src/gromacs/mdlib/update_constrain_gpu.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2019,2020,2021, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \libinternal \file
  36  *
  37  * \brief Declaration of high-level functions of GPU implementation of update and constrain class.
  38  *
  39  * \author Artem Zhmurov <zhmurov@gmail.com>
  40  *
  41  * \ingroup module_mdlib
  42  * \inlibraryapi
  43  */
  44 #ifndef GMX_MDLIB_UPDATE_CONSTRAIN_GPU_H
  45 #define GMX_MDLIB_UPDATE_CONSTRAIN_GPU_H
  46
  47 #include <memory>
  48
  49 #include "gromacs/gpu_utils/devicebuffer_datatype.h"
  50 #include "gromacs/mdtypes/group.h"
  51 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
  52 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  53
  54 class DeviceContext;
  55 class DeviceStream;
  56 class GpuEventSynchronizer;
  57 struct gmx_mtop_t;
  58 enum class PbcType : int;
  59 class InteractionDefinitions;
  60 struct t_inputrec;
  61 struct t_mdatoms;
  62 struct t_pbc;
  63
  64 namespace gmx
  65 {
  66
  67 class UpdateConstrainGpu
  68 {
  69
  70 public:
  71     /*! \brief Create Update-Constrain object.
  72      *
  73      * The constructor is given a non-nullptr \p deviceStream, in which all the update and constrain
  74      * routines are executed.
  75      *
  76      * \param[in] ir                  Input record data: LINCS takes number of iterations and order of
  77      *                                projection from it.
  78      * \param[in] mtop                Topology of the system: SETTLE gets the masses for O and H atoms
  79      *                                and target O-H and H-H distances from this object.
  80      * \param[in] numTempScaleValues  Number of temperature scaling groups. Zero for no temperature scaling.
  81      * \param[in] deviceContext       GPU device context.
  82      * \param[in] deviceStream        GPU stream to use.
  83      * \param[in] wcycle              The wallclock counter
  84      */
  85     UpdateConstrainGpu(const t_inputrec&    ir,
  86                        const gmx_mtop_t&    mtop,
  87                        int                  numTempScaleValues,
  88                        const DeviceContext& deviceContext,
  89                        const DeviceStream&  deviceStream,
  90                        gmx_wallcycle*       wcycle);
  91
  92     ~UpdateConstrainGpu();
  93
  94     /*! \brief Integrate
  95      *
  96      * This will extract temperature scaling factors from tcstat, transform them into the plain
  97      * array and call the normal integrate method.
  98      *
  99      * \param[in]  fReadyOnDevice           Event synchronizer indicating that the forces are
 100      *                                      ready in the device memory.
 101      * \param[in]  dt                       Timestep.
 102      * \param[in]  updateVelocities         If the velocities should be constrained.
 103      * \param[in]  computeVirial            If virial should be updated.
 104      * \param[out] virial                   Place to save virial tensor.
 105      * \param[in]  doTemperatureScaling     If velocities should be scaled for temperature coupling.
 106      * \param[in]  tcstat                   Temperature coupling data.
 107      * \param[in]  doParrinelloRahman       If current step is a Parrinello-Rahman pressure coupling step.
 108      * \param[in]  dtPressureCouple         Period between pressure coupling steps.
 109      * \param[in]  prVelocityScalingMatrix  Parrinello-Rahman velocity scaling matrix.
 110      */
 111     void integrate(GpuEventSynchronizer*             fReadyOnDevice,
 112                    real                              dt,
 113                    bool                              updateVelocities,
 114                    bool                              computeVirial,
 115                    tensor                            virial,
 116                    bool                              doTemperatureScaling,
 117                    gmx::ArrayRef<const t_grp_tcstat> tcstat,
 118                    bool                              doParrinelloRahman,
 119                    float                             dtPressureCouple,
 120                    const matrix                      prVelocityScalingMatrix);
 121
 122     /*! \brief Scale coordinates on the GPU for the pressure coupling.
 123      *
 124      * After pressure coupling step, the box size may change. Hence, the coordinates should be
 125      * scaled so that all the particles fit in the new box.
 126      *
 127      * \param[in] scalingMatrix Coordinates scaling matrix.
 128      */
 129     void scaleCoordinates(const matrix scalingMatrix);
 130
 131     /*! \brief Scale velocities on the GPU for the pressure coupling.
 132      *
 133      * After pressure coupling step, the box size may change. In the C-Rescale algorithm, velocities should be scaled.
 134      *
 135      * \param[in] scalingMatrix Velocities scaling matrix.
 136      */
 137     void scaleVelocities(const matrix scalingMatrix);
 138
 139     /*! \brief Set the pointers and update data-structures (e.g. after NB search step).
 140      *
 141      * \param[in,out]  d_x                 Device buffer with coordinates.
 142      * \param[in,out]  d_v                 Device buffer with velocities.
 143      * \param[in]      d_f                 Device buffer with forces.
 144      * \param[in]      idef                System topology
 145      * \param[in]      md                  Atoms data.
 146      */
 147     void set(DeviceBuffer<RVec>            d_x,
 148              DeviceBuffer<RVec>            d_v,
 149              DeviceBuffer<RVec>            d_f,
 150              const InteractionDefinitions& idef,
 151              const t_mdatoms&              md);
 152
 153     /*! \brief
 154      * Update PBC data.
 155      *
 156      * Converts PBC data from t_pbc into the PbcAiuc format and stores the latter.
 157      *
 158      * \param[in] pbcType The type of the periodic boundary (Xyz, NO, XY or Screw).
 159      * \param[in] box     The periodic boundary box matrix.
 160      */
 161     void setPbc(PbcType pbcType, const matrix box);
 162
 163     /*! \brief Return the synchronizer associated with the event that indicates
 164      * that the coordinates are ready on the device.
 165      */
 166     GpuEventSynchronizer* xUpdatedOnDeviceEvent();
 167
 168     /*! \brief
 169      * Returns whether the maximum number of coupled constraints is supported
 170      * by the GPU LINCS code.
 171      *
 172      * \param[in] mtop The molecular topology
 173      */
 174     static bool isNumCoupledConstraintsSupported(const gmx_mtop_t& mtop);
 175
 176     /*! \brief
 177      * Returns whether the constraints are supported by the GPU code.
 178      *
 179      * Currently true for CUDA, false for others.
 180      */
 181     static bool areConstraintsSupported();
 182
 183 private:
 184     class Impl;
 185     std::unique_ptr<Impl> impl_;
 186 };
 187
 188 } // namespace gmx
 189
 190 #endif // GMX_MDLIB_UPDATE_CONSTRAIN_GPU_H