src/gromacs/mdtypes/forcerec.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017,2018,2019, 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 #ifndef GMX_MDTYPES_TYPES_FORCEREC_H
  38 #define GMX_MDTYPES_TYPES_FORCEREC_H
  39
  40 #include <array>
  41 #include <memory>
  42 #include <vector>
  43
  44 #include "gromacs/math/vectypes.h"
  45 #include "gromacs/mdtypes/interaction_const.h"
  46 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  47 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  48 #include "gromacs/utility/real.h"
  49
  50 /* Abstract type for PME that is defined only in the routine that use them. */
  51 struct gmx_ns_t;
  52 struct gmx_pme_t;
  53 struct nonbonded_verlet_t;
  54 struct bonded_threading_t;
  55 class DispersionCorrection;
  56 struct t_forcetable;
  57 struct t_QMMMrec;
  58
  59 namespace gmx
  60 {
  61 class GpuBonded;
  62 class ForceProviders;
  63 }
  64
  65 /* macros for the cginfo data in forcerec
  66  *
  67  * Since the tpx format support max 256 energy groups, we do the same here.
  68  * Note that we thus have bits 8-14 still unused.
  69  *
  70  * The maximum cg size in cginfo is 63
  71  * because we only have space for 6 bits in cginfo,
  72  * this cg size entry is actually only read with domain decomposition.
  73  */
  74 #define SET_CGINFO_GID(cgi, gid)     (cgi) = (((cgi)  &  ~255) | (gid))
  75 #define GET_CGINFO_GID(cgi)        ( (cgi)            &   255)
  76 #define SET_CGINFO_FEP(cgi)          (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<15))
  77 #define GET_CGINFO_FEP(cgi)        ( (cgi)            &  (1<<15))
  78 #define SET_CGINFO_EXCL_INTER(cgi)   (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<17))
  79 #define GET_CGINFO_EXCL_INTER(cgi) ( (cgi)            &  (1<<17))
  80 #define SET_CGINFO_CONSTR(cgi)       (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<20))
  81 #define GET_CGINFO_CONSTR(cgi)     ( (cgi)            &  (1<<20))
  82 #define SET_CGINFO_SETTLE(cgi)       (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<21))
  83 #define GET_CGINFO_SETTLE(cgi)     ( (cgi)            &  (1<<21))
  84 /* This bit is only used with bBondComm in the domain decomposition */
  85 #define SET_CGINFO_BOND_INTER(cgi)   (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<22))
  86 #define GET_CGINFO_BOND_INTER(cgi) ( (cgi)            &  (1<<22))
  87 #define SET_CGINFO_HAS_VDW(cgi)      (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<23))
  88 #define GET_CGINFO_HAS_VDW(cgi)    ( (cgi)            &  (1<<23))
  89 #define SET_CGINFO_HAS_Q(cgi)        (cgi) =  ((cgi)  |  (1<<24))
  90 #define GET_CGINFO_HAS_Q(cgi)      ( (cgi)            &  (1<<24))
  91
  92
  93 /* Value to be used in mdrun for an infinite cut-off.
  94  * Since we need to compare with the cut-off squared,
  95  * this value should be slighlty smaller than sqrt(GMX_FLOAT_MAX).
  96  */
  97 #define GMX_CUTOFF_INF 1E+18
  98
  99 /* enums for the neighborlist type */
 100 enum {
 101     enbvdwNONE, enbvdwLJ, enbvdwBHAM, enbvdwTAB, enbvdwNR
 102 };
 103
 104 struct cginfo_mb_t
 105 {
 106     int  cg_start;
 107     int  cg_end;
 108     int  cg_mod;
 109     int *cginfo;
 110 };
 111
 112
 113 /* Forward declaration of type for managing Ewald tables */
 114 struct gmx_ewald_tab_t;
 115
 116 struct ewald_corr_thread_t;
 117
 118 struct t_forcerec { // NOLINT (clang-analyzer-optin.performance.Padding)
 119     struct interaction_const_t *ic = nullptr;
 120
 121     /* PBC stuff */
 122     int                         ePBC = 0;
 123     //! Tells whether atoms inside a molecule can be in different periodic images,
 124     //  i.e. whether we need to take into account PBC when computing distances inside molecules.
 125     //  This determines whether PBC must be considered for e.g. bonded interactions.
 126     gmx_bool                    bMolPBC     = FALSE;
 127     int                         rc_scaling  = 0;
 128     rvec                        posres_com  = { 0 };
 129     rvec                        posres_comB = { 0 };
 130
 131     gmx_bool                    use_simd_kernels = FALSE;
 132
 133     /* Interaction for calculated in kernels. In many cases this is similar to
 134      * the electrostatics settings in the inputrecord, but the difference is that
 135      * these variables always specify the actual interaction in the kernel - if
 136      * we are tabulating reaction-field the inputrec will say reaction-field, but
 137      * the kernel interaction will say cubic-spline-table. To be safe we also
 138      * have a kernel-specific setting for the modifiers - if the interaction is
 139      * tabulated we already included the inputrec modification there, so the kernel
 140      * modification setting will say 'none' in that case.
 141      */
 142     int nbkernel_elec_interaction = 0;
 143     int nbkernel_vdw_interaction  = 0;
 144     int nbkernel_elec_modifier    = 0;
 145     int nbkernel_vdw_modifier     = 0;
 146
 147     /* Cut-Off stuff.
 148      * Infinite cut-off's will be GMX_CUTOFF_INF (unlike in t_inputrec: 0).
 149      */
 150     real rlist = 0;
 151
 152     /* Charge sum and dipole for topology A/B ([0]/[1]) for Ewald corrections */
 153     double qsum[2]   = { 0 };
 154     double q2sum[2]  = { 0 };
 155     double c6sum[2]  = { 0 };
 156     rvec   mu_tot[2] = { { 0 } };
 157
 158     /* Dispersion correction stuff */
 159     std::unique_ptr<DispersionCorrection> dispersionCorrection;
 160
 161     /* Fudge factors */
 162     real fudgeQQ = 0;
 163
 164     /* Table stuff */
 165     gmx_bool             bcoultab = FALSE;
 166     gmx_bool             bvdwtab  = FALSE;
 167
 168     t_forcetable        *pairsTable = nullptr; /* for 1-4 interactions, [pairs] and [pairs_nb] */
 169
 170     /* Free energy */
 171     int      efep          = 0;
 172     real     sc_alphavdw   = 0;
 173     real     sc_alphacoul  = 0;
 174     int      sc_power      = 0;
 175     real     sc_r_power    = 0;
 176     real     sc_sigma6_def = 0;
 177     real     sc_sigma6_min = 0;
 178
 179     /* Information about atom properties for the molecule blocks in the system */
 180     struct cginfo_mb_t *cginfo_mb                    = nullptr;
 181     /* Information about atom properties for local and non-local atoms */
 182     std::vector<int>    cginfo;
 183
 184     rvec               *shift_vec                    = nullptr;
 185
 186     int                 cutoff_scheme = 0;     /* group- or Verlet-style cutoff */
 187     gmx_bool            bNonbonded    = FALSE; /* true if nonbonded calculations are *not* turned off */
 188
 189     /* The Nbnxm Verlet non-bonded machinery */
 190     std::unique_ptr<nonbonded_verlet_t> nbv;
 191
 192     /* The wall tables (if used) */
 193     int                    nwall    = 0;
 194     t_forcetable        ***wall_tab = nullptr;
 195
 196     /* The number of atoms participating in do_force_lowlevel */
 197     int natoms_force = 0;
 198     /* The number of atoms participating in force and constraints */
 199     int natoms_force_constr = 0;
 200     /* The allocation size of vectors of size natoms_force */
 201     int nalloc_force = 0;
 202
 203     /* Forces that should not enter into the coord x force virial summation:
 204      * PPPM/PME/Ewald/posres/ForceProviders
 205      */
 206     /* True when we have contributions that are directly added to the virial */
 207     bool                   haveDirectVirialContributions = false;
 208     /* Force buffer for force computation with direct virial contributions */
 209     std::vector<gmx::RVec> forceBufferForDirectVirialContributions;
 210
 211     /* Data for PPPM/PME/Ewald */
 212     struct gmx_pme_t *pmedata                = nullptr;
 213     int               ljpme_combination_rule = 0;
 214
 215     /* PME/Ewald stuff */
 216     struct gmx_ewald_tab_t *ewald_table = nullptr;
 217
 218     /* Shift force array for computing the virial, size SHIFTS */
 219     std::vector<gmx::RVec> shiftForces;
 220
 221     /* Non bonded Parameter lists */
 222     int      ntype        = 0; /* Number of atom types */
 223     gmx_bool bBHAM        = FALSE;
 224     real    *nbfp         = nullptr;
 225     real    *ljpme_c6grid = nullptr; /* C6-values used on grid in LJPME */
 226
 227     /* Energy group pair flags */
 228     int *egp_flags = nullptr;
 229
 230     /* Shell molecular dynamics flexible constraints */
 231     real fc_stepsize = 0;
 232
 233     /* If > 0 signals Test Particle Insertion,
 234      * the value is the number of atoms of the molecule to insert
 235      * Only the energy difference due to the addition of the last molecule
 236      * should be calculated.
 237      */
 238     int n_tpi = 0;
 239
 240     /* QMMM stuff */
 241     gmx_bool          bQMMM = FALSE;
 242     struct t_QMMMrec *qr    = nullptr;
 243
 244     /* QM-MM neighborlists */
 245     struct t_nblist        *QMMMlist = nullptr;
 246
 247     /* Limit for printing large forces, negative is don't print */
 248     real print_force = 0;
 249
 250     /* User determined parameters, copied from the inputrec */
 251     int  userint1  = 0;
 252     int  userint2  = 0;
 253     int  userint3  = 0;
 254     int  userint4  = 0;
 255     real userreal1 = 0;
 256     real userreal2 = 0;
 257     real userreal3 = 0;
 258     real userreal4 = 0;
 259
 260     /* Pointer to struct for managing threading of bonded force calculation */
 261     struct bonded_threading_t *bondedThreading = nullptr;
 262
 263     /* TODO: Replace the pointer by an object once we got rid of C */
 264     gmx::GpuBonded *gpuBonded = nullptr;
 265
 266     /* Ewald correction thread local virial and energy data */
 267     int                         nthread_ewc = 0;
 268     struct ewald_corr_thread_t *ewc_t       = nullptr;
 269
 270     gmx::ForceProviders        *forceProviders = nullptr;
 271 };
 272
 273 /* Important: Starting with Gromacs-4.6, the values of c6 and c12 in the nbfp array have
 274  * been scaled by 6.0 or 12.0 to save flops in the kernels. We have corrected this everywhere
 275  * in the code, but beware if you are using these macros externally.
 276  */
 277 #define C6(nbfp, ntp, ai, aj)     (nbfp)[2*((ntp)*(ai)+(aj))]
 278 #define C12(nbfp, ntp, ai, aj)    (nbfp)[2*((ntp)*(ai)+(aj))+1]
 279 #define BHAMC(nbfp, ntp, ai, aj)  (nbfp)[3*((ntp)*(ai)+(aj))]
 280 #define BHAMA(nbfp, ntp, ai, aj)  (nbfp)[3*((ntp)*(ai)+(aj))+1]
 281 #define BHAMB(nbfp, ntp, ai, aj)  (nbfp)[3*((ntp)*(ai)+(aj))+2]
 282
 283 #endif