 m_add(vir_part, vir_con, vir_part);
1532             }
1533             if (debug)
1534             {
1535                 pr_rvecs(debug, 0, "constraint virial", vir_part, DIM);
1536             }
1537         }
1538     }
1539
1540     where();
1541     if ((inputrec->eI == eiSD2) && !(bFirstHalf))
1542     {
1543         xprime = get_xprime(state, upd);
1544
1545         nth = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
1546
1547 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1548         for (th = 0; th < nth; th++)
1549         {
1550             int start_th, end_th;
1551
1552             start_th = start + ((nrend-start)* th   )/nth;
1553             end_th   = start + ((nrend-start)*(th+1))/nth;
1554
1555             /* The second part of the SD integration */
1556             do_update_sd2(upd->sd,
1557                           FALSE, start_th, end_th,
1558                           inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1559                           md->invmass, md->ptype,
1560                           md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1561                           state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1562                           inputrec->opts.tau_t,
1563                           FALSE, step, inputrec->ld_seed,
1564                           DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1565         }
1566         inc_nrnb(nrnb, eNR_UPDATE, homenr);
1567
1568         if (bDoConstr)
1569         {
1570             /* Constrain the coordinates xprime */
1571             wallcycle_start(wcycle, ewcCONSTR);
1572             constrain(NULL, bLog, bEner, constr, idef,
1573                       inputrec, NULL, cr, step, 1, md,
1574                       state->x, xprime, NULL,
1575                       bMolPBC, state->box,
1576                       state->lambda[efptBONDED], dvdlambda,
1577                       NULL, NULL, nrnb, econqCoord, FALSE, 0, 0);
1578             wallcycle_stop(wcycle, ewcCONSTR);
1579         }
1580     }
1581
1582     /* We must always unshift after updating coordinates; if we did not shake
1583        x was shifted in do_force */
1584
1585     if (!(bFirstHalf)) /* in the first half of vv, no shift. */
1586     {
1587         if (graph && (graph->nnodes > 0))
1588         {
1589             unshift_x(graph, state->box, state->x, upd->xp);
1590             if (TRICLINIC(state->box))
1591             {
1592                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SHIFTX, 2*graph->nnodes);
1593             }
1594             else
1595             {
1596                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SHIFTX, graph->nnodes);
1597             }
1598         }
1599         else
1600         {
1601 #pragma omp parallel for num_threads(gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate)) schedule(static)
1602             for (i = start; i < nrend; i++)
1603             {
1604                 copy_rvec(upd->xp[i], state->x[i]);
1605             }
1606         }
1607
1608         dump_it_all(fplog, "After unshift",
1609                     state->natoms, state->x, upd->xp, state->v, force);
1610     }
1611 /* ############# END the update of velocities and positions ######### */
1612 }
1613
1614 void update_box(FILE             *fplog,
1615                 gmx_int64_t       step,
1616                 t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff      */
1617                 t_mdatoms        *md,
1618                 t_state          *state,
1619                 rvec              force[],   /* forces on home particles */
1620                 matrix           *scale_tot,
1621                 matrix            pcoupl_mu,
1622                 t_nrnb           *nrnb,
1623                 gmx_update_t      upd)
1624 {
1625     gmx_bool             bExtended, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE;
1626     double               dt;
1627     real                 dt_1;
1628     int                  start, homenr, nrend, i, n, m, g;
1629     tensor               vir_con;
1630
1631     start  = 0;
1632     homenr = md->homenr;
1633     nrend  = start+homenr;
1634
1635     bExtended =
1636         (inputrec->etc == etcNOSEHOOVER) ||
1637         (inputrec->epc == epcPARRINELLORAHMAN) ||
1638         (inputrec->epc == epcMTTK);
1639
1640     dt = inputrec->delta_t;
1641
1642     where();
1643
1644     /* now update boxes */
1645     switch (inputrec->epc)
1646     {
1647         case (epcNO):
1648             break;
1649         case (epcBERENDSEN):
1650             berendsen_pscale(inputrec, pcoupl_mu, state->box, state->box_rel,
1651                              start, homenr, state->x, md->cFREEZE, nrnb);
1652             break;
1653         case (epcPARRINELLORAHMAN):
1654             /* The box velocities were updated in do_pr_pcoupl in the update
1655              * iteration, but we dont change the box vectors until we get here
1656              * since we need to be able to shift/unshift above.
1657              */
1658             for (i = 0; i < DIM; i++)
1659             {
1660                 for (m = 0; m <= i; m++)
1661                 {
1662                     state->box[i][m] += dt*state->boxv[i][m];
1663                 }
1664             }
1665             preserve_box_shape(inputrec, state->box_rel, state->box);
1666
1667             /* Scale the coordinates */
1668             for (n = start; (n < start+homenr); n++)
1669             {
1670                 tmvmul_ur0(pcoupl_mu, state->x[n], state->x[n]);
1671             }
1672             break;
1673         case (epcMTTK):
1674             switch (inputrec->epct)
1675             {
1676                 case (epctISOTROPIC):
1677                     /* DIM * eta = ln V.  so DIM*eta_new = DIM*eta_old + DIM*dt*veta =>
1678                        ln V_new = ln V_old + 3*dt*veta => V_new = V_old*exp(3*dt*veta) =>
1679                        Side length scales as exp(veta*dt) */
1680
1681                     msmul(state->box, exp(state->veta*dt), state->box);
1682
1683                     /* Relate veta to boxv.  veta = d(eta)/dT = (1/DIM)*1/V dV/dT.
1684                        o               If we assume isotropic scaling, and box length scaling
1685                        factor L, then V = L^DIM (det(M)).  So dV/dt = DIM
1686                        L^(DIM-1) dL/dt det(M), and veta = (1/L) dL/dt.  The
1687                        determinant of B is L^DIM det(M), and the determinant
1688                        of dB/dt is (dL/dT)^DIM det (M).  veta will be
1689                        (det(dB/dT)/det(B))^(1/3).  Then since M =
1690                        B_new*(vol_new)^(1/3), dB/dT_new = (veta_new)*B(new). */
1691
1692                     msmul(state->box, state->veta, state->boxv);
1693                     break;
1694                 default:
1695                     break;
1696             }
1697             break;
1698         default:
1699             break;
1700     }
1701
1702     if ((!(IR_NPT_TROTTER(inputrec) || IR_NPH_TROTTER(inputrec))) && scale_tot)
1703     {
1704         /* The transposes of the scaling matrices are stored,
1705          * therefore we need to reverse the order in the multiplication.
1706          */
1707         mmul_ur0(*scale_tot, pcoupl_mu, *scale_tot);
1708     }
1709
1710     if (DEFORM(*inputrec))
1711     {
1712         deform(upd, start, homenr, state->x, state->box, scale_tot, inputrec, step);
1713     }
1714     where();
1715     dump_it_all(fplog, "After update",
1716                 state->natoms, state->x, upd->xp, state->v, force);
1717 }
1718
1719 void update_coords(FILE             *fplog,
1720                    gmx_int64_t       step,
1721                    t_inputrec       *inputrec,  /* input record and box stuff   */
1722                    t_mdatoms        *md,
1723                    t_state          *state,
1724                    gmx_bool          bMolPBC,
1725                    rvec             *f,    /* forces on home particles */
1726                    gmx_bool          bDoLR,
1727                    rvec             *f_lr,
1728                    t_fcdata         *fcd,
1729                    gmx_ekindata_t   *ekind,
1730                    matrix            M,
1731                    gmx_update_t      upd,
1732                    gmx_bool          bInitStep,
1733                    int               UpdatePart,
1734                    t_commrec        *cr, /* these shouldn't be here -- need to think about it */
1735                    t_nrnb           *nrnb,
1736                    gmx_constr_t      constr,
1737                    t_idef           *idef)
1738 {
1739     gmx_bool          bNH, bPR, bLastStep, bLog = FALSE, bEner = FALSE;
1740     double            dt, alpha;
1741     real             *imass, *imassin;
1742     rvec             *force;
1743     real              dt_1;
1744     int               start, homenr, nrend, i, j, d, n, m, g;
1745     int               blen0, blen1, iatom, jatom, nshake, nsettle, nconstr, nexpand;
1746     int              *icom = NULL;
1747     tensor            vir_con;
1748     rvec             *vcom, *xcom, *vall, *xall, *xin, *vin, *forcein, *fall, *xpall, *xprimein, *xprime;
1749     int               nth, th;
1750
1751     /* Running the velocity half does nothing except for velocity verlet */
1752     if ((UpdatePart == etrtVELOCITY1 || UpdatePart == etrtVELOCITY2) &&
1753         !EI_VV(inputrec->eI))
1754     {
1755         gmx_incons("update_coords called for velocity without VV integrator");
1756     }
1757
1758     start  = 0;
1759     homenr = md->homenr;
1760     nrend  = start+homenr;
1761
1762     xprime = get_xprime(state, upd);
1763
1764     dt   = inputrec->delta_t;
1765     dt_1 = 1.0/dt;
1766
1767     /* We need to update the NMR restraint history when time averaging is used */
1768     if (state->flags & (1<<estDISRE_RM3TAV))
1769     {
1770         update_disres_history(fcd, &state->hist);
1771     }
1772     if (state->flags & (1<<estORIRE_DTAV))
1773     {
1774         update_orires_history(fcd, &state->hist);
1775     }
1776
1777
1778     bNH = inputrec->etc == etcNOSEHOOVER;
1779     bPR = ((inputrec->epc == epcPARRINELLORAHMAN) || (inputrec->epc == epcMTTK));
1780
1781     if (bDoLR && inputrec->nstcalclr > 1 && !EI_VV(inputrec->eI))  /* get this working with VV? */
1782     {
1783         /* Store the total force + nstcalclr-1 times the LR force
1784          * in forces_lr, so it can be used in a normal update algorithm
1785          * to produce twin time stepping.
1786          */
1787         /* is this correct in the new construction? MRS */
1788         combine_forces(inputrec->nstcalclr, constr, inputrec, md, idef, cr,
1789                        step, state, bMolPBC,
1790                        start, nrend, f, f_lr, nrnb);
1791         force = f_lr;
1792     }
1793     else
1794     {
1795         force = f;
1796     }
1797
1798     /* ############# START The update of velocities and positions ######### */
1799     where();
1800     dump_it_all(fplog, "Before update",
1801                 state->natoms, state->x, xprime, state->v, force);
1802
1803     if (inputrec->eI == eiSD2)
1804     {
1805         check_sd2_work_data_allocation(upd->sd, nrend);
1806
1807         do_update_sd2_Tconsts(upd->sd,
1808                               inputrec->opts.ngtc,
1809                               inputrec->opts.tau_t,
1810                               inputrec->opts.ref_t);
1811     }
1812     if (inputrec->eI == eiBD)
1813     {
1814         do_update_bd_Tconsts(dt, inputrec->bd_fric,
1815                              inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.ref_t,
1816                              upd->sd->bd_rf);
1817     }
1818
1819     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntUpdate);
1820
1821 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static) private(alpha)
1822     for (th = 0; th < nth; th++)
1823     {
1824         int start_th, end_th;
1825
1826         start_th = start + ((nrend-start)* th   )/nth;
1827         end_th   = start + ((nrend-start)*(th+1))/nth;
1828
1829         switch (inputrec->eI)
1830         {
1831             case (eiMD):
1832                 if (ekind->cosacc.cos_accel == 0)
1833                 {
1834                     do_update_md(start_th, end_th, dt,
1835                                  ekind->tcstat, state->nosehoover_vxi,
1836                                  ekind->bNEMD, ekind->grpstat, inputrec->opts.acc,
1837                                  inputrec->opts.nFreeze,
1838                                  md->invmass, md->ptype,
1839                                  md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1840                                  state->x, xprime, state->v, force, M,
1841                                  bNH, bPR);
1842                 }
1843                 else
1844                 {
1845                     do_update_visc(start_th, end_th, dt,
1846                                    ekind->tcstat, state->nosehoover_vxi,
1847                                    md->invmass, md->ptype,
1848                                    md->cTC, state->x, xprime, state->v, force, M,
1849                                    state->box,
1850                                    ekind->cosacc.cos_accel,
1851                                    ekind->cosacc.vcos,
1852                                    bNH, bPR);
1853                 }
1854                 break;
1855             case (eiSD1):
1856                 do_update_sd1(upd->sd,
1857                               start_th, end_th, dt,
1858                               inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1859                               md->invmass, md->ptype,
1860                               md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1861                               state->x, xprime, state->v, force,
1862                               inputrec->opts.ngtc, inputrec->opts.tau_t, inputrec->opts.ref_t,
1863                               step, inputrec->ld_seed, DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1864                 break;
1865             case (eiSD2):
1866                 /* The SD update is done in 2 parts, because an extra constraint step
1867                  * is needed
1868                  */
1869                 do_update_sd2(upd->sd,
1870                               bInitStep, start_th, end_th,
1871                               inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1872                               md->invmass, md->ptype,
1873                               md->cFREEZE, md->cACC, md->cTC,
1874                               state->x, xprime, state->v, force, state->sd_X,
1875                               inputrec->opts.tau_t,
1876                               TRUE, step, inputrec->ld_seed,
1877                               DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1878                 break;
1879             case (eiBD):
1880                 do_update_bd(start_th, end_th, dt,
1881                              inputrec->opts.nFreeze, md->invmass, md->ptype,
1882                              md->cFREEZE, md->cTC,
1883                              state->x, xprime, state->v, force,
1884                              inputrec->bd_fric,
1885                              upd->sd->bd_rf,
1886                              step, inputrec->ld_seed, DOMAINDECOMP(cr) ? cr->dd->gatindex : NULL);
1887                 break;
1888             case (eiVV):
1889             case (eiVVAK):
1890                 alpha = 1.0 + DIM/((double)inputrec->opts.nrdf[0]); /* assuming barostat coupled to group 0. */
1891                 switch (UpdatePart)
1892                 {
1893                     case etrtVELOCITY1:
1894                     case etrtVELOCITY2:
1895                         do_update_vv_vel(start_th, end_th, dt,
1896                                          inputrec->opts.acc, inputrec->opts.nFreeze,
1897                                          md->invmass, md->ptype,
1898                                          md->cFREEZE, md->cACC,
1899                                          state->v, force,
1900                                          (bNH || bPR), state->veta, alpha);
1901                         break;
1902                     case etrtPOSITION:
1903                         do_update_vv_pos(start_th, end_th, dt,
1904                                          inputrec->opts.nFreeze,
1905                                          md->ptype, md->cFREEZE,
1906                                          state->x, xprime, state->v,
1907                                          (bNH || bPR), state->veta);
1908                         break;
1909                 }
1910                 break;
1911             default:
1912                 gmx_fatal(FARGS, "Don't know how to update coordinates");
1913                 break;
1914         }
1915     }
1916
1917 }
1918
1919
1920 void correct_ekin(FILE *log, int start, int end, rvec v[], rvec vcm, real mass[],
1921                   real tmass, tensor ekin)
1922 {
1923     /*
1924      * This is a debugging routine. It should not be called for production code
1925      *
1926      * The kinetic energy should calculated according to:
1927      *   Ekin = 1/2 m (v-vcm)^2
1928      * However the correction is not always applied, since vcm may not be
1929      * known in time and we compute
1930      *   Ekin' = 1/2 m v^2 instead
1931      * This can be corrected afterwards by computing
1932      *   Ekin = Ekin' + 1/2 m ( -2 v vcm + vcm^2)
1933      * or in hsorthand:
1934      *   Ekin = Ekin' - m v vcm + 1/2 m vcm^2
1935      */
1936     int    i, j, k;
1937     real   m, tm;
1938     rvec   hvcm, mv;
1939     tensor dekin;
1940
1941     /* Local particles */
1942     clear_rvec(mv);
1943
1944     /* Processor dependent part. */
1945     tm = 0;
1946     for (i = start; (i < end); i++)
1947     {
1948         m      = mass[i];
1949         tm    += m;
1950         for (j = 0; (j < DIM); j++)
1951         {
1952             mv[j] += m*v[i][j];
1953         }
1954     }
1955     /* Shortcut */
1956     svmul(1/tmass, vcm, vcm);
1957     svmul(0.5, vcm, hvcm);
1958     clear_mat(dekin);
1959     for (j = 0; (j < DIM); j++)
1960     {
1961         for (k = 0; (k < DIM); k++)
1962         {
1963             dekin[j][k] += vcm[k]*(tm*hvcm[j]-mv[j]);
1964         }
1965     }
1966     pr_rvecs(log, 0, "dekin", dekin, DIM);
1967     pr_rvecs(log, 0, " ekin", ekin, DIM);
1968     fprintf(log, "dekin = %g, ekin = %g  vcm = (%8.4f %8.4f %8.4f)\n",
1969             trace(dekin), trace(ekin), vcm[XX], vcm[YY], vcm[ZZ]);
1970     fprintf(log, "mv = (%8.4f %8.4f %8.4f)\n",
1971             mv[XX], mv[YY], mv[ZZ]);
1972 }
1973
1974 extern gmx_bool update_randomize_velocities(t_inputrec *ir, gmx_int64_t step, const t_commrec *cr,
1975                                             t_mdatoms *md, t_state *state, gmx_update_t upd, gmx_constr_t constr)
1976 {
1977
1978     int  i;
1979     real rate = (ir->delta_t)/ir->opts.tau_t[0];
1980
1981     if (ir->etc == etcANDERSEN && constr != NULL)
1982     {
1983         gmx_fatal(FARGS, "Normal Andersen is currently not supported with constraints, use massive Andersen instead");
1984     }
1985
1986     /* proceed with andersen if 1) it's fixed probability per
1987        particle andersen or 2) it's massive andersen and it's tau_t/dt */
1988     if ((ir->etc == etcANDERSEN) || do_per_step(step, (int)(1.0/rate)))
1989     {
1990         andersen_tcoupl(ir, step, cr, md, state, rate,
1991                         upd->sd->randomize_group, upd->sd->boltzfac);
1992         return TRUE;
1993     }
1994     return FALSE;
1995 }