src/gromacs/nbnxm/gridset.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
  36 /*! \internal \file
  37  *
  38  * \brief
  39  * Implements the GridSet class.
  40  *
  41  * \author Berk Hess <hess@kth.se>
  42  * \ingroup module_nbnxm
  43  */
  44
  45 #include "gmxpre.h"
  46
  47 #include "gridset.h"
  48
  49 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  50 #include "gromacs/mdlib/updategroupscog.h"
  51 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  52
  53 #include "atomdata.h"
  54
  55 namespace Nbnxm
  56 {
  57
  58 //! Returns the number of search grids
  59 static int numGrids(const GridSet::DomainSetup& domainSetup)
  60 {
  61     int numGrids;
  62     if (domainSetup.doTestParticleInsertion)
  63     {
  64         numGrids = 2;
  65     }
  66     else
  67     {
  68         numGrids = 1;
  69         for (auto haveDD : domainSetup.haveMultipleDomainsPerDim)
  70         {
  71             if (haveDD)
  72             {
  73                 numGrids *= 2;
  74             }
  75         }
  76     }
  77
  78     return numGrids;
  79 }
  80
  81 GridSet::DomainSetup::DomainSetup(const PbcType             pbcType,
  82                                   const bool                doTestParticleInsertion,
  83                                   const ivec*               numDDCells,
  84                                   const gmx_domdec_zones_t* ddZones) :
  85     pbcType(pbcType),
  86     doTestParticleInsertion(doTestParticleInsertion),
  87     haveMultipleDomains(numDDCells != nullptr),
  88     zones(ddZones)
  89 {
  90     for (int d = 0; d < DIM; d++)
  91     {
  92         haveMultipleDomainsPerDim[d] = (numDDCells != nullptr && (*numDDCells)[d] > 1);
  93     }
  94 }
  95
  96 GridSet::GridSet(const PbcType             pbcType,
  97                  const bool                doTestParticleInsertion,
  98                  const ivec*               numDDCells,
  99                  const gmx_domdec_zones_t* ddZones,
 100                  const PairlistType        pairlistType,
 101                  const bool                haveFep,
 102                  const int                 numThreads,
 103                  gmx::PinningPolicy        pinningPolicy) :
 104     domainSetup_(pbcType, doTestParticleInsertion, numDDCells, ddZones),
 105     grids_(numGrids(domainSetup_), Grid(pairlistType, haveFep_)),
 106     haveFep_(haveFep),
 107     numRealAtomsLocal_(0),
 108     numRealAtomsTotal_(0),
 109     gridWork_(numThreads)
 110 {
 111     clear_mat(box_);
 112     changePinningPolicy(&gridSetData_.cells, pinningPolicy);
 113     changePinningPolicy(&gridSetData_.atomIndices, pinningPolicy);
 114 }
 115
 116 void GridSet::setLocalAtomOrder()
 117 {
 118     /* Set the atom order for the home cell (index 0) */
 119     const Nbnxm::Grid& grid = grids_[0];
 120
 121     int atomIndex = 0;
 122     for (int cxy = 0; cxy < grid.numColumns(); cxy++)
 123     {
 124         const int numAtoms  = grid.numAtomsInColumn(cxy);
 125         int       cellIndex = grid.firstCellInColumn(cxy) * grid.geometry().numAtomsPerCell;
 126         for (int i = 0; i < numAtoms; i++)
 127         {
 128             gridSetData_.atomIndices[cellIndex] = atomIndex;
 129             gridSetData_.cells[atomIndex]       = cellIndex;
 130             atomIndex++;
 131             cellIndex++;
 132         }
 133     }
 134 }
 135
 136 void GridSet::putOnGrid(const matrix                   box,
 137                         const int                      gridIndex,
 138                         const rvec                     lowerCorner,
 139                         const rvec                     upperCorner,
 140                         const gmx::UpdateGroupsCog*    updateGroupsCog,
 141                         const gmx::Range<int>          atomRange,
 142                         real                           atomDensity,
 143                         gmx::ArrayRef<const int>       atomInfo,
 144                         gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> x,
 145                         const int                      numAtomsMoved,
 146                         const int*                     move,
 147                         nbnxn_atomdata_t*              nbat)
 148 {
 149     Nbnxm::Grid& grid = grids_[gridIndex];
 150
 151     int cellOffset;
 152     if (gridIndex == 0)
 153     {
 154         cellOffset = 0;
 155     }
 156     else
 157     {
 158         const Nbnxm::Grid& previousGrid = grids_[gridIndex - 1];
 159         cellOffset = previousGrid.atomIndexEnd() / previousGrid.geometry().numAtomsPerCell;
 160     }
 161
 162     const int n = atomRange.size();
 163
 164     real maxAtomGroupRadius;
 165     if (gridIndex == 0)
 166     {
 167         copy_mat(box, box_);
 168
 169         numRealAtomsLocal_ = *atomRange.end() - numAtomsMoved;
 170         /* We assume that nbnxn_put_on_grid is called first
 171          * for the local atoms (gridIndex=0).
 172          */
 173         numRealAtomsTotal_ = *atomRange.end() - numAtomsMoved;
 174
 175         maxAtomGroupRadius = (updateGroupsCog ? updateGroupsCog->maxUpdateGroupRadius() : 0);
 176
 177         if (debug)
 178         {
 179             fprintf(debug, "natoms_local = %5d atom_density = %5.1f\n", numRealAtomsLocal_, atomDensity);
 180         }
 181     }
 182     else
 183     {
 184         const Nbnxm::Grid::Dimensions& dimsGrid0 = grids_[0].dimensions();
 185         atomDensity                              = dimsGrid0.atomDensity;
 186         maxAtomGroupRadius                       = dimsGrid0.maxAtomGroupRadius;
 187
 188         numRealAtomsTotal_ = std::max(numRealAtomsTotal_, *atomRange.end());
 189     }
 190
 191     /* We always use the home zone (grid[0]) for setting the cell size,
 192      * since determining densities for non-local zones is difficult.
 193      */
 194     const int ddZone = (domainSetup_.doTestParticleInsertion ? 0 : gridIndex);
 195     // grid data used in GPU transfers inherits the gridset pinning policy
 196     auto pinPolicy = gridSetData_.cells.get_allocator().pinningPolicy();
 197     grid.setDimensions(ddZone, n - numAtomsMoved, lowerCorner, upperCorner, atomDensity,
 198                        maxAtomGroupRadius, haveFep_, pinPolicy);
 199
 200     for (GridWork& work : gridWork_)
 201     {
 202         work.numAtomsPerColumn.resize(grid.numColumns() + 1);
 203     }
 204
 205     /* Make space for the new cell indices */
 206     gridSetData_.cells.resize(*atomRange.end());
 207
 208     const int nthread = gmx_omp_nthreads_get(emntPairsearch);
 209     GMX_ASSERT(nthread > 0, "We expect the OpenMP thread count to be set");
 210
 211 #pragma omp parallel for num_threads(nthread) schedule(static)
 212     for (int thread = 0; thread < nthread; thread++)
 213     {
 214         try
 215         {
 216             Grid::calcColumnIndices(grid.dimensions(), updateGroupsCog, atomRange, x, ddZone, move, thread,
 217                                     nthread, gridSetData_.cells, gridWork_[thread].numAtomsPerColumn);
 218         }
 219         GMX_CATCH_ALL_AND_EXIT_WITH_FATAL_ERROR
 220     }
 221
 222     /* Copy the already computed cell indices to the grid and sort, when needed */
 223     grid.setCellIndices(ddZone, cellOffset, &gridSetData_, gridWork_, atomRange, atomInfo.data(), x,
 224                         numAtomsMoved, nbat);
 225
 226     if (gridIndex == 0)
 227     {
 228         nbat->natoms_local = nbat->numAtoms();
 229     }
 230     if (gridIndex == gmx::ssize(grids_) - 1)
 231     {
 232         /* We are done setting up all grids, we can resize the force buffers */
 233         nbat->resizeForceBuffers();
 234     }
 235
 236     int maxNumColumns = 0;
 237     for (int i = 0; i <= gridIndex; i++)
 238     {
 239         maxNumColumns = std::max(maxNumColumns, grids_[i].numColumns());
 240     }
 241     setNumColumnsMax(maxNumColumns);
 242 }
 243
 244 } // namespace Nbnxm