src/gromacs/nbnxm/cuda/nbnxm_cuda_types.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) 2001-2012, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018,2019, 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
  38 /*! \internal \file
  39  *  \brief
  40  *  Data types used internally in the nbnxn_cuda module.
  41  *
  42  *  \author Szilárd Páll <pall.szilard@gmail.com>
  43  *  \ingroup module_nbnxm
  44  */
  45
  46 #ifndef NBNXM_CUDA_TYPES_H
  47 #define NBNXM_CUDA_TYPES_H
  48
  49 #include "gromacs/gpu_utils/cuda_arch_utils.cuh"
  50 #include "gromacs/gpu_utils/cudautils.cuh"
  51 #include "gromacs/gpu_utils/devicebuffer.h"
  52 #include "gromacs/gpu_utils/gputraits.cuh"
  53 #include "gromacs/mdtypes/interaction_const.h"
  54 #include "gromacs/nbnxm/gpu_types_common.h"
  55 #include "gromacs/nbnxm/pairlist.h"
  56 #include "gromacs/timing/gpu_timing.h"
  57
  58 /*! \brief Macro definining default for the prune kernel's j4 processing concurrency.
  59  *
  60  *  The GMX_NBNXN_PRUNE_KERNEL_J4_CONCURRENCY macro allows compile-time override.
  61  */
  62 #ifndef GMX_NBNXN_PRUNE_KERNEL_J4_CONCURRENCY
  63 #define GMX_NBNXN_PRUNE_KERNEL_J4_CONCURRENCY 4
  64 #endif
  65 /*! \brief Default for the prune kernel's j4 processing concurrency.
  66  *
  67  *  Initialized using the #GMX_NBNXN_PRUNE_KERNEL_J4_CONCURRENCY macro which allows compile-time override.
  68  */
  69 const int c_cudaPruneKernelJ4Concurrency = GMX_NBNXN_PRUNE_KERNEL_J4_CONCURRENCY;
  70
  71 /* TODO: consider moving this to kernel_utils */
  72 /* Convenience defines */
  73 /*! \brief number of clusters per supercluster. */
  74 static const int c_numClPerSupercl = c_nbnxnGpuNumClusterPerSupercluster;
  75 /*! \brief cluster size = number of atoms per cluster. */
  76 static const int c_clSize          = c_nbnxnGpuClusterSize;
  77
  78 /*! \brief Electrostatic CUDA kernel flavors.
  79  *
  80  *  Types of electrostatics implementations available in the CUDA non-bonded
  81  *  force kernels. These represent both the electrostatics types implemented
  82  *  by the kernels (cut-off, RF, and Ewald - a subset of what's defined in
  83  *  enums.h) as well as encode implementation details analytical/tabulated
  84  *  and single or twin cut-off (for Ewald kernels).
  85  *  Note that the cut-off and RF kernels have only analytical flavor and unlike
  86  *  in the CPU kernels, the tabulated kernels are ATM Ewald-only.
  87  *
  88  *  The row-order of pointers to different electrostatic kernels defined in
  89  *  nbnxn_cuda.cu by the nb_*_kfunc_ptr function pointer table
  90  *  should match the order of enumerated types below.
  91  */
  92 enum eelCu {
  93     eelCuCUT, eelCuRF, eelCuEWALD_TAB, eelCuEWALD_TAB_TWIN, eelCuEWALD_ANA, eelCuEWALD_ANA_TWIN, eelCuNR
  94 };
  95
  96 /*! \brief VdW CUDA kernel flavors.
  97  *
  98  * The enumerates values correspond to the LJ implementations in the CUDA non-bonded
  99  * kernels.
 100  *
 101  * The column-order of pointers to different electrostatic kernels defined in
 102  * nbnxn_cuda.cu by the nb_*_kfunc_ptr function pointer table
 103  * should match the order of enumerated types below.
 104  */
 105 enum evdwCu {
 106     evdwCuCUT, evdwCuCUTCOMBGEOM, evdwCuCUTCOMBLB, evdwCuFSWITCH, evdwCuPSWITCH, evdwCuEWALDGEOM, evdwCuEWALDLB, evdwCuNR
 107 };
 108
 109 /* All structs prefixed with "cu_" hold data used in GPU calculations and
 110  * are passed to the kernels, except cu_timers_t. */
 111 /*! \cond */
 112 typedef struct cu_atomdata  cu_atomdata_t;
 113 typedef struct cu_nbparam   cu_nbparam_t;
 114 typedef struct nb_staging   nb_staging_t;
 115 /*! \endcond */
 116
 117
 118 /** \internal
 119  * \brief Staging area for temporary data downloaded from the GPU.
 120  *
 121  *  The energies/shift forces get downloaded here first, before getting added
 122  *  to the CPU-side aggregate values.
 123  */
 124 struct nb_staging
 125 {
 126     float   *e_lj;      /**< LJ energy            */
 127     float   *e_el;      /**< electrostatic energy */
 128     float3  *fshift;    /**< shift forces         */
 129 };
 130
 131 /** \internal
 132  * \brief Nonbonded atom data - both inputs and outputs.
 133  */
 134 struct cu_atomdata
 135 {
 136     int      natoms;            /**< number of atoms                              */
 137     int      natoms_local;      /**< number of local atoms                        */
 138     int      nalloc;            /**< allocation size for the atom data (xq, f)    */
 139
 140     float4  *xq;                /**< atom coordinates + charges, size natoms      */
 141     float3  *f;                 /**< force output array, size natoms              */
 142
 143     float   *e_lj;              /**< LJ energy output, size 1                     */
 144     float   *e_el;              /**< Electrostatics energy input, size 1          */
 145
 146     float3  *fshift;            /**< shift forces                                 */
 147
 148     int      ntypes;            /**< number of atom types                         */
 149     int     *atom_types;        /**< atom type indices, size natoms               */
 150     float2  *lj_comb;           /**< sqrt(c6),sqrt(c12) size natoms               */
 151
 152     float3  *shift_vec;         /**< shifts                                       */
 153     bool     bShiftVecUploaded; /**< true if the shift vector has been uploaded   */
 154 };
 155
 156 /** \internal
 157  * \brief Parameters required for the CUDA nonbonded calculations.
 158  */
 159 struct cu_nbparam
 160 {
 161
 162     int             eeltype;              /**< type of electrostatics, takes values from #eelCu */
 163     int             vdwtype;              /**< type of VdW impl., takes values from #evdwCu     */
 164
 165     float           epsfac;               /**< charge multiplication factor                      */
 166     float           c_rf;                 /**< Reaction-field/plain cutoff electrostatics const. */
 167     float           two_k_rf;             /**< Reaction-field electrostatics constant            */
 168     float           ewald_beta;           /**< Ewald/PME parameter                               */
 169     float           sh_ewald;             /**< Ewald/PME correction term substracted from the direct-space potential */
 170     float           sh_lj_ewald;          /**< LJ-Ewald/PME correction term added to the correction potential        */
 171     float           ewaldcoeff_lj;        /**< LJ-Ewald/PME coefficient                          */
 172
 173     float           rcoulomb_sq;          /**< Coulomb cut-off squared                           */
 174
 175     float           rvdw_sq;              /**< VdW cut-off squared                               */
 176     float           rvdw_switch;          /**< VdW switched cut-off                              */
 177     float           rlistOuter_sq;        /**< Full, outer pair-list cut-off squared             */
 178     float           rlistInner_sq;        /**< Inner, dynamic pruned pair-list cut-off squared   */
 179     bool            useDynamicPruning;    /**< True if we use dynamic pair-list pruning          */
 180
 181     shift_consts_t  dispersion_shift;     /**< VdW shift dispersion constants           */
 182     shift_consts_t  repulsion_shift;      /**< VdW shift repulsion constants            */
 183     switch_consts_t vdw_switch;           /**< VdW switch constants                     */
 184
 185     /* LJ non-bonded parameters - accessed through texture memory */
 186     float               *nbfp;             /**< nonbonded parameter table with C6/C12 pairs per atom type-pair, 2*ntype^2 elements */
 187     cudaTextureObject_t  nbfp_texobj;      /**< texture object bound to nbfp                                                       */
 188     float               *nbfp_comb;        /**< nonbonded parameter table per atom type, 2*ntype elements                          */
 189     cudaTextureObject_t  nbfp_comb_texobj; /**< texture object bound to nbfp_texobj                                                */
 190
 191     /* Ewald Coulomb force table data - accessed through texture memory */
 192     float                coulomb_tab_scale;  /**< table scale/spacing                        */
 193     float               *coulomb_tab;        /**< pointer to the table in the device memory  */
 194     cudaTextureObject_t  coulomb_tab_texobj; /**< texture object bound to coulomb_tab        */
 195 };
 196
 197 /** \internal
 198  * \brief Pair list data.
 199  */
 200 using cu_plist_t = gpu_plist;
 201
 202 /** \internal
 203  * \brief Typedef of actual timer type.
 204  */
 205 typedef struct nbnxn_gpu_timers_t cu_timers_t;
 206
 207 /** \internal
 208  * \brief Main data structure for CUDA nonbonded force calculations.
 209  */
 210 struct gmx_nbnxn_cuda_t
 211 {
 212     const gmx_device_info_t  *dev_info;       /**< CUDA device information                              */
 213     bool                      bUseTwoStreams; /**< true if doing both local/non-local NB work on GPU    */
 214     cu_atomdata_t            *atdat;          /**< atom data                                            */
 215     cu_nbparam_t             *nbparam;        /**< parameters required for the non-bonded calc.         */
 216     cu_plist_t               *plist[2];       /**< pair-list data structures (local and non-local)      */
 217     nb_staging_t              nbst;           /**< staging area where fshift/energies get downloaded    */
 218
 219     cudaStream_t              stream[2];      /**< local and non-local GPU streams                      */
 220
 221     /** events used for synchronization */
 222     cudaEvent_t    nonlocal_done;               /**< event triggered when the non-local non-bonded kernel
 223                                                    is done (and the local transfer can proceed)           */
 224     cudaEvent_t    misc_ops_and_local_H2D_done; /**< event triggered when the tasks issued in
 225                                                    the local stream that need to precede the
 226                                                    non-local force calculations are done
 227                                                    (e.g. f buffer 0-ing, local x/q H2D) */
 228
 229     /* NOTE: With current CUDA versions (<=5.0) timing doesn't work with multiple
 230      * concurrent streams, so we won't time if both l/nl work is done on GPUs.
 231      * Timer init/uninit is still done even with timing off so only the condition
 232      * setting bDoTime needs to be change if this CUDA "feature" gets fixed. */
 233     bool                       bDoTime;   /**< True if event-based timing is enabled.               */
 234     cu_timers_t               *timers;    /**< CUDA event-based timers.                             */
 235     gmx_wallclock_gpu_nbnxn_t *timings;   /**< Timing data. TODO: deprecate this and query timers for accumulated data instead */
 236 };
 237
 238 #endif  /* NBNXN_CUDA_TYPES_H */