src/gromacs/modularsimulator/freeenergyperturbationdata.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2019,2020, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \internal \file
  36  * \brief Defines the free energy perturbation element for the modular simulator
  37  *
  38  * \author Pascal Merz <pascal.merz@me.com>
  39  * \ingroup module_modularsimulator
  40  */
  41
  42 #include "gmxpre.h"
  43
  44 #include "freeenergyperturbationdata.h"
  45
  46 #include "gromacs/domdec/domdec_network.h"
  47 #include "gromacs/mdlib/freeenergyparameters.h"
  48 #include "gromacs/mdlib/md_support.h"
  49 #include "gromacs/mdlib/mdatoms.h"
  50 #include "gromacs/mdtypes/checkpointdata.h"
  51 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  52 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  53 #include "gromacs/mdtypes/mdatom.h"
  54 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  55
  56 #include "modularsimulator.h"
  57 #include "simulatoralgorithm.h"
  58
  59 namespace gmx
  60 {
  61
  62 FreeEnergyPerturbationData::FreeEnergyPerturbationData(FILE* fplog, const t_inputrec* inputrec, MDAtoms* mdAtoms) :
  63     element_(std::make_unique<Element>(this, inputrec->fepvals->delta_lambda)),
  64     lambda_(),
  65     currentFEPState_(0),
  66     fplog_(fplog),
  67     inputrec_(inputrec),
  68     mdAtoms_(mdAtoms)
  69 {
  70     lambda_.fill(0);
  71     // The legacy implementation only filled the lambda vector in state_global, which is only
  72     // available on master. We have the lambda vector available everywhere, so we pass a `true`
  73     // for isMaster on all ranks. See #3647.
  74     initialize_lambdas(fplog_, *inputrec_, true, &currentFEPState_, lambda_);
  75 }
  76
  77 void FreeEnergyPerturbationData::Element::scheduleTask(Step step,
  78                                                        Time gmx_unused            time,
  79                                                        const RegisterRunFunction& registerRunFunction)
  80 {
  81     if (lambdasChange_)
  82     {
  83         registerRunFunction([this, step]() { freeEnergyPerturbationData_->updateLambdas(step); });
  84     }
  85 }
  86
  87 void FreeEnergyPerturbationData::updateLambdas(Step step)
  88 {
  89     // at beginning of step (if lambdas change...)
  90     lambda_ = currentLambdas(step, *(inputrec_->fepvals), currentFEPState_);
  91     updateMDAtoms();
  92 }
  93
  94 ArrayRef<real> FreeEnergyPerturbationData::lambdaView()
  95 {
  96     return lambda_;
  97 }
  98
  99 ArrayRef<const real> FreeEnergyPerturbationData::constLambdaView()
 100 {
 101     return lambda_;
 102 }
 103
 104 int FreeEnergyPerturbationData::currentFEPState()
 105 {
 106     return currentFEPState_;
 107 }
 108
 109 void FreeEnergyPerturbationData::updateMDAtoms()
 110 {
 111     update_mdatoms(mdAtoms_->mdatoms(), lambda_[efptMASS]);
 112 }
 113
 114 namespace
 115 {
 116 /*!
 117  * \brief Enum describing the contents FreeEnergyPerturbationData::Element writes to modular checkpoint
 118  *
 119  * When changing the checkpoint content, add a new element just above Count, and adjust the
 120  * checkpoint functionality.
 121  */
 122 enum class CheckpointVersion
 123 {
 124     Base, //!< First version of modular checkpointing
 125     Count //!< Number of entries. Add new versions right above this!
 126 };
 127 constexpr auto c_currentVersion = CheckpointVersion(int(CheckpointVersion::Count) - 1);
 128 } // namespace
 129
 130 template<CheckpointDataOperation operation>
 131 void FreeEnergyPerturbationData::Element::doCheckpointData(CheckpointData<operation>* checkpointData)
 132 {
 133     checkpointVersion(checkpointData, "FreeEnergyPerturbationData version", c_currentVersion);
 134
 135     checkpointData->scalar("current FEP state", &freeEnergyPerturbationData_->currentFEPState_);
 136     checkpointData->arrayRef("lambda vector",
 137                              makeCheckpointArrayRef<operation>(freeEnergyPerturbationData_->lambda_));
 138 }
 139
 140 void FreeEnergyPerturbationData::Element::saveCheckpointState(std::optional<WriteCheckpointData> checkpointData,
 141                                                               const t_commrec*                   cr)
 142 {
 143     if (MASTER(cr))
 144     {
 145         doCheckpointData<CheckpointDataOperation::Write>(&checkpointData.value());
 146     }
 147 }
 148
 149 void FreeEnergyPerturbationData::Element::restoreCheckpointState(std::optional<ReadCheckpointData> checkpointData,
 150                                                                  const t_commrec* cr)
 151 {
 152     if (MASTER(cr))
 153     {
 154         doCheckpointData<CheckpointDataOperation::Read>(&checkpointData.value());
 155     }
 156     if (DOMAINDECOMP(cr))
 157     {
 158         dd_bcast(cr->dd, sizeof(int), &freeEnergyPerturbationData_->currentFEPState_);
 159         dd_bcast(cr->dd,
 160                  ssize(freeEnergyPerturbationData_->lambda_) * int(sizeof(real)),
 161                  freeEnergyPerturbationData_->lambda_.data());
 162     }
 163 }
 164
 165 const std::string& FreeEnergyPerturbationData::Element::clientID()
 166 {
 167     return identifier_;
 168 }
 169
 170 FreeEnergyPerturbationData::Element::Element(FreeEnergyPerturbationData* freeEnergyPerturbationElement,
 171                                              double                      deltaLambda) :
 172     freeEnergyPerturbationData_(freeEnergyPerturbationElement),
 173     lambdasChange_(deltaLambda != 0)
 174 {
 175 }
 176
 177 void FreeEnergyPerturbationData::Element::elementSetup()
 178 {
 179     freeEnergyPerturbationData_->updateMDAtoms();
 180 }
 181
 182 FreeEnergyPerturbationData::Element* FreeEnergyPerturbationData::element()
 183 {
 184     return element_.get();
 185 }
 186
 187 ISimulatorElement* FreeEnergyPerturbationData::Element::getElementPointerImpl(
 188         LegacySimulatorData gmx_unused*        legacySimulatorData,
 189         ModularSimulatorAlgorithmBuilderHelper gmx_unused* builderHelper,
 190         StatePropagatorData gmx_unused* statePropagatorData,
 191         EnergyData gmx_unused*      energyData,
 192         FreeEnergyPerturbationData* freeEnergyPerturbationData,
 193         GlobalCommunicationHelper gmx_unused* globalCommunicationHelper)
 194 {
 195     return freeEnergyPerturbationData->element();
 196 }
 197
 198 } // namespace gmx