Use a heap object for inputrec in gmx::Mdrunner::mdrunner().
[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / mdrun / runner.cpp
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) 2011-2019,2020, 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 /*! \internal \file
38  *
39  * \brief Implements the MD runner routine calling all integrators.
40  *
41  * \author David van der Spoel <david.vanderspoel@icm.uu.se>
42  * \ingroup module_mdrun
43  */
44 #include "gmxpre.h"
45
46 #include "runner.h"
47
48 #include "config.h"
49
50 #include <cassert>
51 #include <cinttypes>
52 #include <csignal>
53 #include <cstdlib>
54 #include <cstring>
55
56 #include <algorithm>
57 #include <memory>
58
59 #include "gromacs/commandline/filenm.h"
60 #include "gromacs/domdec/builder.h"
61 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
62 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
63 #include "gromacs/domdec/gpuhaloexchange.h"
64 #include "gromacs/domdec/localatomsetmanager.h"
65 #include "gromacs/domdec/partition.h"
66 #include "gromacs/ewald/ewald_utils.h"
67 #include "gromacs/ewald/pme_gpu_program.h"
68 #include "gromacs/ewald/pme_only.h"
69 #include "gromacs/ewald/pme_pp_comm_gpu.h"
70 #include "gromacs/fileio/checkpoint.h"
71 #include "gromacs/fileio/gmxfio.h"
72 #include "gromacs/fileio/oenv.h"
73 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
74 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
75 #include "gromacs/gmxlib/nrnb.h"
76 #include "gromacs/gpu_utils/device_context.h"
77 #include "gromacs/gpu_utils/device_stream_manager.h"
78 #include "gromacs/hardware/cpuinfo.h"
79 #include "gromacs/hardware/detecthardware.h"
80 #include "gromacs/hardware/device_management.h"
81 #include "gromacs/hardware/printhardware.h"
82 #include "gromacs/imd/imd.h"
83 #include "gromacs/listed_forces/disre.h"
84 #include "gromacs/listed_forces/gpubonded.h"
85 #include "gromacs/listed_forces/listed_forces.h"
86 #include "gromacs/listed_forces/orires.h"
87 #include "gromacs/math/functions.h"
88 #include "gromacs/math/utilities.h"
89 #include "gromacs/math/vec.h"
90 #include "gromacs/mdlib/boxdeformation.h"
91 #include "gromacs/mdlib/broadcaststructs.h"
92 #include "gromacs/mdlib/calc_verletbuf.h"
93 #include "gromacs/mdlib/dispersioncorrection.h"
94 #include "gromacs/mdlib/enerdata_utils.h"
95 #include "gromacs/mdlib/force.h"
96 #include "gromacs/mdlib/forcerec.h"
97 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
98 #include "gromacs/mdlib/makeconstraints.h"
99 #include "gromacs/mdlib/md_support.h"
100 #include "gromacs/mdlib/mdatoms.h"
101 #include "gromacs/mdlib/sighandler.h"
102 #include "gromacs/mdlib/stophandler.h"
103 #include "gromacs/mdlib/tgroup.h"
104 #include "gromacs/mdlib/updategroups.h"
105 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
106 #include "gromacs/mdrun/mdmodules.h"
107 #include "gromacs/mdrun/simulationcontext.h"
108 #include "gromacs/mdrunutility/handlerestart.h"
109 #include "gromacs/mdrunutility/logging.h"
110 #include "gromacs/mdrunutility/multisim.h"
111 #include "gromacs/mdrunutility/printtime.h"
112 #include "gromacs/mdrunutility/threadaffinity.h"
113 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
114 #include "gromacs/mdtypes/enerdata.h"
115 #include "gromacs/mdtypes/fcdata.h"
116 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
117 #include "gromacs/mdtypes/group.h"
118 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
119 #include "gromacs/mdtypes/interaction_const.h"
120 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
121 #include "gromacs/mdtypes/mdatom.h"
122 #include "gromacs/mdtypes/mdrunoptions.h"
123 #include "gromacs/mdtypes/observableshistory.h"
124 #include "gromacs/mdtypes/simulation_workload.h"
125 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
126 #include "gromacs/mdtypes/state_propagator_data_gpu.h"
127 #include "gromacs/modularsimulator/modularsimulator.h"
128 #include "gromacs/nbnxm/gpu_data_mgmt.h"
129 #include "gromacs/nbnxm/nbnxm.h"
130 #include "gromacs/nbnxm/pairlist_tuning.h"
131 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
132 #include "gromacs/pulling/output.h"
133 #include "gromacs/pulling/pull.h"
134 #include "gromacs/pulling/pull_rotation.h"
135 #include "gromacs/restraint/manager.h"
136 #include "gromacs/restraint/restraintmdmodule.h"
137 #include "gromacs/restraint/restraintpotential.h"
138 #include "gromacs/swap/swapcoords.h"
139 #include "gromacs/taskassignment/decidegpuusage.h"
140 #include "gromacs/taskassignment/decidesimulationworkload.h"
141 #include "gromacs/taskassignment/resourcedivision.h"
142 #include "gromacs/taskassignment/taskassignment.h"
143 #include "gromacs/taskassignment/usergpuids.h"
144 #include "gromacs/timing/gpu_timing.h"
145 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
146 #include "gromacs/timing/wallcyclereporting.h"
147 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
148 #include "gromacs/trajectory/trajectoryframe.h"
149 #include "gromacs/utility/basenetwork.h"
150 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
151 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
152 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
153 #include "gromacs/utility/filestream.h"
154 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
155 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
156 #include "gromacs/utility/keyvaluetree.h"
157 #include "gromacs/utility/logger.h"
158 #include "gromacs/utility/loggerbuilder.h"
159 #include "gromacs/utility/mdmodulenotification.h"
160 #include "gromacs/utility/physicalnodecommunicator.h"
161 #include "gromacs/utility/pleasecite.h"
162 #include "gromacs/utility/programcontext.h"
163 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
164 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
165
166 #include "isimulator.h"
167 #include "membedholder.h"
168 #include "replicaexchange.h"
169 #include "simulatorbuilder.h"
170
171 #if GMX_FAHCORE
172 #    include "corewrap.h"
173 #endif
174
175 namespace gmx
176 {
177
178
179 /*! \brief Manage any development feature flag variables encountered
180  *
181  * The use of dev features indicated by environment variables is
182  * logged in order to ensure that runs with such features enabled can
183  * be identified from their log and standard output. Any cross
184  * dependencies are also checked, and if unsatisfied, a fatal error
185  * issued.
186  *
187  * Note that some development features overrides are applied already here:
188  * the GPU communication flags are set to false in non-tMPI and non-CUDA builds.
189  *
190  * \param[in]  mdlog                Logger object.
191  * \param[in]  useGpuForNonbonded   True if the nonbonded task is offloaded in this run.
192  * \param[in]  pmeRunMode           The PME run mode for this run
193  * \returns                         The object populated with development feature flags.
194  */
195 static DevelopmentFeatureFlags manageDevelopmentFeatures(const gmx::MDLogger& mdlog,
196                                                          const bool           useGpuForNonbonded,
197                                                          const PmeRunMode     pmeRunMode)
198 {
199     DevelopmentFeatureFlags devFlags;
200
201     // Some builds of GCC 5 give false positive warnings that these
202     // getenv results are ignored when clearly they are used.
203 #pragma GCC diagnostic push
204 #pragma GCC diagnostic ignored "-Wunused-result"
205
206     devFlags.enableGpuBufferOps =
207             GMX_GPU_CUDA && useGpuForNonbonded && (getenv("GMX_USE_GPU_BUFFER_OPS") != nullptr);
208     devFlags.enableGpuHaloExchange = GMX_GPU_CUDA && GMX_THREAD_MPI && getenv("GMX_GPU_DD_COMMS") != nullptr;
209     devFlags.enableGpuPmePPComm =
210             GMX_GPU_CUDA && GMX_THREAD_MPI && getenv("GMX_GPU_PME_PP_COMMS") != nullptr;
211
212 #pragma GCC diagnostic pop
213
214     if (devFlags.enableGpuBufferOps)
215     {
216         GMX_LOG(mdlog.warning)
217                 .asParagraph()
218                 .appendTextFormatted(
219                         "This run uses the 'GPU buffer ops' feature, enabled by the "
220                         "GMX_USE_GPU_BUFFER_OPS environment variable.");
221     }
222
223     if (devFlags.forceGpuUpdateDefault)
224     {
225         GMX_LOG(mdlog.warning)
226                 .asParagraph()
227                 .appendTextFormatted(
228                         "This run will default to '-update gpu' as requested by the "
229                         "GMX_FORCE_UPDATE_DEFAULT_GPU environment variable. GPU update with domain "
230                         "decomposition lacks substantial testing and should be used with caution.");
231     }
232
233     if (devFlags.enableGpuHaloExchange)
234     {
235         if (useGpuForNonbonded)
236         {
237             if (!devFlags.enableGpuBufferOps)
238             {
239                 GMX_LOG(mdlog.warning)
240                         .asParagraph()
241                         .appendTextFormatted(
242                                 "Enabling GPU buffer operations required by GMX_GPU_DD_COMMS "
243                                 "(equivalent with GMX_USE_GPU_BUFFER_OPS=1).");
244                 devFlags.enableGpuBufferOps = true;
245             }
246             GMX_LOG(mdlog.warning)
247                     .asParagraph()
248                     .appendTextFormatted(
249                             "This run has requested the 'GPU halo exchange' feature, enabled by "
250                             "the "
251                             "GMX_GPU_DD_COMMS environment variable.");
252         }
253         else
254         {
255             GMX_LOG(mdlog.warning)
256                     .asParagraph()
257                     .appendTextFormatted(
258                             "GMX_GPU_DD_COMMS environment variable detected, but the 'GPU "
259                             "halo exchange' feature will not be enabled as nonbonded interactions "
260                             "are not offloaded.");
261             devFlags.enableGpuHaloExchange = false;
262         }
263     }
264
265     if (devFlags.enableGpuPmePPComm)
266     {
267         if (pmeRunMode == PmeRunMode::GPU)
268         {
269             GMX_LOG(mdlog.warning)
270                     .asParagraph()
271                     .appendTextFormatted(
272                             "This run uses the 'GPU PME-PP communications' feature, enabled "
273                             "by the GMX_GPU_PME_PP_COMMS environment variable.");
274         }
275         else
276         {
277             std::string clarification;
278             if (pmeRunMode == PmeRunMode::Mixed)
279             {
280                 clarification =
281                         "PME FFT and gather are not offloaded to the GPU (PME is running in mixed "
282                         "mode).";
283             }
284             else
285             {
286                 clarification = "PME is not offloaded to the GPU.";
287             }
288             GMX_LOG(mdlog.warning)
289                     .asParagraph()
290                     .appendText(
291                             "GMX_GPU_PME_PP_COMMS environment variable detected, but the "
292                             "'GPU PME-PP communications' feature was not enabled as "
293                             + clarification);
294             devFlags.enableGpuPmePPComm = false;
295         }
296     }
297
298     return devFlags;
299 }
300
301 /*! \brief Barrier for safe simultaneous thread access to mdrunner data
302  *
303  * Used to ensure that the master thread does not modify mdrunner during copy
304  * on the spawned threads. */
305 static void threadMpiMdrunnerAccessBarrier()
306 {
307 #if GMX_THREAD_MPI
308     MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);
309 #endif
310 }
311
312 Mdrunner Mdrunner::cloneOnSpawnedThread() const
313 {
314     auto newRunner = Mdrunner(std::make_unique<MDModules>());
315
316     // All runners in the same process share a restraint manager resource because it is
317     // part of the interface to the client code, which is associated only with the
318     // original thread. Handles to the same resources can be obtained by copy.
319     {
320         newRunner.restraintManager_ = std::make_unique<RestraintManager>(*restraintManager_);
321     }
322
323     // Copy members of master runner.
324     // \todo Replace with builder when Simulation context and/or runner phases are better defined.
325     // Ref https://gitlab.com/gromacs/gromacs/-/issues/2587 and https://gitlab.com/gromacs/gromacs/-/issues/2375
326     newRunner.hw_opt    = hw_opt;
327     newRunner.filenames = filenames;
328
329     newRunner.oenv            = oenv;
330     newRunner.mdrunOptions    = mdrunOptions;
331     newRunner.domdecOptions   = domdecOptions;
332     newRunner.nbpu_opt        = nbpu_opt;
333     newRunner.pme_opt         = pme_opt;
334     newRunner.pme_fft_opt     = pme_fft_opt;
335     newRunner.bonded_opt      = bonded_opt;
336     newRunner.update_opt      = update_opt;
337     newRunner.nstlist_cmdline = nstlist_cmdline;
338     newRunner.replExParams    = replExParams;
339     newRunner.pforce          = pforce;
340     // Give the spawned thread the newly created valid communicator
341     // for the simulation.
342     newRunner.communicator        = MPI_COMM_WORLD;
343     newRunner.ms                  = ms;
344     newRunner.startingBehavior    = startingBehavior;
345     newRunner.stopHandlerBuilder_ = std::make_unique<StopHandlerBuilder>(*stopHandlerBuilder_);
346
347     threadMpiMdrunnerAccessBarrier();
348
349     return newRunner;
350 }
351
352 /*! \brief The callback used for running on spawned threads.
353  *
354  * Obtains the pointer to the master mdrunner object from the one
355  * argument permitted to the thread-launch API call, copies it to make
356  * a new runner for this thread, reinitializes necessary data, and
357  * proceeds to the simulation. */
358 static void mdrunner_start_fn(const void* arg)
359 {
360     try
361     {
362         auto masterMdrunner = reinterpret_cast<const gmx::Mdrunner*>(arg);
363         /* copy the arg list to make sure that it's thread-local. This
364            doesn't copy pointed-to items, of course; fnm, cr and fplog
365            are reset in the call below, all others should be const. */
366         gmx::Mdrunner mdrunner = masterMdrunner->cloneOnSpawnedThread();
367         mdrunner.mdrunner();
368     }
369     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
370 }
371
372
373 void Mdrunner::spawnThreads(int numThreadsToLaunch)
374 {
375 #if GMX_THREAD_MPI
376     /* now spawn new threads that start mdrunner_start_fn(), while
377        the main thread returns. Thread affinity is handled later. */
378     if (tMPI_Init_fn(TRUE, numThreadsToLaunch, TMPI_AFFINITY_NONE, mdrunner_start_fn,
379                      static_cast<const void*>(this))
380         != TMPI_SUCCESS)
381     {
382         GMX_THROW(gmx::InternalError("Failed to spawn thread-MPI threads"));
383     }
384
385     // Give the master thread the newly created valid communicator for
386     // the simulation.
387     communicator = MPI_COMM_WORLD;
388     threadMpiMdrunnerAccessBarrier();
389 #else
390     GMX_UNUSED_VALUE(numThreadsToLaunch);
391     GMX_UNUSED_VALUE(mdrunner_start_fn);
392 #endif
393 }
394
395 } // namespace gmx
396
397 /*! \brief Initialize variables for Verlet scheme simulation */
398 static void prepare_verlet_scheme(FILE*               fplog,
399                                   t_commrec*          cr,
400                                   t_inputrec*         ir,
401                                   int                 nstlist_cmdline,
402                                   const gmx_mtop_t*   mtop,
403                                   const matrix        box,
404                                   bool                makeGpuPairList,
405                                   const gmx::CpuInfo& cpuinfo)
406 {
407     // We checked the cut-offs in grompp, but double-check here.
408     // We have PME+LJcutoff kernels for rcoulomb>rvdw.
409     if (EEL_PME_EWALD(ir->coulombtype) && ir->vdwtype == eelCUT)
410     {
411         GMX_RELEASE_ASSERT(ir->rcoulomb >= ir->rvdw,
412                            "With Verlet lists and PME we should have rcoulomb>=rvdw");
413     }
414     else
415     {
416         GMX_RELEASE_ASSERT(ir->rcoulomb == ir->rvdw,
417                            "With Verlet lists and no PME rcoulomb and rvdw should be identical");
418     }
419     /* For NVE simulations, we will retain the initial list buffer */
420     if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && ir->verletbuf_tol > 0 && !(EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO))
421     {
422         /* Update the Verlet buffer size for the current run setup */
423
424         /* Here we assume SIMD-enabled kernels are being used. But as currently
425          * calc_verlet_buffer_size gives the same results for 4x8 and 4x4
426          * and 4x2 gives a larger buffer than 4x4, this is ok.
427          */
428         ListSetupType listType =
429                 (makeGpuPairList ? ListSetupType::Gpu : ListSetupType::CpuSimdWhenSupported);
430         VerletbufListSetup listSetup = verletbufGetSafeListSetup(listType);
431
432         const real rlist_new =
433                 calcVerletBufferSize(*mtop, det(box), *ir, ir->nstlist, ir->nstlist - 1, -1, listSetup);
434
435         if (rlist_new != ir->rlist)
436         {
437             if (fplog != nullptr)
438             {
439                 fprintf(fplog,
440                         "\nChanging rlist from %g to %g for non-bonded %dx%d atom kernels\n\n",
441                         ir->rlist, rlist_new, listSetup.cluster_size_i, listSetup.cluster_size_j);
442             }
443             ir->rlist = rlist_new;
444         }
445     }
446
447     if (nstlist_cmdline > 0 && (!EI_DYNAMICS(ir->eI) || ir->verletbuf_tol <= 0))
448     {
449         gmx_fatal(FARGS, "Can not set nstlist without %s",
450                   !EI_DYNAMICS(ir->eI) ? "dynamics" : "verlet-buffer-tolerance");
451     }
452
453     if (EI_DYNAMICS(ir->eI))
454     {
455         /* Set or try nstlist values */
456         increaseNstlist(fplog, cr, ir, nstlist_cmdline, mtop, box, makeGpuPairList, cpuinfo);
457     }
458 }
459
460 /*! \brief Override the nslist value in inputrec
461  *
462  * with value passed on the command line (if any)
463  */
464 static void override_nsteps_cmdline(const gmx::MDLogger& mdlog, int64_t nsteps_cmdline, t_inputrec* ir)
465 {
466     assert(ir);
467
468     /* override with anything else than the default -2 */
469     if (nsteps_cmdline > -2)
470     {
471         char sbuf_steps[STEPSTRSIZE];
472         char sbuf_msg[STRLEN];
473
474         ir->nsteps = nsteps_cmdline;
475         if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && nsteps_cmdline != -1)
476         {
477             sprintf(sbuf_msg,
478                     "Overriding nsteps with value passed on the command line: %s steps, %.3g ps",
479                     gmx_step_str(nsteps_cmdline, sbuf_steps), fabs(nsteps_cmdline * ir->delta_t));
480         }
481         else
482         {
483             sprintf(sbuf_msg, "Overriding nsteps with value passed on the command line: %s steps",
484                     gmx_step_str(nsteps_cmdline, sbuf_steps));
485         }
486
487         GMX_LOG(mdlog.warning).asParagraph().appendText(sbuf_msg);
488     }
489     else if (nsteps_cmdline < -2)
490     {
491         gmx_fatal(FARGS, "Invalid nsteps value passed on the command line: %" PRId64, nsteps_cmdline);
492     }
493     /* Do nothing if nsteps_cmdline == -2 */
494 }
495
496 namespace gmx
497 {
498
499 /*! \brief Return whether GPU acceleration of nonbondeds is supported with the given settings.
500  *
501  * If not, and if a warning may be issued, logs a warning about
502  * falling back to CPU code. With thread-MPI, only the first
503  * call to this function should have \c issueWarning true. */
504 static bool gpuAccelerationOfNonbondedIsUseful(const MDLogger& mdlog, const t_inputrec& ir, bool issueWarning)
505 {
506     bool        gpuIsUseful = true;
507     std::string warning;
508
509     if (ir.opts.ngener - ir.nwall > 1)
510     {
511         /* The GPU code does not support more than one energy group.
512          * If the user requested GPUs explicitly, a fatal error is given later.
513          */
514         gpuIsUseful = false;
515         warning =
516                 "Multiple energy groups is not implemented for GPUs, falling back to the CPU. "
517                 "For better performance, run on the GPU without energy groups and then do "
518                 "gmx mdrun -rerun option on the trajectory with an energy group .tpr file.";
519     }
520
521     if (EI_TPI(ir.eI))
522     {
523         gpuIsUseful = false;
524         warning     = "TPI is not implemented for GPUs.";
525     }
526
527     if (!gpuIsUseful && issueWarning)
528     {
529         GMX_LOG(mdlog.warning).asParagraph().appendText(warning);
530     }
531
532     return gpuIsUseful;
533 }
534
535 //! Initializes the logger for mdrun.
536 static gmx::LoggerOwner buildLogger(FILE* fplog, const bool isSimulationMasterRank)
537 {
538     gmx::LoggerBuilder builder;
539     if (fplog != nullptr)
540     {
541         builder.addTargetFile(gmx::MDLogger::LogLevel::Info, fplog);
542     }
543     if (isSimulationMasterRank)
544     {
545         builder.addTargetStream(gmx::MDLogger::LogLevel::Warning, &gmx::TextOutputFile::standardError());
546     }
547     return builder.build();
548 }
549
550 //! Make a TaskTarget from an mdrun argument string.
551 static TaskTarget findTaskTarget(const char* optionString)
552 {
553     TaskTarget returnValue = TaskTarget::Auto;
554
555     if (strncmp(optionString, "auto", 3) == 0)
556     {
557         returnValue = TaskTarget::Auto;
558     }
559     else if (strncmp(optionString, "cpu", 3) == 0)
560     {
561         returnValue = TaskTarget::Cpu;
562     }
563     else if (strncmp(optionString, "gpu", 3) == 0)
564     {
565         returnValue = TaskTarget::Gpu;
566     }
567     else
568     {
569         GMX_ASSERT(false, "Option string should have been checked for sanity already");
570     }
571
572     return returnValue;
573 }
574
575 //! Finish run, aggregate data to print performance info.
576 static void finish_run(FILE*                     fplog,
577                        const gmx::MDLogger&      mdlog,
578                        const t_commrec*          cr,
579                        const t_inputrec*         inputrec,
580                        t_nrnb                    nrnb[],
581                        gmx_wallcycle_t           wcycle,
582                        gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting,
583                        nonbonded_verlet_t*       nbv,
584                        const gmx_pme_t*          pme,
585                        gmx_bool                  bWriteStat)
586 {
587     double delta_t = 0;
588     double nbfs = 0, mflop = 0;
589     double elapsed_time, elapsed_time_over_all_ranks, elapsed_time_over_all_threads,
590             elapsed_time_over_all_threads_over_all_ranks;
591     /* Control whether it is valid to print a report. Only the
592        simulation master may print, but it should not do so if the run
593        terminated e.g. before a scheduled reset step. This is
594        complicated by the fact that PME ranks are unaware of the
595        reason why they were sent a pmerecvqxFINISH. To avoid
596        communication deadlocks, we always do the communication for the
597        report, even if we've decided not to write the report, because
598        how long it takes to finish the run is not important when we've
599        decided not to report on the simulation performance.
600
601        Further, we only report performance for dynamical integrators,
602        because those are the only ones for which we plan to
603        consider doing any optimizations. */
604     bool printReport = EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && SIMMASTER(cr);
605
606     if (printReport && !walltime_accounting_get_valid_finish(walltime_accounting))
607     {
608         GMX_LOG(mdlog.warning)
609                 .asParagraph()
610                 .appendText("Simulation ended prematurely, no performance report will be written.");
611         printReport = false;
612     }
613
614     t_nrnb*                 nrnb_tot;
615     std::unique_ptr<t_nrnb> nrnbTotalStorage;
616     if (cr->nnodes > 1)
617     {
618         nrnbTotalStorage = std::make_unique<t_nrnb>();
619         nrnb_tot         = nrnbTotalStorage.get();
620 #if GMX_MPI
621         MPI_Allreduce(nrnb->n, nrnb_tot->n, eNRNB, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, cr->mpi_comm_mysim);
622 #endif
623     }
624     else
625     {
626         nrnb_tot = nrnb;
627     }
628
629     elapsed_time = walltime_accounting_get_time_since_reset(walltime_accounting);
630     elapsed_time_over_all_threads =
631             walltime_accounting_get_time_since_reset_over_all_threads(walltime_accounting);
632     if (cr->nnodes > 1)
633     {
634 #if GMX_MPI
635         /* reduce elapsed_time over all MPI ranks in the current simulation */
636         MPI_Allreduce(&elapsed_time, &elapsed_time_over_all_ranks, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM,
637                       cr->mpi_comm_mysim);
638         elapsed_time_over_all_ranks /= cr->nnodes;
639         /* Reduce elapsed_time_over_all_threads over all MPI ranks in the
640          * current simulation. */
641         MPI_Allreduce(&elapsed_time_over_all_threads, &elapsed_time_over_all_threads_over_all_ranks,
642                       1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, cr->mpi_comm_mysim);
643 #endif
644     }
645     else
646     {
647         elapsed_time_over_all_ranks                  = elapsed_time;
648         elapsed_time_over_all_threads_over_all_ranks = elapsed_time_over_all_threads;
649     }
650
651     if (printReport)
652     {
653         print_flop(fplog, nrnb_tot, &nbfs, &mflop);
654     }
655
656     if (thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP) && DOMAINDECOMP(cr))
657     {
658         print_dd_statistics(cr, inputrec, fplog);
659     }
660
661     /* TODO Move the responsibility for any scaling by thread counts
662      * to the code that handled the thread region, so that there's a
663      * mechanism to keep cycle counting working during the transition
664      * to task parallelism. */
665     int nthreads_pp  = gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded);
666     int nthreads_pme = gmx_omp_nthreads_get(emntPME);
667     wallcycle_scale_by_num_threads(wcycle, thisRankHasDuty(cr, DUTY_PME) && !thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP),
668                                    nthreads_pp, nthreads_pme);
669     auto cycle_sum(wallcycle_sum(cr, wcycle));
670
671     if (printReport)
672     {
673         auto nbnxn_gpu_timings =
674                 (nbv != nullptr && nbv->useGpu()) ? Nbnxm::gpu_get_timings(nbv->gpu_nbv) : nullptr;
675         gmx_wallclock_gpu_pme_t pme_gpu_timings = {};
676
677         if (pme_gpu_task_enabled(pme))
678         {
679             pme_gpu_get_timings(pme, &pme_gpu_timings);
680         }
681         wallcycle_print(fplog, mdlog, cr->nnodes, cr->npmenodes, nthreads_pp, nthreads_pme,
682                         elapsed_time_over_all_ranks, wcycle, cycle_sum, nbnxn_gpu_timings,
683                         &pme_gpu_timings);
684
685         if (EI_DYNAMICS(inputrec->eI))
686         {
687             delta_t = inputrec->delta_t;
688         }
689
690         if (fplog)
691         {
692             print_perf(fplog, elapsed_time_over_all_threads_over_all_ranks, elapsed_time_over_all_ranks,
693                        walltime_accounting_get_nsteps_done_since_reset(walltime_accounting),
694                        delta_t, nbfs, mflop);
695         }
696         if (bWriteStat)
697         {
698             print_perf(stderr, elapsed_time_over_all_threads_over_all_ranks, elapsed_time_over_all_ranks,
699                        walltime_accounting_get_nsteps_done_since_reset(walltime_accounting),
700                        delta_t, nbfs, mflop);
701         }
702     }
703 }
704
705 int Mdrunner::mdrunner()
706 {
707     matrix                    box;
708     t_forcerec*               fr               = nullptr;
709     real                      ewaldcoeff_q     = 0;
710     real                      ewaldcoeff_lj    = 0;
711     int                       nChargePerturbed = -1, nTypePerturbed = 0;
712     gmx_wallcycle_t           wcycle;
713     gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting = nullptr;
714     MembedHolder              membedHolder(filenames.size(), filenames.data());
715     gmx_hw_info_t*            hwinfo = nullptr;
716
717     /* CAUTION: threads may be started later on in this function, so
718        cr doesn't reflect the final parallel state right now */
719     gmx_mtop_t mtop;
720
721     /* TODO: inputrec should tell us whether we use an algorithm, not a file option */
722     const bool doEssentialDynamics = opt2bSet("-ei", filenames.size(), filenames.data());
723     const bool doRerun             = mdrunOptions.rerun;
724
725     // Handle task-assignment related user options.
726     EmulateGpuNonbonded emulateGpuNonbonded =
727             (getenv("GMX_EMULATE_GPU") != nullptr ? EmulateGpuNonbonded::Yes : EmulateGpuNonbonded::No);
728
729     std::vector<int> userGpuTaskAssignment;
730     try
731     {
732         userGpuTaskAssignment = parseUserTaskAssignmentString(hw_opt.userGpuTaskAssignment);
733     }
734     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
735     auto nonbondedTarget = findTaskTarget(nbpu_opt);
736     auto pmeTarget       = findTaskTarget(pme_opt);
737     auto pmeFftTarget    = findTaskTarget(pme_fft_opt);
738     auto bondedTarget    = findTaskTarget(bonded_opt);
739     auto updateTarget    = findTaskTarget(update_opt);
740
741     FILE* fplog = nullptr;
742     // If we are appending, we don't write log output because we need
743     // to check that the old log file matches what the checkpoint file
744     // expects. Otherwise, we should start to write log output now if
745     // there is a file ready for it.
746     if (logFileHandle != nullptr && startingBehavior != StartingBehavior::RestartWithAppending)
747     {
748         fplog = gmx_fio_getfp(logFileHandle);
749     }
750     const bool       isSimulationMasterRank = findIsSimulationMasterRank(ms, communicator);
751     gmx::LoggerOwner logOwner(buildLogger(fplog, isSimulationMasterRank));
752     gmx::MDLogger    mdlog(logOwner.logger());
753
754     // TODO The thread-MPI master rank makes a working
755     // PhysicalNodeCommunicator here, but it gets rebuilt by all ranks
756     // after the threads have been launched. This works because no use
757     // is made of that communicator until after the execution paths
758     // have rejoined. But it is likely that we can improve the way
759     // this is expressed, e.g. by expressly running detection only the
760     // master rank for thread-MPI, rather than relying on the mutex
761     // and reference count.
762     PhysicalNodeCommunicator physicalNodeComm(communicator, gmx_physicalnode_id_hash());
763     hwinfo = gmx_detect_hardware(mdlog, physicalNodeComm);
764
765     gmx_print_detected_hardware(fplog, isSimulationMasterRank && isMasterSim(ms), mdlog, hwinfo);
766
767     std::vector<int> gpuIdsToUse = makeGpuIdsToUse(hwinfo->gpu_info, hw_opt.gpuIdsAvailable);
768
769     // Print citation requests after all software/hardware printing
770     pleaseCiteGromacs(fplog);
771
772     std::unique_ptr<t_inputrec> inputrec;
773     std::unique_ptr<t_state>    globalState;
774
775     auto partialDeserializedTpr = std::make_unique<PartialDeserializedTprFile>();
776
777     if (isSimulationMasterRank)
778     {
779         /* Only the master rank has the global state */
780         globalState = std::make_unique<t_state>();
781
782         inputrec = std::make_unique<t_inputrec>();
783         /* Read (nearly) all data required for the simulation
784          * and keep the partly serialized tpr contents to send to other ranks later
785          */
786         *partialDeserializedTpr = read_tpx_state(ftp2fn(efTPR, filenames.size(), filenames.data()),
787                                                  inputrec.get(), globalState.get(), &mtop);
788     }
789
790     /* Check and update the hardware options for internal consistency */
791     checkAndUpdateHardwareOptions(mdlog, &hw_opt, isSimulationMasterRank, domdecOptions.numPmeRanks,
792                                   inputrec.get());
793
794     if (GMX_THREAD_MPI && isSimulationMasterRank)
795     {
796         bool useGpuForNonbonded = false;
797         bool useGpuForPme       = false;
798         try
799         {
800             GMX_RELEASE_ASSERT(inputrec != nullptr, "Keep the compiler happy");
801
802             // If the user specified the number of ranks, then we must
803             // respect that, but in default mode, we need to allow for
804             // the number of GPUs to choose the number of ranks.
805             auto canUseGpuForNonbonded = buildSupportsNonbondedOnGpu(nullptr);
806             useGpuForNonbonded         = decideWhetherToUseGpusForNonbondedWithThreadMpi(
807                     nonbondedTarget, gpuIdsToUse, userGpuTaskAssignment, emulateGpuNonbonded,
808                     canUseGpuForNonbonded,
809                     gpuAccelerationOfNonbondedIsUseful(mdlog, *inputrec, GMX_THREAD_MPI),
810                     hw_opt.nthreads_tmpi);
811             useGpuForPme = decideWhetherToUseGpusForPmeWithThreadMpi(
812                     useGpuForNonbonded, pmeTarget, gpuIdsToUse, userGpuTaskAssignment, *hwinfo,
813                     *inputrec, hw_opt.nthreads_tmpi, domdecOptions.numPmeRanks);
814         }
815         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
816
817         /* Determine how many thread-MPI ranks to start.
818          *
819          * TODO Over-writing the user-supplied value here does
820          * prevent any possible subsequent checks from working
821          * correctly. */
822         hw_opt.nthreads_tmpi =
823                 get_nthreads_mpi(hwinfo, &hw_opt, gpuIdsToUse, useGpuForNonbonded, useGpuForPme,
824                                  inputrec.get(), &mtop, mdlog, membedHolder.doMembed());
825
826         // Now start the threads for thread MPI.
827         spawnThreads(hw_opt.nthreads_tmpi);
828         // The spawned threads enter mdrunner() and execution of
829         // master and spawned threads joins at the end of this block.
830         physicalNodeComm = PhysicalNodeCommunicator(communicator, gmx_physicalnode_id_hash());
831     }
832
833     GMX_RELEASE_ASSERT(ms || communicator == MPI_COMM_WORLD,
834                        "Must have valid world communicator unless running a multi-simulation");
835     CommrecHandle crHandle = init_commrec(communicator);
836     t_commrec*    cr       = crHandle.get();
837     GMX_RELEASE_ASSERT(cr != nullptr, "Must have valid commrec");
838
839     if (PAR(cr))
840     {
841         /* now broadcast everything to the non-master nodes/threads: */
842         if (!isSimulationMasterRank)
843         {
844             inputrec = std::make_unique<t_inputrec>();
845         }
846         init_parallel(cr->mpiDefaultCommunicator, MASTER(cr), inputrec.get(), &mtop,
847                       partialDeserializedTpr.get());
848     }
849     GMX_RELEASE_ASSERT(inputrec != nullptr, "All ranks should have a valid inputrec now");
850     partialDeserializedTpr.reset(nullptr);
851
852     // Now the number of ranks is known to all ranks, and each knows
853     // the inputrec read by the master rank. The ranks can now all run
854     // the task-deciding functions and will agree on the result
855     // without needing to communicate.
856     const bool useDomainDecomposition = (PAR(cr) && !(EI_TPI(inputrec->eI) || inputrec->eI == eiNM));
857
858     // Note that these variables describe only their own node.
859     //
860     // Note that when bonded interactions run on a GPU they always run
861     // alongside a nonbonded task, so do not influence task assignment
862     // even though they affect the force calculation workload.
863     bool useGpuForNonbonded = false;
864     bool useGpuForPme       = false;
865     bool useGpuForBonded    = false;
866     bool useGpuForUpdate    = false;
867     bool gpusWereDetected   = hwinfo->ngpu_compatible_tot > 0;
868     try
869     {
870         // It's possible that there are different numbers of GPUs on
871         // different nodes, which is the user's responsibility to
872         // handle. If unsuitable, we will notice that during task
873         // assignment.
874         auto canUseGpuForNonbonded = buildSupportsNonbondedOnGpu(nullptr);
875         useGpuForNonbonded         = decideWhetherToUseGpusForNonbonded(
876                 nonbondedTarget, userGpuTaskAssignment, emulateGpuNonbonded, canUseGpuForNonbonded,
877                 gpuAccelerationOfNonbondedIsUseful(mdlog, *inputrec, !GMX_THREAD_MPI), gpusWereDetected);
878         useGpuForPme = decideWhetherToUseGpusForPme(
879                 useGpuForNonbonded, pmeTarget, userGpuTaskAssignment, *hwinfo, *inputrec,
880                 cr->sizeOfDefaultCommunicator, domdecOptions.numPmeRanks, gpusWereDetected);
881         auto canUseGpuForBonded = buildSupportsGpuBondeds(nullptr)
882                                   && inputSupportsGpuBondeds(*inputrec, mtop, nullptr);
883         useGpuForBonded = decideWhetherToUseGpusForBonded(
884                 useGpuForNonbonded, useGpuForPme, bondedTarget, canUseGpuForBonded,
885                 EVDW_PME(inputrec->vdwtype), EEL_PME_EWALD(inputrec->coulombtype),
886                 domdecOptions.numPmeRanks, gpusWereDetected);
887     }
888     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
889
890     const PmeRunMode pmeRunMode = determinePmeRunMode(useGpuForPme, pmeFftTarget, *inputrec);
891
892     // Initialize development feature flags that enabled by environment variable
893     // and report those features that are enabled.
894     const DevelopmentFeatureFlags devFlags =
895             manageDevelopmentFeatures(mdlog, useGpuForNonbonded, pmeRunMode);
896
897     const bool useModularSimulator =
898             checkUseModularSimulator(false, inputrec.get(), doRerun, mtop, ms, replExParams,
899                                      nullptr, doEssentialDynamics, membedHolder.doMembed());
900
901     // Build restraints.
902     // TODO: hide restraint implementation details from Mdrunner.
903     // There is nothing unique about restraints at this point as far as the
904     // Mdrunner is concerned. The Mdrunner should just be getting a sequence of
905     // factory functions from the SimulationContext on which to call mdModules_->add().
906     // TODO: capture all restraints into a single RestraintModule, passed to the runner builder.
907     for (auto&& restraint : restraintManager_->getRestraints())
908     {
909         auto module = RestraintMDModule::create(restraint, restraint->sites());
910         mdModules_->add(std::move(module));
911     }
912
913     // TODO: Error handling
914     mdModules_->assignOptionsToModules(*inputrec->params, nullptr);
915     // now that the MdModules know their options, they know which callbacks to sign up to
916     mdModules_->subscribeToSimulationSetupNotifications();
917     const auto& mdModulesNotifier = mdModules_->notifier().simulationSetupNotifications_;
918
919     if (inputrec->internalParameters != nullptr)
920     {
921         mdModulesNotifier.notify(*inputrec->internalParameters);
922     }
923
924     if (fplog != nullptr)
925     {
926         pr_inputrec(fplog, 0, "Input Parameters", inputrec.get(), FALSE);
927         fprintf(fplog, "\n");
928     }
929
930     if (SIMMASTER(cr))
931     {
932         /* In rerun, set velocities to zero if present */
933         if (doRerun && ((globalState->flags & (1 << estV)) != 0))
934         {
935             // rerun does not use velocities
936             GMX_LOG(mdlog.info)
937                     .asParagraph()
938                     .appendText(
939                             "Rerun trajectory contains velocities. Rerun does only evaluate "
940                             "potential energy and forces. The velocities will be ignored.");
941             for (int i = 0; i < globalState->natoms; i++)
942             {
943                 clear_rvec(globalState->v[i]);
944             }
945             globalState->flags &= ~(1 << estV);
946         }
947
948         /* now make sure the state is initialized and propagated */
949         set_state_entries(globalState.get(), inputrec.get(), useModularSimulator);
950     }
951
952     /* NM and TPI parallelize over force/energy calculations, not atoms,
953      * so we need to initialize and broadcast the global state.
954      */
955     if (inputrec->eI == eiNM || inputrec->eI == eiTPI)
956     {
957         if (!MASTER(cr))
958         {
959             globalState = std::make_unique<t_state>();
960         }
961         broadcastStateWithoutDynamics(cr->mpiDefaultCommunicator, DOMAINDECOMP(cr), PAR(cr),
962                                       globalState.get());
963     }
964
965     /* A parallel command line option consistency check that we can
966        only do after any threads have started. */
967     if (!PAR(cr)
968         && (domdecOptions.numCells[XX] > 1 || domdecOptions.numCells[YY] > 1
969             || domdecOptions.numCells[ZZ] > 1 || domdecOptions.numPmeRanks > 0))
970     {
971         gmx_fatal(FARGS,
972                   "The -dd or -npme option request a parallel simulation, "
973 #if !GMX_MPI
974                   "but %s was compiled without threads or MPI enabled",
975                   output_env_get_program_display_name(oenv));
976 #elif GMX_THREAD_MPI
977                   "but the number of MPI-threads (option -ntmpi) is not set or is 1");
978 #else
979                   "but %s was not started through mpirun/mpiexec or only one rank was requested "
980                   "through mpirun/mpiexec",
981                   output_env_get_program_display_name(oenv));
982 #endif
983     }
984
985     if (doRerun && (EI_ENERGY_MINIMIZATION(inputrec->eI) || eiNM == inputrec->eI))
986     {
987         gmx_fatal(FARGS,
988                   "The .mdp file specified an energy mininization or normal mode algorithm, and "
989                   "these are not compatible with mdrun -rerun");
990     }
991
992     if (!(EEL_PME(inputrec->coulombtype) || EVDW_PME(inputrec->vdwtype)))
993     {
994         if (domdecOptions.numPmeRanks > 0)
995         {
996             gmx_fatal_collective(FARGS, cr->mpiDefaultCommunicator, MASTER(cr),
997                                  "PME-only ranks are requested, but the system does not use PME "
998                                  "for electrostatics or LJ");
999         }
1000
1001         domdecOptions.numPmeRanks = 0;
1002     }
1003
1004     if (useGpuForNonbonded && domdecOptions.numPmeRanks < 0)
1005     {
1006         /* With NB GPUs we don't automatically use PME-only CPU ranks. PME ranks can
1007          * improve performance with many threads per GPU, since our OpenMP
1008          * scaling is bad, but it's difficult to automate the setup.
1009          */
1010         domdecOptions.numPmeRanks = 0;
1011     }
1012     if (useGpuForPme)
1013     {
1014         if (domdecOptions.numPmeRanks < 0)
1015         {
1016             domdecOptions.numPmeRanks = 0;
1017             // TODO possibly print a note that one can opt-in for a separate PME GPU rank?
1018         }
1019         else
1020         {
1021             GMX_RELEASE_ASSERT(domdecOptions.numPmeRanks <= 1,
1022                                "PME GPU decomposition is not supported");
1023         }
1024     }
1025
1026 #if GMX_FAHCORE
1027     if (MASTER(cr))
1028     {
1029         fcRegisterSteps(inputrec->nsteps, inputrec->init_step);
1030     }
1031 #endif
1032
1033     /* NMR restraints must be initialized before load_checkpoint,
1034      * since with time averaging the history is added to t_state.
1035      * For proper consistency check we therefore need to extend
1036      * t_state here.
1037      * So the PME-only nodes (if present) will also initialize
1038      * the distance restraints.
1039      */
1040
1041     /* This needs to be called before read_checkpoint to extend the state */
1042     t_disresdata* disresdata;
1043     snew(disresdata, 1);
1044     init_disres(fplog, &mtop, inputrec.get(), DisResRunMode::MDRun,
1045                 MASTER(cr) ? DDRole::Master : DDRole::Agent,
1046                 PAR(cr) ? NumRanks::Multiple : NumRanks::Single, cr->mpi_comm_mysim, ms, disresdata,
1047                 globalState.get(), replExParams.exchangeInterval > 0);
1048
1049     t_oriresdata* oriresdata;
1050     snew(oriresdata, 1);
1051     init_orires(fplog, &mtop, inputrec.get(), cr, ms, globalState.get(), oriresdata);
1052
1053     auto deform = prepareBoxDeformation(
1054             globalState != nullptr ? globalState->box : box, MASTER(cr) ? DDRole::Master : DDRole::Agent,
1055             PAR(cr) ? NumRanks::Multiple : NumRanks::Single, cr->mpi_comm_mygroup, *inputrec);
1056
1057     ObservablesHistory observablesHistory = {};
1058
1059     if (startingBehavior != StartingBehavior::NewSimulation)
1060     {
1061         /* Check if checkpoint file exists before doing continuation.
1062          * This way we can use identical input options for the first and subsequent runs...
1063          */
1064         if (mdrunOptions.numStepsCommandline > -2)
1065         {
1066             /* Temporarily set the number of steps to unlimited to avoid
1067              * triggering the nsteps check in load_checkpoint().
1068              * This hack will go away soon when the -nsteps option is removed.
1069              */
1070             inputrec->nsteps = -1;
1071         }
1072
1073         load_checkpoint(opt2fn_master("-cpi", filenames.size(), filenames.data(), cr),
1074                         logFileHandle, cr, domdecOptions.numCells, inputrec.get(), globalState.get(),
1075                         &observablesHistory, mdrunOptions.reproducible, mdModules_->notifier());
1076
1077         if (startingBehavior == StartingBehavior::RestartWithAppending && logFileHandle)
1078         {
1079             // Now we can start normal logging to the truncated log file.
1080             fplog = gmx_fio_getfp(logFileHandle);
1081             prepareLogAppending(fplog);
1082             logOwner = buildLogger(fplog, MASTER(cr));
1083             mdlog    = logOwner.logger();
1084         }
1085     }
1086
1087     if (mdrunOptions.numStepsCommandline > -2)
1088     {
1089         GMX_LOG(mdlog.info)
1090                 .asParagraph()
1091                 .appendText(
1092                         "The -nsteps functionality is deprecated, and may be removed in a future "
1093                         "version. "
1094                         "Consider using gmx convert-tpr -nsteps or changing the appropriate .mdp "
1095                         "file field.");
1096     }
1097     /* override nsteps with value set on the commandline */
1098     override_nsteps_cmdline(mdlog, mdrunOptions.numStepsCommandline, inputrec.get());
1099
1100     if (isSimulationMasterRank)
1101     {
1102         copy_mat(globalState->box, box);
1103     }
1104
1105     if (PAR(cr))
1106     {
1107         gmx_bcast(sizeof(box), box, cr->mpiDefaultCommunicator);
1108     }
1109
1110     if (inputrec->cutoff_scheme != ecutsVERLET)
1111     {
1112         gmx_fatal(FARGS,
1113                   "This group-scheme .tpr file can no longer be run by mdrun. Please update to the "
1114                   "Verlet scheme, or use an earlier version of GROMACS if necessary.");
1115     }
1116     /* Update rlist and nstlist. */
1117     /* Note: prepare_verlet_scheme is calling increaseNstlist(...), which (while attempting to
1118      * increase rlist) tries to check if the newly chosen value fits with the DD scheme. As this is
1119      * run before any DD scheme is set up, this check is never executed. See #3334 for more details.
1120      */
1121     prepare_verlet_scheme(fplog, cr, inputrec.get(), nstlist_cmdline, &mtop, box,
1122                           useGpuForNonbonded || (emulateGpuNonbonded == EmulateGpuNonbonded::Yes),
1123                           *hwinfo->cpuInfo);
1124
1125     const bool prefer1DAnd1PulseDD = (devFlags.enableGpuHaloExchange && useGpuForNonbonded);
1126     // This builder is necessary while we have multi-part construction
1127     // of DD. Before DD is constructed, we use the existence of
1128     // the builder object to indicate that further construction of DD
1129     // is needed.
1130     std::unique_ptr<DomainDecompositionBuilder> ddBuilder;
1131     if (useDomainDecomposition)
1132     {
1133         ddBuilder = std::make_unique<DomainDecompositionBuilder>(
1134                 mdlog, cr, domdecOptions, mdrunOptions, prefer1DAnd1PulseDD, mtop, *inputrec, box,
1135                 positionsFromStatePointer(globalState.get()));
1136     }
1137     else
1138     {
1139         /* PME, if used, is done on all nodes with 1D decomposition */
1140         cr->nnodes     = cr->sizeOfDefaultCommunicator;
1141         cr->sim_nodeid = cr->rankInDefaultCommunicator;
1142         cr->nodeid     = cr->rankInDefaultCommunicator;
1143         cr->npmenodes  = 0;
1144         cr->duty       = (DUTY_PP | DUTY_PME);
1145
1146         if (inputrec->pbcType == PbcType::Screw)
1147         {
1148             gmx_fatal(FARGS, "pbc=screw is only implemented with domain decomposition");
1149         }
1150     }
1151
1152     // Produce the task assignment for this rank - done after DD is constructed
1153     GpuTaskAssignments gpuTaskAssignments = GpuTaskAssignmentsBuilder::build(
1154             gpuIdsToUse, userGpuTaskAssignment, *hwinfo, communicator, physicalNodeComm,
1155             nonbondedTarget, pmeTarget, bondedTarget, updateTarget, useGpuForNonbonded,
1156             useGpuForPme, thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP),
1157             // TODO cr->duty & DUTY_PME should imply that a PME
1158             // algorithm is active, but currently does not.
1159             EEL_PME(inputrec->coulombtype) && thisRankHasDuty(cr, DUTY_PME));
1160
1161     // Get the device handles for the modules, nullptr when no task is assigned.
1162     int                deviceId   = -1;
1163     DeviceInformation* deviceInfo = gpuTaskAssignments.initDevice(&deviceId);
1164
1165     // timing enabling - TODO put this in gpu_utils (even though generally this is just option handling?)
1166     bool useTiming = true;
1167
1168     if (GMX_GPU_CUDA)
1169     {
1170         /* WARNING: CUDA timings are incorrect with multiple streams.
1171          *          This is the main reason why they are disabled by default.
1172          */
1173         // TODO: Consider turning on by default when we can detect nr of streams.
1174         useTiming = (getenv("GMX_ENABLE_GPU_TIMING") != nullptr);
1175     }
1176     else if (GMX_GPU_OPENCL)
1177     {
1178         useTiming = (getenv("GMX_DISABLE_GPU_TIMING") == nullptr);
1179     }
1180
1181     // TODO Currently this is always built, yet DD partition code
1182     // checks if it is built before using it. Probably it should
1183     // become an MDModule that is made only when another module
1184     // requires it (e.g. pull, CompEl, density fitting), so that we
1185     // don't update the local atom sets unilaterally every step.
1186     LocalAtomSetManager atomSets;
1187     if (ddBuilder)
1188     {
1189         // TODO Pass the GPU streams to ddBuilder to use in buffer
1190         // transfers (e.g. halo exchange)
1191         cr->dd = ddBuilder->build(&atomSets);
1192         // The builder's job is done, so destruct it
1193         ddBuilder.reset(nullptr);
1194         // Note that local state still does not exist yet.
1195     }
1196
1197     // The GPU update is decided here because we need to know whether the constraints or
1198     // SETTLEs can span accross the domain borders (i.e. whether or not update groups are
1199     // defined). This is only known after DD is initialized, hence decision on using GPU
1200     // update is done so late.
1201     try
1202     {
1203         const bool useUpdateGroups = cr->dd ? ddUsesUpdateGroups(*cr->dd) : false;
1204
1205         useGpuForUpdate = decideWhetherToUseGpuForUpdate(
1206                 useDomainDecomposition, useUpdateGroups, pmeRunMode, domdecOptions.numPmeRanks > 0,
1207                 useGpuForNonbonded, updateTarget, gpusWereDetected, *inputrec, mtop,
1208                 doEssentialDynamics, gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_ORIRES) > 0,
1209                 replExParams.exchangeInterval > 0, doRerun, devFlags, mdlog);
1210     }
1211     GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
1212
1213     const bool printHostName = (cr->nnodes > 1);
1214     gpuTaskAssignments.reportGpuUsage(mdlog, printHostName, useGpuForBonded, pmeRunMode, useGpuForUpdate);
1215
1216     std::unique_ptr<DeviceStreamManager> deviceStreamManager = nullptr;
1217
1218     if (deviceInfo != nullptr)
1219     {
1220         if (DOMAINDECOMP(cr) && thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP))
1221         {
1222             dd_setup_dlb_resource_sharing(cr, deviceId);
1223         }
1224         deviceStreamManager = std::make_unique<DeviceStreamManager>(
1225                 *deviceInfo, useGpuForPme, useGpuForNonbonded, havePPDomainDecomposition(cr),
1226                 useGpuForUpdate, useTiming);
1227     }
1228
1229     // If the user chose a task assignment, give them some hints
1230     // where appropriate.
1231     if (!userGpuTaskAssignment.empty())
1232     {
1233         gpuTaskAssignments.logPerformanceHints(mdlog, ssize(gpuIdsToUse));
1234     }
1235
1236     if (PAR(cr))
1237     {
1238         /* After possible communicator splitting in make_dd_communicators.
1239          * we can set up the intra/inter node communication.
1240          */
1241         gmx_setup_nodecomm(fplog, cr);
1242     }
1243
1244 #if GMX_MPI
1245     if (isMultiSim(ms))
1246     {
1247         GMX_LOG(mdlog.warning)
1248                 .asParagraph()
1249                 .appendTextFormatted(
1250                         "This is simulation %d out of %d running as a composite GROMACS\n"
1251                         "multi-simulation job. Setup for this simulation:\n",
1252                         ms->simulationIndex_, ms->numSimulations_);
1253     }
1254     GMX_LOG(mdlog.warning)
1255             .appendTextFormatted("Using %d MPI %s\n", cr->nnodes,
1256 #    if GMX_THREAD_MPI
1257                                  cr->nnodes == 1 ? "thread" : "threads"
1258 #    else
1259                                  cr->nnodes == 1 ? "process" : "processes"
1260 #    endif
1261             );
1262     fflush(stderr);
1263 #endif
1264
1265     // If mdrun -pin auto honors any affinity setting that already
1266     // exists. If so, it is nice to provide feedback about whether
1267     // that existing affinity setting was from OpenMP or something
1268     // else, so we run this code both before and after we initialize
1269     // the OpenMP support.
1270     gmx_check_thread_affinity_set(mdlog, &hw_opt, hwinfo->nthreads_hw_avail, FALSE);
1271     /* Check and update the number of OpenMP threads requested */
1272     checkAndUpdateRequestedNumOpenmpThreads(&hw_opt, *hwinfo, cr, ms, physicalNodeComm.size_,
1273                                             pmeRunMode, mtop, *inputrec);
1274
1275     gmx_omp_nthreads_init(mdlog, cr, hwinfo->nthreads_hw_avail, physicalNodeComm.size_,
1276                           hw_opt.nthreads_omp, hw_opt.nthreads_omp_pme, !thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP));
1277
1278     // Enable FP exception detection, but not in
1279     // Release mode and not for compilers with known buggy FP
1280     // exception support (clang with any optimization) or suspected
1281     // buggy FP exception support (gcc 7.* with optimization).
1282 #if !defined NDEBUG                                                                         \
1283         && !((defined __clang__ || (defined(__GNUC__) && !defined(__ICC) && __GNUC__ == 7)) \
1284              && defined __OPTIMIZE__)
1285     const bool bEnableFPE = true;
1286 #else
1287     const bool bEnableFPE = false;
1288 #endif
1289     // FIXME - reconcile with gmx_feenableexcept() call from CommandLineModuleManager::run()
1290     if (bEnableFPE)
1291     {
1292         gmx_feenableexcept();
1293     }
1294
1295     /* Now that we know the setup is consistent, check for efficiency */
1296     check_resource_division_efficiency(hwinfo, gpuTaskAssignments.thisRankHasAnyGpuTask(),
1297                                        mdrunOptions.ntompOptionIsSet, cr, mdlog);
1298
1299     /* getting number of PP/PME threads on this MPI / tMPI rank.
1300        PME: env variable should be read only on one node to make sure it is
1301        identical everywhere;
1302      */
1303     const int numThreadsOnThisRank = thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP) ? gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded)
1304                                                                   : gmx_omp_nthreads_get(emntPME);
1305     checkHardwareOversubscription(numThreadsOnThisRank, cr->nodeid, *hwinfo->hardwareTopology,
1306                                   physicalNodeComm, mdlog);
1307
1308     // Enable Peer access between GPUs where available
1309     // Only for DD, only master PP rank needs to perform setup, and only if thread MPI plus
1310     // any of the GPU communication features are active.
1311     if (DOMAINDECOMP(cr) && MASTER(cr) && thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP) && GMX_THREAD_MPI
1312         && (devFlags.enableGpuHaloExchange || devFlags.enableGpuPmePPComm))
1313     {
1314         setupGpuDevicePeerAccess(gpuIdsToUse, mdlog);
1315     }
1316
1317     if (hw_opt.threadAffinity != ThreadAffinity::Off)
1318     {
1319         /* Before setting affinity, check whether the affinity has changed
1320          * - which indicates that probably the OpenMP library has changed it
1321          * since we first checked).
1322          */
1323         gmx_check_thread_affinity_set(mdlog, &hw_opt, hwinfo->nthreads_hw_avail, TRUE);
1324
1325         int numThreadsOnThisNode, intraNodeThreadOffset;
1326         analyzeThreadsOnThisNode(physicalNodeComm, numThreadsOnThisRank, &numThreadsOnThisNode,
1327                                  &intraNodeThreadOffset);
1328
1329         /* Set the CPU affinity */
1330         gmx_set_thread_affinity(mdlog, cr, &hw_opt, *hwinfo->hardwareTopology, numThreadsOnThisRank,
1331                                 numThreadsOnThisNode, intraNodeThreadOffset, nullptr);
1332     }
1333
1334     if (mdrunOptions.timingOptions.resetStep > -1)
1335     {
1336         GMX_LOG(mdlog.info)
1337                 .asParagraph()
1338                 .appendText(
1339                         "The -resetstep functionality is deprecated, and may be removed in a "
1340                         "future version.");
1341     }
1342     wcycle = wallcycle_init(fplog, mdrunOptions.timingOptions.resetStep, cr);
1343
1344     if (PAR(cr))
1345     {
1346         /* Master synchronizes its value of reset_counters with all nodes
1347          * including PME only nodes */
1348         int64_t reset_counters = wcycle_get_reset_counters(wcycle);
1349         gmx_bcast(sizeof(reset_counters), &reset_counters, cr->mpi_comm_mysim);
1350         wcycle_set_reset_counters(wcycle, reset_counters);
1351     }
1352
1353     // Membrane embedding must be initialized before we call init_forcerec()
1354     membedHolder.initializeMembed(fplog, filenames.size(), filenames.data(), &mtop, inputrec.get(),
1355                                   globalState.get(), cr, &mdrunOptions.checkpointOptions.period);
1356
1357     const bool               thisRankHasPmeGpuTask = gpuTaskAssignments.thisRankHasPmeGpuTask();
1358     std::unique_ptr<MDAtoms> mdAtoms;
1359     std::unique_ptr<VirtualSitesHandler> vsite;
1360     std::unique_ptr<GpuBonded>           gpuBonded;
1361
1362     t_nrnb nrnb;
1363     if (thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP))
1364     {
1365         mdModulesNotifier.notify(*cr);
1366         mdModulesNotifier.notify(&atomSets);
1367         mdModulesNotifier.notify(inputrec->pbcType);
1368         mdModulesNotifier.notify(SimulationTimeStep{ inputrec->delta_t });
1369         /* Initiate forcerecord */
1370         fr                 = new t_forcerec;
1371         fr->forceProviders = mdModules_->initForceProviders();
1372         init_forcerec(fplog, mdlog, fr, inputrec.get(), &mtop, cr, box,
1373                       opt2fn("-table", filenames.size(), filenames.data()),
1374                       opt2fn("-tablep", filenames.size(), filenames.data()),
1375                       opt2fns("-tableb", filenames.size(), filenames.data()), pforce);
1376         // Dirty hack, for fixing disres and orires should be made mdmodules
1377         fr->listedForces->fcdata().disres = disresdata;
1378         fr->listedForces->fcdata().orires = oriresdata;
1379
1380         // Save a handle to device stream manager to use elsewhere in the code
1381         // TODO: Forcerec is not a correct place to store it.
1382         fr->deviceStreamManager = deviceStreamManager.get();
1383
1384         if (devFlags.enableGpuPmePPComm && !thisRankHasDuty(cr, DUTY_PME))
1385         {
1386             GMX_RELEASE_ASSERT(
1387                     deviceStreamManager != nullptr,
1388                     "GPU device stream manager should be valid in order to use PME-PP direct "
1389                     "communications.");
1390             GMX_RELEASE_ASSERT(
1391                     deviceStreamManager->streamIsValid(DeviceStreamType::PmePpTransfer),
1392                     "GPU PP-PME stream should be valid in order to use GPU PME-PP direct "
1393                     "communications.");
1394             fr->pmePpCommGpu = std::make_unique<gmx::PmePpCommGpu>(
1395                     cr->mpi_comm_mysim, cr->dd->pme_nodeid, deviceStreamManager->context(),
1396                     deviceStreamManager->stream(DeviceStreamType::PmePpTransfer));
1397         }
1398
1399         fr->nbv = Nbnxm::init_nb_verlet(mdlog, inputrec.get(), fr, cr, *hwinfo, useGpuForNonbonded,
1400                                         deviceStreamManager.get(), &mtop, box, wcycle);
1401         // TODO: Move the logic below to a GPU bonded builder
1402         if (useGpuForBonded)
1403         {
1404             GMX_RELEASE_ASSERT(deviceStreamManager != nullptr,
1405                                "GPU device stream manager should be valid in order to use GPU "
1406                                "version of bonded forces.");
1407             gpuBonded = std::make_unique<GpuBonded>(
1408                     mtop.ffparams, fr->ic->epsfac * fr->fudgeQQ, deviceStreamManager->context(),
1409                     deviceStreamManager->bondedStream(havePPDomainDecomposition(cr)), wcycle);
1410             fr->gpuBonded = gpuBonded.get();
1411         }
1412
1413         /* Initialize the mdAtoms structure.
1414          * mdAtoms is not filled with atom data,
1415          * as this can not be done now with domain decomposition.
1416          */
1417         mdAtoms = makeMDAtoms(fplog, mtop, *inputrec, thisRankHasPmeGpuTask);
1418         if (globalState && thisRankHasPmeGpuTask)
1419         {
1420             // The pinning of coordinates in the global state object works, because we only use
1421             // PME on GPU without DD or on a separate PME rank, and because the local state pointer
1422             // points to the global state object without DD.
1423             // FIXME: MD and EM separately set up the local state - this should happen in the same
1424             // function, which should also perform the pinning.
1425             changePinningPolicy(&globalState->x, pme_get_pinning_policy());
1426         }
1427
1428         /* Initialize the virtual site communication */
1429         vsite = makeVirtualSitesHandler(mtop, cr, fr->pbcType);
1430
1431         calc_shifts(box, fr->shift_vec);
1432
1433         /* With periodic molecules the charge groups should be whole at start up
1434          * and the virtual sites should not be far from their proper positions.
1435          */
1436         if (!inputrec->bContinuation && MASTER(cr)
1437             && !(inputrec->pbcType != PbcType::No && inputrec->bPeriodicMols))
1438         {
1439             /* Make molecules whole at start of run */
1440             if (fr->pbcType != PbcType::No)
1441             {
1442                 do_pbc_first_mtop(fplog, inputrec->pbcType, box, &mtop, globalState->x.rvec_array());
1443             }
1444             if (vsite)
1445             {
1446                 /* Correct initial vsite positions are required
1447                  * for the initial distribution in the domain decomposition
1448                  * and for the initial shell prediction.
1449                  */
1450                 constructVirtualSitesGlobal(mtop, globalState->x);
1451             }
1452         }
1453
1454         if (EEL_PME(fr->ic->eeltype) || EVDW_PME(fr->ic->vdwtype))
1455         {
1456             ewaldcoeff_q  = fr->ic->ewaldcoeff_q;
1457             ewaldcoeff_lj = fr->ic->ewaldcoeff_lj;
1458         }
1459     }
1460     else
1461     {
1462         /* This is a PME only node */
1463
1464         GMX_ASSERT(globalState == nullptr,
1465                    "We don't need the state on a PME only rank and expect it to be unitialized");
1466
1467         ewaldcoeff_q  = calc_ewaldcoeff_q(inputrec->rcoulomb, inputrec->ewald_rtol);
1468         ewaldcoeff_lj = calc_ewaldcoeff_lj(inputrec->rvdw, inputrec->ewald_rtol_lj);
1469     }
1470
1471     gmx_pme_t* sepPmeData = nullptr;
1472     // This reference hides the fact that PME data is owned by runner on PME-only ranks and by forcerec on other ranks
1473     GMX_ASSERT(thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP) == (fr != nullptr),
1474                "Double-checking that only PME-only ranks have no forcerec");
1475     gmx_pme_t*& pmedata = fr ? fr->pmedata : sepPmeData;
1476
1477     // TODO should live in ewald module once its testing is improved
1478     //
1479     // Later, this program could contain kernels that might be later
1480     // re-used as auto-tuning progresses, or subsequent simulations
1481     // are invoked.
1482     PmeGpuProgramStorage pmeGpuProgram;
1483     if (thisRankHasPmeGpuTask)
1484     {
1485         GMX_RELEASE_ASSERT(
1486                 (deviceStreamManager != nullptr),
1487                 "GPU device stream manager should be initialized in order to use GPU for PME.");
1488         GMX_RELEASE_ASSERT((deviceInfo != nullptr),
1489                            "GPU device should be initialized in order to use GPU for PME.");
1490         pmeGpuProgram = buildPmeGpuProgram(deviceStreamManager->context());
1491     }
1492
1493     /* Initiate PME if necessary,
1494      * either on all nodes or on dedicated PME nodes only. */
1495     if (EEL_PME(inputrec->coulombtype) || EVDW_PME(inputrec->vdwtype))
1496     {
1497         if (mdAtoms && mdAtoms->mdatoms())
1498         {
1499             nChargePerturbed = mdAtoms->mdatoms()->nChargePerturbed;
1500             if (EVDW_PME(inputrec->vdwtype))
1501             {
1502                 nTypePerturbed = mdAtoms->mdatoms()->nTypePerturbed;
1503             }
1504         }
1505         if (cr->npmenodes > 0)
1506         {
1507             /* The PME only nodes need to know nChargePerturbed(FEP on Q) and nTypePerturbed(FEP on LJ)*/
1508             gmx_bcast(sizeof(nChargePerturbed), &nChargePerturbed, cr->mpi_comm_mysim);
1509             gmx_bcast(sizeof(nTypePerturbed), &nTypePerturbed, cr->mpi_comm_mysim);
1510         }
1511
1512         if (thisRankHasDuty(cr, DUTY_PME))
1513         {
1514             try
1515             {
1516                 // TODO: This should be in the builder.
1517                 GMX_RELEASE_ASSERT(!useGpuForPme || (deviceStreamManager != nullptr),
1518                                    "Device stream manager should be valid in order to use GPU "
1519                                    "version of PME.");
1520                 GMX_RELEASE_ASSERT(
1521                         !useGpuForPme || deviceStreamManager->streamIsValid(DeviceStreamType::Pme),
1522                         "GPU PME stream should be valid in order to use GPU version of PME.");
1523
1524                 const DeviceContext* deviceContext =
1525                         useGpuForPme ? &deviceStreamManager->context() : nullptr;
1526                 const DeviceStream* pmeStream =
1527                         useGpuForPme ? &deviceStreamManager->stream(DeviceStreamType::Pme) : nullptr;
1528
1529                 pmedata = gmx_pme_init(cr, getNumPmeDomains(cr->dd), inputrec.get(),
1530                                        nChargePerturbed != 0, nTypePerturbed != 0,
1531                                        mdrunOptions.reproducible, ewaldcoeff_q, ewaldcoeff_lj,
1532                                        gmx_omp_nthreads_get(emntPME), pmeRunMode, nullptr,
1533                                        deviceContext, pmeStream, pmeGpuProgram.get(), mdlog);
1534             }
1535             GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
1536         }
1537     }
1538
1539
1540     if (EI_DYNAMICS(inputrec->eI))
1541     {
1542         /* Turn on signal handling on all nodes */
1543         /*
1544          * (A user signal from the PME nodes (if any)
1545          * is communicated to the PP nodes.
1546          */
1547         signal_handler_install();
1548     }
1549
1550     pull_t* pull_work = nullptr;
1551     if (thisRankHasDuty(cr, DUTY_PP))
1552     {
1553         /* Assumes uniform use of the number of OpenMP threads */
1554         walltime_accounting = walltime_accounting_init(gmx_omp_nthreads_get(emntDefault));
1555
1556         if (inputrec->bPull)
1557         {
1558             /* Initialize pull code */
1559             pull_work = init_pull(fplog, inputrec->pull, inputrec.get(), &mtop, cr, &atomSets,
1560                                   inputrec->fepvals->init_lambda);
1561             if (inputrec->pull->bXOutAverage || inputrec->pull->bFOutAverage)
1562             {
1563                 initPullHistory(pull_work, &observablesHistory);
1564             }
1565             if (EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && MASTER(cr))
1566             {
1567                 init_pull_output_files(pull_work, filenames.size(), filenames.data(), oenv, startingBehavior);
1568             }
1569         }
1570
1571         std::unique_ptr<EnforcedRotation> enforcedRotation;
1572         if (inputrec->bRot)
1573         {
1574             /* Initialize enforced rotation code */
1575             enforcedRotation = init_rot(fplog, inputrec.get(), filenames.size(), filenames.data(),
1576                                         cr, &atomSets, globalState.get(), &mtop, oenv, mdrunOptions,
1577                                         startingBehavior);
1578         }
1579
1580         t_swap* swap = nullptr;
1581         if (inputrec->eSwapCoords != eswapNO)
1582         {
1583             /* Initialize ion swapping code */
1584             swap = init_swapcoords(fplog, inputrec.get(),
1585                                    opt2fn_master("-swap", filenames.size(), filenames.data(), cr),
1586                                    &mtop, globalState.get(), &observablesHistory, cr, &atomSets,
1587                                    oenv, mdrunOptions, startingBehavior);
1588         }
1589
1590         /* Let makeConstraints know whether we have essential dynamics constraints. */
1591         auto constr = makeConstraints(mtop, *inputrec, pull_work, doEssentialDynamics, fplog, cr,
1592                                       ms, &nrnb, wcycle, fr->bMolPBC);
1593
1594         /* Energy terms and groups */
1595         gmx_enerdata_t enerd(mtop.groups.groups[SimulationAtomGroupType::EnergyOutput].size(),
1596                              inputrec->fepvals->n_lambda);
1597
1598         /* Kinetic energy data */
1599         gmx_ekindata_t ekind;
1600         init_ekindata(fplog, &mtop, &(inputrec->opts), &ekind, inputrec->cos_accel);
1601
1602         /* Set up interactive MD (IMD) */
1603         auto imdSession =
1604                 makeImdSession(inputrec.get(), cr, wcycle, &enerd, ms, &mtop, mdlog,
1605                                MASTER(cr) ? globalState->x.rvec_array() : nullptr, filenames.size(),
1606                                filenames.data(), oenv, mdrunOptions.imdOptions, startingBehavior);
1607
1608         if (DOMAINDECOMP(cr))
1609         {
1610             GMX_RELEASE_ASSERT(fr, "fr was NULL while cr->duty was DUTY_PP");
1611             /* This call is not included in init_domain_decomposition mainly
1612              * because fr->cginfo_mb is set later.
1613              */
1614             dd_init_bondeds(fplog, cr->dd, mtop, vsite.get(), inputrec.get(),
1615                             domdecOptions.checkBondedInteractions, fr->cginfo_mb);
1616         }
1617
1618         // TODO This is not the right place to manage the lifetime of
1619         // this data structure, but currently it's the easiest way to
1620         // make it work.
1621         MdrunScheduleWorkload runScheduleWork;
1622         // Also populates the simulation constant workload description.
1623         runScheduleWork.simulationWork =
1624                 createSimulationWorkload(*inputrec, useGpuForNonbonded, pmeRunMode, useGpuForBonded,
1625                                          useGpuForUpdate, devFlags.enableGpuBufferOps,
1626                                          devFlags.enableGpuHaloExchange, devFlags.enableGpuPmePPComm);
1627
1628         std::unique_ptr<gmx::StatePropagatorDataGpu> stateGpu;
1629         if (gpusWereDetected
1630             && ((useGpuForPme && thisRankHasDuty(cr, DUTY_PME))
1631                 || runScheduleWork.simulationWork.useGpuBufferOps))
1632         {
1633             GpuApiCallBehavior transferKind = (inputrec->eI == eiMD && !doRerun && !useModularSimulator)
1634                                                       ? GpuApiCallBehavior::Async
1635                                                       : GpuApiCallBehavior::Sync;
1636             GMX_RELEASE_ASSERT(deviceStreamManager != nullptr,
1637                                "GPU device stream manager should be initialized to use GPU.");
1638             stateGpu = std::make_unique<gmx::StatePropagatorDataGpu>(
1639                     *deviceStreamManager, transferKind, pme_gpu_get_block_size(fr->pmedata), wcycle);
1640             fr->stateGpu = stateGpu.get();
1641         }
1642
1643         GMX_ASSERT(stopHandlerBuilder_, "Runner must provide StopHandlerBuilder to simulator.");
1644         SimulatorBuilder simulatorBuilder;
1645
1646         simulatorBuilder.add(SimulatorStateData(globalState.get(), &observablesHistory, &enerd, &ekind));
1647         simulatorBuilder.add(std::move(membedHolder));
1648         simulatorBuilder.add(std::move(stopHandlerBuilder_));
1649         simulatorBuilder.add(SimulatorConfig(mdrunOptions, startingBehavior, &runScheduleWork));
1650
1651
1652         simulatorBuilder.add(SimulatorEnv(fplog, cr, ms, mdlog, oenv));
1653         simulatorBuilder.add(Profiling(&nrnb, walltime_accounting, wcycle));
1654         simulatorBuilder.add(ConstraintsParam(
1655                 constr.get(), enforcedRotation ? enforcedRotation->getLegacyEnfrot() : nullptr,
1656                 vsite.get()));
1657         // TODO: Separate `fr` to a separate add, and make the `build` handle the coupling sensibly.
1658         simulatorBuilder.add(LegacyInput(static_cast<int>(filenames.size()), filenames.data(),
1659                                          inputrec.get(), fr));
1660         simulatorBuilder.add(ReplicaExchangeParameters(replExParams));
1661         simulatorBuilder.add(InteractiveMD(imdSession.get()));
1662         simulatorBuilder.add(SimulatorModules(mdModules_->outputProvider(), mdModules_->notifier()));
1663         simulatorBuilder.add(CenterOfMassPulling(pull_work));
1664         // Todo move to an MDModule
1665         simulatorBuilder.add(IonSwapping(swap));
1666         simulatorBuilder.add(TopologyData(&mtop, mdAtoms.get()));
1667         simulatorBuilder.add(BoxDeformationHandle(deform.get()));
1668
1669         // build and run simulator object based on user-input
1670         auto simulator = simulatorBuilder.build(useModularSimulator);
1671         simulator->run();
1672
1673         if (fr->pmePpCommGpu)
1674         {
1675             // destroy object since it is no longer required. (This needs to be done while the GPU context still exists.)
1676             fr->pmePpCommGpu.reset();
1677         }
1678
1679         if (inputrec->bPull)
1680         {
1681             finish_pull(pull_work);
1682         }
1683         finish_swapcoords(swap);
1684     }
1685     else
1686     {
1687         GMX_RELEASE_ASSERT(pmedata, "pmedata was NULL while cr->duty was not DUTY_PP");
1688         /* do PME only */
1689         walltime_accounting = walltime_accounting_init(gmx_omp_nthreads_get(emntPME));
1690         gmx_pmeonly(pmedata, cr, &nrnb, wcycle, walltime_accounting, inputrec.get(), pmeRunMode,
1691                     deviceStreamManager.get());
1692     }
1693
1694     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
1695
1696     /* Finish up, write some stuff
1697      * if rerunMD, don't write last frame again
1698      */
1699     finish_run(fplog, mdlog, cr, inputrec.get(), &nrnb, wcycle, walltime_accounting,
1700                fr ? fr->nbv.get() : nullptr, pmedata, EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && !isMultiSim(ms));
1701
1702     // clean up cycle counter
1703     wallcycle_destroy(wcycle);
1704
1705     deviceStreamManager.reset(nullptr);
1706     // Free PME data
1707     if (pmedata)
1708     {
1709         gmx_pme_destroy(pmedata);
1710         pmedata = nullptr;
1711     }
1712
1713     // FIXME: this is only here to manually unpin mdAtoms->chargeA_ and state->x,
1714     // before we destroy the GPU context(s) in free_gpu().
1715     // Pinned buffers are associated with contexts in CUDA.
1716     // As soon as we destroy GPU contexts after mdrunner() exits, these lines should go.
1717     mdAtoms.reset(nullptr);
1718     globalState.reset(nullptr);
1719     mdModules_.reset(nullptr); // destruct force providers here as they might also use the GPU
1720     gpuBonded.reset(nullptr);
1721     /* Free pinned buffers in *fr */
1722     delete fr;
1723     fr = nullptr;
1724     // TODO convert to C++ so we can get rid of these frees
1725     sfree(disresdata);
1726     sfree(oriresdata);
1727
1728     if (hwinfo->gpu_info.n_dev > 0)
1729     {
1730         /* stop the GPU profiler (only CUDA) */
1731         stopGpuProfiler();
1732     }
1733
1734     /* With tMPI we need to wait for all ranks to finish deallocation before
1735      * destroying the CUDA context in free_gpu() as some tMPI ranks may be sharing
1736      * GPU and context.
1737      *
1738      * This is not a concern in OpenCL where we use one context per rank which
1739      * is freed in nbnxn_gpu_free().
1740      *
1741      * Note: it is safe to not call the barrier on the ranks which do not use GPU,
1742      * but it is easier and more futureproof to call it on the whole node.
1743      *
1744      * Note that this function needs to be called even if GPUs are not used
1745      * in this run because the PME ranks have no knowledge of whether GPUs
1746      * are used or not, but all ranks need to enter the barrier below.
1747      * \todo Remove this physical node barrier after making sure
1748      * that it's not needed anymore (with a shared GPU run).
1749      */
1750     if (GMX_THREAD_MPI)
1751     {
1752         physicalNodeComm.barrier();
1753     }
1754
1755     free_gpu(deviceInfo);
1756
1757     /* Does what it says */
1758     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Finished mdrun", gmx_gettime());
1759     walltime_accounting_destroy(walltime_accounting);
1760
1761     // Ensure log file content is written
1762     if (logFileHandle)
1763     {
1764         gmx_fio_flush(logFileHandle);
1765     }
1766
1767     /* Reset FPEs (important for unit tests) by disabling them. Assumes no
1768      * exceptions were enabled before function was called. */
1769     if (bEnableFPE)
1770     {
1771         gmx_fedisableexcept();
1772     }
1773
1774     auto rc = static_cast<int>(gmx_get_stop_condition());
1775
1776 #if GMX_THREAD_MPI
1777     /* we need to join all threads. The sub-threads join when they
1778        exit this function, but the master thread needs to be told to
1779        wait for that. */
1780     if (MASTER(cr))
1781     {
1782         tMPI_Finalize();
1783     }
1784 #endif
1785     return rc;
1786 } // namespace gmx
1787
1788 Mdrunner::~Mdrunner()
1789 {
1790     // Clean up of the Manager.
1791     // This will end up getting called on every thread-MPI rank, which is unnecessary,
1792     // but okay as long as threads synchronize some time before adding or accessing
1793     // a new set of restraints.
1794     if (restraintManager_)
1795     {
1796         restraintManager_->clear();
1797         GMX_ASSERT(restraintManager_->countRestraints() == 0,
1798                    "restraints added during runner life time should be cleared at runner "
1799                    "destruction.");
1800     }
1801 };
1802
1803 void Mdrunner::addPotential(std::shared_ptr<gmx::IRestraintPotential> puller, const std::string& name)
1804 {
1805     GMX_ASSERT(restraintManager_, "Mdrunner must have a restraint manager.");
1806     // Not sure if this should be logged through the md logger or something else,
1807     // but it is helpful to have some sort of INFO level message sent somewhere.
1808     //    std::cout << "Registering restraint named " << name << std::endl;
1809
1810     // When multiple restraints are used, it may be wasteful to register them separately.
1811     // Maybe instead register an entire Restraint Manager as a force provider.
1812     restraintManager_->addToSpec(std::move(puller), name);
1813 }
1814
1815 Mdrunner::Mdrunner(std::unique_ptr<MDModules> mdModules) : mdModules_(std::move(mdModules)) {}
1816
1817 Mdrunner::Mdrunner(Mdrunner&&) noexcept = default;
1818
1819 Mdrunner& Mdrunner::operator=(Mdrunner&& /*handle*/) noexcept = default;
1820
1821 class Mdrunner::BuilderImplementation
1822 {
1823 public:
1824     BuilderImplementation() = delete;
1825     BuilderImplementation(std::unique_ptr<MDModules> mdModules, compat::not_null<SimulationContext*> context);
1826     ~BuilderImplementation();
1827
1828     BuilderImplementation& setExtraMdrunOptions(const MdrunOptions& options,
1829                                                 real                forceWarningThreshold,
1830                                                 StartingBehavior    startingBehavior);
1831
1832     void addDomdec(const DomdecOptions& options);
1833
1834     void addVerletList(int nstlist);
1835
1836     void addReplicaExchange(const ReplicaExchangeParameters& params);
1837
1838     void addNonBonded(const char* nbpu_opt);
1839
1840     void addPME(const char* pme_opt_, const char* pme_fft_opt_);
1841
1842     void addBondedTaskAssignment(const char* bonded_opt);
1843
1844     void addUpdateTaskAssignment(const char* update_opt);
1845
1846     void addHardwareOptions(const gmx_hw_opt_t& hardwareOptions);
1847
1848     void addFilenames(ArrayRef<const t_filenm> filenames);
1849
1850     void addOutputEnvironment(gmx_output_env_t* outputEnvironment);
1851
1852     void addLogFile(t_fileio* logFileHandle);
1853
1854     void addStopHandlerBuilder(std::unique_ptr<StopHandlerBuilder> builder);
1855
1856     Mdrunner build();
1857
1858 private:
1859     // Default parameters copied from runner.h
1860     // \todo Clarify source(s) of default parameters.
1861
1862     const char* nbpu_opt_    = nullptr;
1863     const char* pme_opt_     = nullptr;
1864     const char* pme_fft_opt_ = nullptr;
1865     const char* bonded_opt_  = nullptr;
1866     const char* update_opt_  = nullptr;
1867
1868     MdrunOptions mdrunOptions_;
1869
1870     DomdecOptions domdecOptions_;
1871
1872     ReplicaExchangeParameters replicaExchangeParameters_;
1873
1874     //! Command-line override for the duration of a neighbor list with the Verlet scheme.
1875     int nstlist_ = 0;
1876
1877     //! Multisim communicator handle.
1878     gmx_multisim_t* multiSimulation_;
1879
1880     //! mdrun communicator
1881     MPI_Comm communicator_ = MPI_COMM_NULL;
1882
1883     //! Print a warning if any force is larger than this (in kJ/mol nm).
1884     real forceWarningThreshold_ = -1;
1885
1886     //! Whether the simulation will start afresh, or restart with/without appending.
1887     StartingBehavior startingBehavior_ = StartingBehavior::NewSimulation;
1888
1889     //! The modules that comprise the functionality of mdrun.
1890     std::unique_ptr<MDModules> mdModules_;
1891
1892     //! \brief Parallelism information.
1893     gmx_hw_opt_t hardwareOptions_;
1894
1895     //! filename options for simulation.
1896     ArrayRef<const t_filenm> filenames_;
1897
1898     /*! \brief Handle to output environment.
1899      *
1900      * \todo gmx_output_env_t needs lifetime management.
1901      */
1902     gmx_output_env_t* outputEnvironment_ = nullptr;
1903
1904     /*! \brief Non-owning handle to MD log file.
1905      *
1906      * \todo Context should own output facilities for client.
1907      * \todo Improve log file handle management.
1908      * \internal
1909      * Code managing the FILE* relies on the ability to set it to
1910      * nullptr to check whether the filehandle is valid.
1911      */
1912     t_fileio* logFileHandle_ = nullptr;
1913
1914     /*!
1915      * \brief Builder for simulation stop signal handler.
1916      */
1917     std::unique_ptr<StopHandlerBuilder> stopHandlerBuilder_ = nullptr;
1918 };
1919
1920 Mdrunner::BuilderImplementation::BuilderImplementation(std::unique_ptr<MDModules> mdModules,
1921                                                        compat::not_null<SimulationContext*> context) :
1922     mdModules_(std::move(mdModules))
1923 {
1924     communicator_    = context->communicator_;
1925     multiSimulation_ = context->multiSimulation_.get();
1926 }
1927
1928 Mdrunner::BuilderImplementation::~BuilderImplementation() = default;
1929
1930 Mdrunner::BuilderImplementation&
1931 Mdrunner::BuilderImplementation::setExtraMdrunOptions(const MdrunOptions&    options,
1932                                                       const real             forceWarningThreshold,
1933                                                       const StartingBehavior startingBehavior)
1934 {
1935     mdrunOptions_          = options;
1936     forceWarningThreshold_ = forceWarningThreshold;
1937     startingBehavior_      = startingBehavior;
1938     return *this;
1939 }
1940
1941 void Mdrunner::BuilderImplementation::addDomdec(const DomdecOptions& options)
1942 {
1943     domdecOptions_ = options;
1944 }
1945
1946 void Mdrunner::BuilderImplementation::addVerletList(int nstlist)
1947 {
1948     nstlist_ = nstlist;
1949 }
1950
1951 void Mdrunner::BuilderImplementation::addReplicaExchange(const ReplicaExchangeParameters& params)
1952 {
1953     replicaExchangeParameters_ = params;
1954 }
1955
1956 Mdrunner Mdrunner::BuilderImplementation::build()
1957 {
1958     auto newRunner = Mdrunner(std::move(mdModules_));
1959
1960     newRunner.mdrunOptions     = mdrunOptions_;
1961     newRunner.pforce           = forceWarningThreshold_;
1962     newRunner.startingBehavior = startingBehavior_;
1963     newRunner.domdecOptions    = domdecOptions_;
1964
1965     // \todo determine an invariant to check or confirm that all gmx_hw_opt_t objects are valid
1966     newRunner.hw_opt = hardwareOptions_;
1967
1968     // No invariant to check. This parameter exists to optionally override other behavior.
1969     newRunner.nstlist_cmdline = nstlist_;
1970
1971     newRunner.replExParams = replicaExchangeParameters_;
1972
1973     newRunner.filenames = filenames_;
1974
1975     newRunner.communicator = communicator_;
1976
1977     // nullptr is a valid value for the multisim handle
1978     newRunner.ms = multiSimulation_;
1979
1980     // \todo Clarify ownership and lifetime management for gmx_output_env_t
1981     // \todo Update sanity checking when output environment has clearly specified invariants.
1982     // Initialization and default values for oenv are not well specified in the current version.
1983     if (outputEnvironment_)
1984     {
1985         newRunner.oenv = outputEnvironment_;
1986     }
1987     else
1988     {
1989         GMX_THROW(gmx::APIError(
1990                 "MdrunnerBuilder::addOutputEnvironment() is required before build()"));
1991     }
1992
1993     newRunner.logFileHandle = logFileHandle_;
1994
1995     if (nbpu_opt_)
1996     {
1997         newRunner.nbpu_opt = nbpu_opt_;
1998     }
1999     else
2000     {
2001         GMX_THROW(gmx::APIError("MdrunnerBuilder::addNonBonded() is required before build()"));
2002     }
2003
2004     if (pme_opt_ && pme_fft_opt_)
2005     {
2006         newRunner.pme_opt     = pme_opt_;
2007         newRunner.pme_fft_opt = pme_fft_opt_;
2008     }
2009     else
2010     {
2011         GMX_THROW(gmx::APIError("MdrunnerBuilder::addElectrostatics() is required before build()"));
2012     }
2013
2014     if (bonded_opt_)
2015     {
2016         newRunner.bonded_opt = bonded_opt_;
2017     }
2018     else
2019     {
2020         GMX_THROW(gmx::APIError(
2021                 "MdrunnerBuilder::addBondedTaskAssignment() is required before build()"));
2022     }
2023
2024     if (update_opt_)
2025     {
2026         newRunner.update_opt = update_opt_;
2027     }
2028     else
2029     {
2030         GMX_THROW(gmx::APIError(
2031                 "MdrunnerBuilder::addUpdateTaskAssignment() is required before build()  "));
2032     }
2033
2034
2035     newRunner.restraintManager_ = std::make_unique<gmx::RestraintManager>();
2036
2037     if (stopHandlerBuilder_)
2038     {
2039         newRunner.stopHandlerBuilder_ = std::move(stopHandlerBuilder_);
2040     }
2041     else
2042     {
2043         newRunner.stopHandlerBuilder_ = std::make_unique<StopHandlerBuilder>();
2044     }
2045
2046     return newRunner;
2047 }
2048
2049 void Mdrunner::BuilderImplementation::addNonBonded(const char* nbpu_opt)
2050 {
2051     nbpu_opt_ = nbpu_opt;
2052 }
2053
2054 void Mdrunner::BuilderImplementation::addPME(const char* pme_opt, const char* pme_fft_opt)
2055 {
2056     pme_opt_     = pme_opt;
2057     pme_fft_opt_ = pme_fft_opt;
2058 }
2059
2060 void Mdrunner::BuilderImplementation::addBondedTaskAssignment(const char* bonded_opt)
2061 {
2062     bonded_opt_ = bonded_opt;
2063 }
2064
2065 void Mdrunner::BuilderImplementation::addUpdateTaskAssignment(const char* update_opt)
2066 {
2067     update_opt_ = update_opt;
2068 }
2069
2070 void Mdrunner::BuilderImplementation::addHardwareOptions(const gmx_hw_opt_t& hardwareOptions)
2071 {
2072     hardwareOptions_ = hardwareOptions;
2073 }
2074
2075 void Mdrunner::BuilderImplementation::addFilenames(ArrayRef<const t_filenm> filenames)
2076 {
2077     filenames_ = filenames;
2078 }
2079
2080 void Mdrunner::BuilderImplementation::addOutputEnvironment(gmx_output_env_t* outputEnvironment)
2081 {
2082     outputEnvironment_ = outputEnvironment;
2083 }
2084
2085 void Mdrunner::BuilderImplementation::addLogFile(t_fileio* logFileHandle)
2086 {
2087     logFileHandle_ = logFileHandle;
2088 }
2089
2090 void Mdrunner::BuilderImplementation::addStopHandlerBuilder(std::unique_ptr<StopHandlerBuilder> builder)
2091 {
2092     stopHandlerBuilder_ = std::move(builder);
2093 }
2094
2095 MdrunnerBuilder::MdrunnerBuilder(std::unique_ptr<MDModules>           mdModules,
2096                                  compat::not_null<SimulationContext*> context) :
2097     impl_{ std::make_unique<Mdrunner::BuilderImplementation>(std::move(mdModules), context) }
2098 {
2099 }
2100
2101 MdrunnerBuilder::~MdrunnerBuilder() = default;
2102
2103 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addSimulationMethod(const MdrunOptions&    options,
2104                                                       real                   forceWarningThreshold,
2105                                                       const StartingBehavior startingBehavior)
2106 {
2107     impl_->setExtraMdrunOptions(options, forceWarningThreshold, startingBehavior);
2108     return *this;
2109 }
2110
2111 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addDomainDecomposition(const DomdecOptions& options)
2112 {
2113     impl_->addDomdec(options);
2114     return *this;
2115 }
2116
2117 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addNeighborList(int nstlist)
2118 {
2119     impl_->addVerletList(nstlist);
2120     return *this;
2121 }
2122
2123 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addReplicaExchange(const ReplicaExchangeParameters& params)
2124 {
2125     impl_->addReplicaExchange(params);
2126     return *this;
2127 }
2128
2129 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addNonBonded(const char* nbpu_opt)
2130 {
2131     impl_->addNonBonded(nbpu_opt);
2132     return *this;
2133 }
2134
2135 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addElectrostatics(const char* pme_opt, const char* pme_fft_opt)
2136 {
2137     // The builder method may become more general in the future, but in this version,
2138     // parameters for PME electrostatics are both required and the only parameters
2139     // available.
2140     if (pme_opt && pme_fft_opt)
2141     {
2142         impl_->addPME(pme_opt, pme_fft_opt);
2143     }
2144     else
2145     {
2146         GMX_THROW(
2147                 gmx::InvalidInputError("addElectrostatics() arguments must be non-null pointers."));
2148     }
2149     return *this;
2150 }
2151
2152 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addBondedTaskAssignment(const char* bonded_opt)
2153 {
2154     impl_->addBondedTaskAssignment(bonded_opt);
2155     return *this;
2156 }
2157
2158 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addUpdateTaskAssignment(const char* update_opt)
2159 {
2160     impl_->addUpdateTaskAssignment(update_opt);
2161     return *this;
2162 }
2163
2164 Mdrunner MdrunnerBuilder::build()
2165 {
2166     return impl_->build();
2167 }
2168
2169 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addHardwareOptions(const gmx_hw_opt_t& hardwareOptions)
2170 {
2171     impl_->addHardwareOptions(hardwareOptions);
2172     return *this;
2173 }
2174
2175 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addFilenames(ArrayRef<const t_filenm> filenames)
2176 {
2177     impl_->addFilenames(filenames);
2178     return *this;
2179 }
2180
2181 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addOutputEnvironment(gmx_output_env_t* outputEnvironment)
2182 {
2183     impl_->addOutputEnvironment(outputEnvironment);
2184     return *this;
2185 }
2186
2187 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addLogFile(t_fileio* logFileHandle)
2188 {
2189     impl_->addLogFile(logFileHandle);
2190     return *this;
2191 }
2192
2193 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::addStopHandlerBuilder(std::unique_ptr<StopHandlerBuilder> builder)
2194 {
2195     impl_->addStopHandlerBuilder(std::move(builder));
2196     return *this;
2197 }
2198
2199 MdrunnerBuilder::MdrunnerBuilder(MdrunnerBuilder&&) noexcept = default;
2200
2201 MdrunnerBuilder& MdrunnerBuilder::operator=(MdrunnerBuilder&&) noexcept = default;
2202
2203 } // namespace gmx