src/gromacs/mdlib/vsite.h

   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) 2013,2014,2015,2016,2017 The GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2018,2019,2020, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #ifndef GMX_MDLIB_VSITE_H
  39 #define GMX_MDLIB_VSITE_H
  40
  41 #include <memory>
  42
  43 #include "gromacs/math/vectypes.h"
  44 #include "gromacs/pbcutil/ishift.h"
  45 #include "gromacs/topology/idef.h"
  46 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  47 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  48 #include "gromacs/utility/real.h"
  49
  50 struct gmx_localtop_t;
  51 struct gmx_mtop_t;
  52 struct t_commrec;
  53 struct InteractionList;
  54 struct t_mdatoms;
  55 struct t_nrnb;
  56 struct gmx_wallcycle;
  57 struct VsiteThread;
  58 enum class PbcType : int;
  59
  60 namespace gmx
  61 {
  62 class RangePartitioning;
  63 }
  64
  65 /* The start and end values of for the vsite indices in the ftype enum.
  66  * The validity of these values is checked in init_vsite.
  67  * This is used to avoid loops over all ftypes just to get the vsite entries.
  68  * (We should replace the fixed ilist array by only the used entries.)
  69  */
  70 static constexpr int c_ftypeVsiteStart = F_VSITE2;
  71 static constexpr int c_ftypeVsiteEnd   = F_VSITEN + 1;
  72
  73 /* Type for storing PBC atom information for all vsite types in the system */
  74 typedef std::array<std::vector<int>, c_ftypeVsiteEnd - c_ftypeVsiteStart> VsitePbc;
  75
  76 /* Data for handling vsites, needed with OpenMP threading or with charge-groups and PBC */
  77 struct gmx_vsite_t
  78 {
  79     gmx_vsite_t();
  80
  81     ~gmx_vsite_t();
  82
  83     /* The number of vsites that cross update groups, when =0 no PBC treatment is needed */
  84     int numInterUpdategroupVsites;
  85     int nthreads;                                    /* Number of threads used for vsites       */
  86     std::vector<std::unique_ptr<VsiteThread>> tData; /* Thread local vsites and work structs    */
  87     std::vector<int> taskIndex;                      /* Work array                              */
  88     bool useDomdec; /* Tells whether we use domain decomposition with more than 1 DD rank */
  89 };
  90
  91 /*! \brief Create positions of vsite atoms based for the local system
  92  *
  93  * \param[in]     vsite    The vsite struct, when nullptr is passed, no MPI and no multi-threading
  94  *                         is used
  95  * \param[in,out] x        The coordinates
  96  * \param[in]     dt       The time step
  97  * \param[in,out] v        When != nullptr, velocities for vsites are set as displacement/dt
  98  * \param[in]     ip       Interaction parameters
  99  * \param[in]     ilist    The interaction list
 100  * \param[in]     pbcType  The type of periodic boundary conditions
 101  * \param[in]     bMolPBC  When true, molecules are broken over PBC
 102  * \param[in]     cr       The communication record
 103  * \param[in]     box      The box
 104  */
 105 void construct_vsites(const gmx_vsite_t*                   vsite,
 106                       rvec                                 x[],
 107                       real                                 dt,
 108                       rvec                                 v[],
 109                       gmx::ArrayRef<const t_iparams>       ip,
 110                       gmx::ArrayRef<const InteractionList> ilist,
 111                       PbcType                              pbcType,
 112                       gmx_bool                             bMolPBC,
 113                       const t_commrec*                     cr,
 114                       const matrix                         box);
 115
 116 /*! \brief Create positions of vsite atoms for the whole system assuming all molecules are wholex
 117  *
 118  * \param[in]     mtop  The global topology
 119  * \param[in,out] x     The global coordinates
 120  */
 121 void constructVsitesGlobal(const gmx_mtop_t& mtop, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> x);
 122
 123 void spread_vsite_f(const gmx_vsite_t*            vsite,
 124                     const rvec                    x[],
 125                     rvec                          f[],
 126                     rvec*                         fshift,
 127                     gmx_bool                      VirCorr,
 128                     matrix                        vir,
 129                     t_nrnb*                       nrnb,
 130                     const InteractionDefinitions& idef,
 131                     PbcType                       pbcType,
 132                     gmx_bool                      bMolPBC,
 133                     const matrix                  box,
 134                     const t_commrec*              cr,
 135                     gmx_wallcycle*                wcycle);
 136 /* Spread the force operating on the vsite atoms on the surrounding atoms.
 137  * If fshift!=NULL also update the shift forces.
 138  * If VirCorr=TRUE add the virial correction for non-linear vsite constructs
 139  * to vir. This correction is required when the virial is not calculated
 140  * afterwards from the particle position and forces, but in a different way,
 141  * as for instance for the PME mesh contribution.
 142  */
 143
 144 /* Return the number of non-linear virtual site constructions in the system */
 145 int countNonlinearVsites(const gmx_mtop_t& mtop);
 146
 147 /* Return the number of virtual sites that cross update groups
 148  *
 149  * \param[in] mtop                           The global topology
 150  * \param[in] updateGroupingPerMoleculetype  Update grouping per molecule type, pass empty when not using update groups
 151  */
 152 int countInterUpdategroupVsites(const gmx_mtop_t&                           mtop,
 153                                 gmx::ArrayRef<const gmx::RangePartitioning> updateGroupingPerMoleculetype);
 154
 155 /* Initialize the virtual site struct,
 156  *
 157  * \param[in] mtop  The global topology
 158  * \param[in] cr    The communication record
 159  * \returns A valid vsite struct or nullptr when there are no virtual sites
 160  */
 161 std::unique_ptr<gmx_vsite_t> initVsite(const gmx_mtop_t& mtop, const t_commrec* cr);
 162
 163 void split_vsites_over_threads(gmx::ArrayRef<const InteractionList> ilist,
 164                                gmx::ArrayRef<const t_iparams>       ip,
 165                                const t_mdatoms*                     mdatoms,
 166                                gmx_vsite_t*                         vsite);
 167 /* Divide the vsite work-load over the threads.
 168  * Should be called at the end of the domain decomposition.
 169  */
 170
 171 void set_vsite_top(gmx_vsite_t* vsite, const gmx_localtop_t* top, const t_mdatoms* md);
 172 /* Set some vsite data for runs without domain decomposition.
 173  * Should be called once after init_vsite, before calling other routines.
 174  */
 175
 176 #endif