src/mdlib/nbnxn_atomdata.c

   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  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38
  39 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  40 #include <config.h>
  41 #endif
  42
  43 #include <math.h>
  44 #include <string.h>
  45 #include "smalloc.h"
  46 #include "macros.h"
  47 #include "vec.h"
  48 #include "nbnxn_consts.h"
  49 #include "nbnxn_internal.h"
  50 #include "nbnxn_search.h"
  51 #include "gmx_omp_nthreads.h"
  52
  53 /* Default nbnxn allocation routine, allocates NBNXN_MEM_ALIGN byte aligned */
  54 void nbnxn_alloc_aligned(void **ptr, size_t nbytes)
  55 {
  56     *ptr = save_malloc_aligned("ptr", __FILE__, __LINE__, nbytes, 1, NBNXN_MEM_ALIGN);
  57 }
  58
  59 /* Free function for memory allocated with nbnxn_alloc_aligned */
  60 void nbnxn_free_aligned(void *ptr)
  61 {
  62     sfree_aligned(ptr);
  63 }
  64
  65 /* Reallocation wrapper function for nbnxn data structures */
  66 void nbnxn_realloc_void(void **ptr,
  67                         int nbytes_copy, int nbytes_new,
  68                         nbnxn_alloc_t *ma,
  69                         nbnxn_free_t  *mf)
  70 {
  71     void *ptr_new;
  72
  73     ma(&ptr_new, nbytes_new);
  74
  75     if (nbytes_new > 0 && ptr_new == NULL)
  76     {
  77         gmx_fatal(FARGS, "Allocation of %d bytes failed", nbytes_new);
  78     }
  79
  80     if (nbytes_copy > 0)
  81     {
  82         if (nbytes_new < nbytes_copy)
  83         {
  84             gmx_incons("In nbnxn_realloc_void: new size less than copy size");
  85         }
  86         memcpy(ptr_new, *ptr, nbytes_copy);
  87     }
  88     if (*ptr != NULL)
  89     {
  90         mf(*ptr);
  91     }
  92     *ptr = ptr_new;
  93 }
  94
  95 /* Reallocate the nbnxn_atomdata_t for a size of n atoms */
  96 void nbnxn_atomdata_realloc(nbnxn_atomdata_t *nbat, int n)
  97 {
  98     int t;
  99
 100     nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->type,
 101                        nbat->natoms*sizeof(*nbat->type),
 102                        n*sizeof(*nbat->type),
 103                        nbat->alloc, nbat->free);
 104     nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->lj_comb,
 105                        nbat->natoms*2*sizeof(*nbat->lj_comb),
 106                        n*2*sizeof(*nbat->lj_comb),
 107                        nbat->alloc, nbat->free);
 108     if (nbat->XFormat != nbatXYZQ)
 109     {
 110         nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->q,
 111                            nbat->natoms*sizeof(*nbat->q),
 112                            n*sizeof(*nbat->q),
 113                            nbat->alloc, nbat->free);
 114     }
 115     if (nbat->nenergrp > 1)
 116     {
 117         nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->energrp,
 118                            nbat->natoms/nbat->na_c*sizeof(*nbat->energrp),
 119                            n/nbat->na_c*sizeof(*nbat->energrp),
 120                            nbat->alloc, nbat->free);
 121     }
 122     nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->x,
 123                        nbat->natoms*nbat->xstride*sizeof(*nbat->x),
 124                        n*nbat->xstride*sizeof(*nbat->x),
 125                        nbat->alloc, nbat->free);
 126     for (t = 0; t < nbat->nout; t++)
 127     {
 128         /* Allocate one element extra for possible signaling with CUDA */
 129         nbnxn_realloc_void((void **)&nbat->out[t].f,
 130                            nbat->natoms*nbat->fstride*sizeof(*nbat->out[t].f),
 131                            n*nbat->fstride*sizeof(*nbat->out[t].f),
 132                            nbat->alloc, nbat->free);
 133     }
 134     nbat->nalloc = n;
 135 }
 136
 137 /* Initializes an nbnxn_atomdata_output_t data structure */
 138 static void nbnxn_atomdata_output_init(nbnxn_atomdata_output_t *out,
 139                                        int nb_kernel_type,
 140                                        int nenergrp, int stride,
 141                                        nbnxn_alloc_t *ma)
 142 {
 143     int cj_size;
 144
 145     out->f = NULL;
 146     ma((void **)&out->fshift, SHIFTS*DIM*sizeof(*out->fshift));
 147     out->nV = nenergrp*nenergrp;
 148     ma((void **)&out->Vvdw, out->nV*sizeof(*out->Vvdw));
 149     ma((void **)&out->Vc, out->nV*sizeof(*out->Vc  ));
 150
 151     if (nb_kernel_type == nbnxnk4xN_SIMD_4xN ||
 152         nb_kernel_type == nbnxnk4xN_SIMD_2xNN)
 153     {
 154         cj_size  = nbnxn_kernel_to_cj_size(nb_kernel_type);
 155         out->nVS = nenergrp*nenergrp*stride*(cj_size>>1)*cj_size;
 156         ma((void **)&out->VSvdw, out->nVS*sizeof(*out->VSvdw));
 157         ma((void **)&out->VSc, out->nVS*sizeof(*out->VSc  ));
 158     }
 159     else
 160     {
 161         out->nVS = 0;
 162     }
 163 }
 164
 165 static void copy_int_to_nbat_int(const int *a, int na, int na_round,
 166                                  const int *in, int fill, int *innb)
 167 {
 168     int i, j;
 169
 170     j = 0;
 171     for (i = 0; i < na; i++)
 172     {
 173         innb[j++] = in[a[i]];
 174     }
 175     /* Complete the partially filled last cell with fill */
 176     for (; i < na_round; i++)
 177     {
 178         innb[j++] = fill;
 179     }
 180 }
 181
 182 static void clear_nbat_real(int na, int nbatFormat, real *xnb, int a0)
 183 {
 184     int a, d, j, c;
 185
 186     switch (nbatFormat)
 187     {
 188         case nbatXYZ:
 189             for (a = 0; a < na; a++)
 190             {
 191                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 192                 {
 193                     xnb[(a0+a)*STRIDE_XYZ+d] = 0;
 194                 }
 195             }
 196             break;
 197         case nbatXYZQ:
 198             for (a = 0; a < na; a++)
 199             {
 200                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 201                 {
 202                     xnb[(a0+a)*STRIDE_XYZQ+d] = 0;
 203                 }
 204             }
 205             break;
 206         case nbatX4:
 207             j = X4_IND_A(a0);
 208             c = a0 & (PACK_X4-1);
 209             for (a = 0; a < na; a++)
 210             {
 211                 xnb[j+XX*PACK_X4] = 0;
 212                 xnb[j+YY*PACK_X4] = 0;
 213                 xnb[j+ZZ*PACK_X4] = 0;
 214                 j++;
 215                 c++;
 216                 if (c == PACK_X4)
 217                 {
 218                     j += (DIM-1)*PACK_X4;
 219                     c  = 0;
 220                 }
 221             }
 222             break;
 223         case nbatX8:
 224             j = X8_IND_A(a0);
 225             c = a0 & (PACK_X8-1);
 226             for (a = 0; a < na; a++)
 227             {
 228                 xnb[j+XX*PACK_X8] = 0;
 229                 xnb[j+YY*PACK_X8] = 0;
 230                 xnb[j+ZZ*PACK_X8] = 0;
 231                 j++;
 232                 c++;
 233                 if (c == PACK_X8)
 234                 {
 235                     j += (DIM-1)*PACK_X8;
 236                     c  = 0;
 237                 }
 238             }
 239             break;
 240     }
 241 }
 242
 243 void copy_rvec_to_nbat_real(const int *a, int na, int na_round,
 244                             rvec *x, int nbatFormat, real *xnb, int a0,
 245                             int cx, int cy, int cz)
 246 {
 247     int i, j, c;
 248
 249 /* We might need to place filler particles to fill up the cell to na_round.
 250  * The coefficients (LJ and q) for such particles are zero.
 251  * But we might still get NaN as 0*NaN when distances are too small.
 252  * We hope that -107 nm is far away enough from to zero
 253  * to avoid accidental short distances to particles shifted down for pbc.
 254  */
 255 #define NBAT_FAR_AWAY 107
 256
 257     switch (nbatFormat)
 258     {
 259         case nbatXYZ:
 260             j = a0*STRIDE_XYZ;
 261             for (i = 0; i < na; i++)
 262             {
 263                 xnb[j++] = x[a[i]][XX];
 264                 xnb[j++] = x[a[i]][YY];
 265                 xnb[j++] = x[a[i]][ZZ];
 266             }
 267             /* Complete the partially filled last cell with copies of the last element.
 268              * This simplifies the bounding box calculation and avoid
 269              * numerical issues with atoms that are coincidentally close.
 270              */
 271             for (; i < na_round; i++)
 272             {
 273                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 274                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 275                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 276             }
 277             break;
 278         case nbatXYZQ:
 279             j = a0*STRIDE_XYZQ;
 280             for (i = 0; i < na; i++)
 281             {
 282                 xnb[j++] = x[a[i]][XX];
 283                 xnb[j++] = x[a[i]][YY];
 284                 xnb[j++] = x[a[i]][ZZ];
 285                 j++;
 286             }
 287             /* Complete the partially filled last cell with particles far apart */
 288             for (; i < na_round; i++)
 289             {
 290                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 291                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 292                 xnb[j++] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 293                 j++;
 294             }
 295             break;
 296         case nbatX4:
 297             j = X4_IND_A(a0);
 298             c = a0 & (PACK_X4-1);
 299             for (i = 0; i < na; i++)
 300             {
 301                 xnb[j+XX*PACK_X4] = x[a[i]][XX];
 302                 xnb[j+YY*PACK_X4] = x[a[i]][YY];
 303                 xnb[j+ZZ*PACK_X4] = x[a[i]][ZZ];
 304                 j++;
 305                 c++;
 306                 if (c == PACK_X4)
 307                 {
 308                     j += (DIM-1)*PACK_X4;
 309                     c  = 0;
 310                 }
 311             }
 312             /* Complete the partially filled last cell with particles far apart */
 313             for (; i < na_round; i++)
 314             {
 315                 xnb[j+XX*PACK_X4] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 316                 xnb[j+YY*PACK_X4] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 317                 xnb[j+ZZ*PACK_X4] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 318                 j++;
 319                 c++;
 320                 if (c == PACK_X4)
 321                 {
 322                     j += (DIM-1)*PACK_X4;
 323                     c  = 0;
 324                 }
 325             }
 326             break;
 327         case nbatX8:
 328             j = X8_IND_A(a0);
 329             c = a0 & (PACK_X8 - 1);
 330             for (i = 0; i < na; i++)
 331             {
 332                 xnb[j+XX*PACK_X8] = x[a[i]][XX];
 333                 xnb[j+YY*PACK_X8] = x[a[i]][YY];
 334                 xnb[j+ZZ*PACK_X8] = x[a[i]][ZZ];
 335                 j++;
 336                 c++;
 337                 if (c == PACK_X8)
 338                 {
 339                     j += (DIM-1)*PACK_X8;
 340                     c  = 0;
 341                 }
 342             }
 343             /* Complete the partially filled last cell with particles far apart */
 344             for (; i < na_round; i++)
 345             {
 346                 xnb[j+XX*PACK_X8] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cx);
 347                 xnb[j+YY*PACK_X8] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cy);
 348                 xnb[j+ZZ*PACK_X8] = -NBAT_FAR_AWAY*(1 + cz + i);
 349                 j++;
 350                 c++;
 351                 if (c == PACK_X8)
 352                 {
 353                     j += (DIM-1)*PACK_X8;
 354                     c  = 0;
 355                 }
 356             }
 357             break;
 358         default:
 359             gmx_incons("Unsupported nbnxn_atomdata_t format");
 360     }
 361 }
 362
 363 /* Determines the combination rule (or none) to be used, stores it,
 364  * and sets the LJ parameters required with the rule.
 365  */
 366 static void set_combination_rule_data(nbnxn_atomdata_t *nbat)
 367 {
 368     int  nt, i, j;
 369     real c6, c12;
 370
 371     nt = nbat->ntype;
 372
 373     switch (nbat->comb_rule)
 374     {
 375         case  ljcrGEOM:
 376             nbat->comb_rule = ljcrGEOM;
 377
 378             for (i = 0; i < nt; i++)
 379             {
 380                 /* Copy the diagonal from the nbfp matrix */
 381                 nbat->nbfp_comb[i*2  ] = sqrt(nbat->nbfp[(i*nt+i)*2  ]);
 382                 nbat->nbfp_comb[i*2+1] = sqrt(nbat->nbfp[(i*nt+i)*2+1]);
 383             }
 384             break;
 385         case ljcrLB:
 386             for (i = 0; i < nt; i++)
 387             {
 388                 /* Get 6*C6 and 12*C12 from the diagonal of the nbfp matrix */
 389                 c6  = nbat->nbfp[(i*nt+i)*2  ];
 390                 c12 = nbat->nbfp[(i*nt+i)*2+1];
 391                 if (c6 > 0 && c12 > 0)
 392                 {
 393                     /* We store 0.5*2^1/6*sigma and sqrt(4*3*eps),
 394                      * so we get 6*C6 and 12*C12 after combining.
 395                      */
 396                     nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0.5*pow(c12/c6, 1.0/6.0);
 397                     nbat->nbfp_comb[i*2+1] = sqrt(c6*c6/c12);
 398                 }
 399                 else
 400                 {
 401                     nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0;
 402                     nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0;
 403                 }
 404             }
 405             break;
 406         case ljcrNONE:
 407             /* nbfp_s4 stores two parameters using a stride of 4,
 408              * because this would suit x86 SIMD single-precision
 409              * quad-load intrinsics. There's a slight inefficiency in
 410              * allocating and initializing nbfp_s4 when it might not
 411              * be used, but introducing the conditional code is not
 412              * really worth it. */
 413             nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp_s4, nt*nt*4*sizeof(*nbat->nbfp_s4));
 414             for (i = 0; i < nt; i++)
 415             {
 416                 for (j = 0; j < nt; j++)
 417                 {
 418                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+0] = nbat->nbfp[(i*nt+j)*2+0];
 419                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+1] = nbat->nbfp[(i*nt+j)*2+1];
 420                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+2] = 0;
 421                     nbat->nbfp_s4[(i*nt+j)*4+3] = 0;
 422                 }
 423             }
 424             break;
 425         default:
 426             gmx_incons("Unknown combination rule");
 427             break;
 428     }
 429 }
 430
 431 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 432 static void
 433 nbnxn_atomdata_init_simple_exclusion_masks(nbnxn_atomdata_t *nbat)
 434 {
 435     int       i, j;
 436     const int simd_width = GMX_SIMD_WIDTH_HERE;
 437     int       simd_excl_size;
 438     /* Set the diagonal cluster pair exclusion mask setup data.
 439      * In the kernel we check 0 < j - i to generate the masks.
 440      * Here we store j - i for generating the mask for the first i,
 441      * we substract 0.5 to avoid rounding issues.
 442      * In the kernel we can subtract 1 to generate the subsequent mask.
 443      */
 444     int        simd_4xn_diag_size;
 445     const real simdFalse = -1, simdTrue = 1;
 446     real      *simd_interaction_array;
 447
 448     simd_4xn_diag_size = max(NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE, simd_width);
 449     snew_aligned(nbat->simd_4xn_diagonal_j_minus_i, simd_4xn_diag_size, NBNXN_MEM_ALIGN);
 450     for (j = 0; j < simd_4xn_diag_size; j++)
 451     {
 452         nbat->simd_4xn_diagonal_j_minus_i[j] = j - 0.5;
 453     }
 454
 455     snew_aligned(nbat->simd_2xnn_diagonal_j_minus_i, simd_width, NBNXN_MEM_ALIGN);
 456     for (j = 0; j < simd_width/2; j++)
 457     {
 458         /* The j-cluster size is half the SIMD width */
 459         nbat->simd_2xnn_diagonal_j_minus_i[j]              = j - 0.5;
 460         /* The next half of the SIMD width is for i + 1 */
 461         nbat->simd_2xnn_diagonal_j_minus_i[simd_width/2+j] = j - 1 - 0.5;
 462     }
 463
 464     /* We use up to 32 bits for exclusion masking.
 465      * The same masks are used for the 4xN and 2x(N+N) kernels.
 466      * The masks are read either into epi32 SIMD registers or into
 467      * real SIMD registers (together with a cast).
 468      * In single precision this means the real and epi32 SIMD registers
 469      * are of equal size.
 470      * In double precision the epi32 registers can be smaller than
 471      * the real registers, so depending on the architecture, we might
 472      * need to use two, identical, 32-bit masks per real.
 473      */
 474     simd_excl_size = NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE*simd_width;
 475     snew_aligned(nbat->simd_exclusion_filter1, simd_excl_size,   NBNXN_MEM_ALIGN);
 476     snew_aligned(nbat->simd_exclusion_filter2, simd_excl_size*2, NBNXN_MEM_ALIGN);
 477
 478     for (j = 0; j < simd_excl_size; j++)
 479     {
 480         /* Set the consecutive bits for masking pair exclusions */
 481         nbat->simd_exclusion_filter1[j]       = (1U << j);
 482         nbat->simd_exclusion_filter2[j*2 + 0] = (1U << j);
 483         nbat->simd_exclusion_filter2[j*2 + 1] = (1U << j);
 484     }
 485
 486 #if (defined GMX_CPU_ACCELERATION_IBM_QPX)
 487     /* The QPX kernels shouldn't do the bit masking that is done on
 488      * x86, because the SIMD units lack bit-wise operations. Instead,
 489      * we generate a vector of all 2^4 possible ways an i atom
 490      * interacts with its 4 j atoms. Each array entry contains
 491      * simd_width signed ints that are read in a single SIMD
 492      * load. These ints must contain values that will be interpreted
 493      * as true and false when loaded in the SIMD floating-point
 494      * registers, ie. any positive or any negative value,
 495      * respectively. Each array entry encodes how this i atom will
 496      * interact with the 4 j atoms. Matching code exists in
 497      * set_ci_top_excls() to generate indices into this array. Those
 498      * indices are used in the kernels. */
 499
 500     simd_excl_size = NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE*NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE;
 501     const int qpx_simd_width = GMX_SIMD_WIDTH_HERE;
 502     snew_aligned(simd_interaction_array, simd_excl_size * qpx_simd_width, NBNXN_MEM_ALIGN);
 503     for (j = 0; j < simd_excl_size; j++)
 504     {
 505         int index = j * qpx_simd_width;
 506         for (i = 0; i < qpx_simd_width; i++)
 507         {
 508             simd_interaction_array[index + i] = (j & (1 << i)) ? simdTrue : simdFalse;
 509         }
 510     }
 511     nbat->simd_interaction_array = simd_interaction_array;
 512 #endif
 513 }
 514 #endif
 515
 516 /* Initializes an nbnxn_atomdata_t data structure */
 517 void nbnxn_atomdata_init(FILE *fp,
 518                          nbnxn_atomdata_t *nbat,
 519                          int nb_kernel_type,
 520                          int ntype, const real *nbfp,
 521                          int n_energygroups,
 522                          int nout,
 523                          nbnxn_alloc_t *alloc,
 524                          nbnxn_free_t  *free)
 525 {
 526     int      i, j;
 527     real     c6, c12, tol;
 528     char    *ptr;
 529     gmx_bool simple, bCombGeom, bCombLB;
 530
 531     if (alloc == NULL)
 532     {
 533         nbat->alloc = nbnxn_alloc_aligned;
 534     }
 535     else
 536     {
 537         nbat->alloc = alloc;
 538     }
 539     if (free == NULL)
 540     {
 541         nbat->free = nbnxn_free_aligned;
 542     }
 543     else
 544     {
 545         nbat->free = free;
 546     }
 547
 548     if (debug)
 549     {
 550         fprintf(debug, "There are %d atom types in the system, adding one for nbnxn_atomdata_t\n", ntype);
 551     }
 552     nbat->ntype = ntype + 1;
 553     nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp,
 554                 nbat->ntype*nbat->ntype*2*sizeof(*nbat->nbfp));
 555     nbat->alloc((void **)&nbat->nbfp_comb, nbat->ntype*2*sizeof(*nbat->nbfp_comb));
 556
 557     /* A tolerance of 1e-5 seems reasonable for (possibly hand-typed)
 558      * force-field floating point parameters.
 559      */
 560     tol = 1e-5;
 561     ptr = getenv("GMX_LJCOMB_TOL");
 562     if (ptr != NULL)
 563     {
 564         double dbl;
 565
 566         sscanf(ptr, "%lf", &dbl);
 567         tol = dbl;
 568     }
 569     bCombGeom = TRUE;
 570     bCombLB   = TRUE;
 571
 572     /* Temporarily fill nbat->nbfp_comb with sigma and epsilon
 573      * to check for the LB rule.
 574      */
 575     for (i = 0; i < ntype; i++)
 576     {
 577         c6  = nbfp[(i*ntype+i)*2  ]/6.0;
 578         c12 = nbfp[(i*ntype+i)*2+1]/12.0;
 579         if (c6 > 0 && c12 > 0)
 580         {
 581             nbat->nbfp_comb[i*2  ] = pow(c12/c6, 1.0/6.0);
 582             nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0.25*c6*c6/c12;
 583         }
 584         else if (c6 == 0 && c12 == 0)
 585         {
 586             nbat->nbfp_comb[i*2  ] = 0;
 587             nbat->nbfp_comb[i*2+1] = 0;
 588         }
 589         else
 590         {
 591             /* Can not use LB rule with only dispersion or repulsion */
 592             bCombLB = FALSE;
 593         }
 594     }
 595
 596     for (i = 0; i < nbat->ntype; i++)
 597     {
 598         for (j = 0; j < nbat->ntype; j++)
 599         {
 600             if (i < ntype && j < ntype)
 601             {
 602                 /* fr->nbfp has been updated, so that array too now stores c6/c12 including
 603                  * the 6.0/12.0 prefactors to save 2 flops in the most common case (force-only).
 604                  */
 605                 c6  = nbfp[(i*ntype+j)*2  ];
 606                 c12 = nbfp[(i*ntype+j)*2+1];
 607                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2  ] = c6;
 608                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2+1] = c12;
 609
 610                 /* Compare 6*C6 and 12*C12 for geometric cobination rule */
 611                 bCombGeom = bCombGeom &&
 612                     gmx_within_tol(c6*c6, nbfp[(i*ntype+i)*2  ]*nbfp[(j*ntype+j)*2  ], tol) &&
 613                     gmx_within_tol(c12*c12, nbfp[(i*ntype+i)*2+1]*nbfp[(j*ntype+j)*2+1], tol);
 614
 615                 /* Compare C6 and C12 for Lorentz-Berthelot combination rule */
 616                 c6     /= 6.0;
 617                 c12    /= 12.0;
 618                 bCombLB = bCombLB &&
 619                     ((c6 == 0 && c12 == 0 &&
 620                       (nbat->nbfp_comb[i*2+1] == 0 || nbat->nbfp_comb[j*2+1] == 0)) ||
 621                      (c6 > 0 && c12 > 0 &&
 622                       gmx_within_tol(pow(c12/c6, 1.0/6.0), 0.5*(nbat->nbfp_comb[i*2]+nbat->nbfp_comb[j*2]), tol) &&
 623                       gmx_within_tol(0.25*c6*c6/c12, sqrt(nbat->nbfp_comb[i*2+1]*nbat->nbfp_comb[j*2+1]), tol)));
 624             }
 625             else
 626             {
 627                 /* Add zero parameters for the additional dummy atom type */
 628                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2  ] = 0;
 629                 nbat->nbfp[(i*nbat->ntype+j)*2+1] = 0;
 630             }
 631         }
 632     }
 633     if (debug)
 634     {
 635         fprintf(debug, "Combination rules: geometric %d Lorentz-Berthelot %d\n",
 636                 bCombGeom, bCombLB);
 637     }
 638
 639     simple = nbnxn_kernel_pairlist_simple(nb_kernel_type);
 640
 641     if (simple)
 642     {
 643         /* We prefer the geometic combination rule,
 644          * as that gives a slightly faster kernel than the LB rule.
 645          */
 646         if (bCombGeom)
 647         {
 648             nbat->comb_rule = ljcrGEOM;
 649         }
 650         else if (bCombLB)
 651         {
 652             nbat->comb_rule = ljcrLB;
 653         }
 654         else
 655         {
 656             nbat->comb_rule = ljcrNONE;
 657
 658             nbat->free(nbat->nbfp_comb);
 659         }
 660
 661         if (fp)
 662         {
 663             if (nbat->comb_rule == ljcrNONE)
 664             {
 665                 fprintf(fp, "Using full Lennard-Jones parameter combination matrix\n\n");
 666             }
 667             else
 668             {
 669                 fprintf(fp, "Using %s Lennard-Jones combination rule\n\n",
 670                         nbat->comb_rule == ljcrGEOM ? "geometric" : "Lorentz-Berthelot");
 671             }
 672         }
 673
 674         set_combination_rule_data(nbat);
 675     }
 676     else
 677     {
 678         nbat->comb_rule = ljcrNONE;
 679
 680         nbat->free(nbat->nbfp_comb);
 681     }
 682
 683     nbat->natoms  = 0;
 684     nbat->type    = NULL;
 685     nbat->lj_comb = NULL;
 686     if (simple)
 687     {
 688         int pack_x;
 689
 690         switch (nb_kernel_type)
 691         {
 692             case nbnxnk4xN_SIMD_4xN:
 693             case nbnxnk4xN_SIMD_2xNN:
 694                 pack_x = max(NBNXN_CPU_CLUSTER_I_SIZE,
 695                              nbnxn_kernel_to_cj_size(nb_kernel_type));
 696                 switch (pack_x)
 697                 {
 698                     case 4:
 699                         nbat->XFormat = nbatX4;
 700                         break;
 701                     case 8:
 702                         nbat->XFormat = nbatX8;
 703                         break;
 704                     default:
 705                         gmx_incons("Unsupported packing width");
 706                 }
 707                 break;
 708             default:
 709                 nbat->XFormat = nbatXYZ;
 710                 break;
 711         }
 712
 713         nbat->FFormat = nbat->XFormat;
 714     }
 715     else
 716     {
 717         nbat->XFormat = nbatXYZQ;
 718         nbat->FFormat = nbatXYZ;
 719     }
 720     nbat->q        = NULL;
 721     nbat->nenergrp = n_energygroups;
 722     if (!simple)
 723     {
 724         /* Energy groups not supported yet for super-sub lists */
 725         if (n_energygroups > 1 && fp != NULL)
 726         {
 727             fprintf(fp, "\nNOTE: With GPUs, reporting energy group contributions is not supported\n\n");
 728         }
 729         nbat->nenergrp = 1;
 730     }
 731     /* Temporary storage goes as #grp^3*simd_width^2/2, so limit to 64 */
 732     if (nbat->nenergrp > 64)
 733     {
 734         gmx_fatal(FARGS, "With NxN kernels not more than 64 energy groups are supported\n");
 735     }
 736     nbat->neg_2log = 1;
 737     while (nbat->nenergrp > (1<<nbat->neg_2log))
 738     {
 739         nbat->neg_2log++;
 740     }
 741     nbat->energrp = NULL;
 742     nbat->alloc((void **)&nbat->shift_vec, SHIFTS*sizeof(*nbat->shift_vec));
 743     nbat->xstride = (nbat->XFormat == nbatXYZQ ? STRIDE_XYZQ : DIM);
 744     nbat->fstride = (nbat->FFormat == nbatXYZQ ? STRIDE_XYZQ : DIM);
 745     nbat->x       = NULL;
 746
 747 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
 748     if (simple)
 749     {
 750         nbnxn_atomdata_init_simple_exclusion_masks(nbat);
 751     }
 752 #endif
 753
 754     /* Initialize the output data structures */
 755     nbat->nout    = nout;
 756     snew(nbat->out, nbat->nout);
 757     nbat->nalloc  = 0;
 758     for (i = 0; i < nbat->nout; i++)
 759     {
 760         nbnxn_atomdata_output_init(&nbat->out[i],
 761                                    nb_kernel_type,
 762                                    nbat->nenergrp, 1<<nbat->neg_2log,
 763                                    nbat->alloc);
 764     }
 765     nbat->buffer_flags.flag        = NULL;
 766     nbat->buffer_flags.flag_nalloc = 0;
 767 }
 768
 769 static void copy_lj_to_nbat_lj_comb_x4(const real *ljparam_type,
 770                                        const int *type, int na,
 771                                        real *ljparam_at)
 772 {
 773     int is, k, i;
 774
 775     /* The LJ params follow the combination rule:
 776      * copy the params for the type array to the atom array.
 777      */
 778     for (is = 0; is < na; is += PACK_X4)
 779     {
 780         for (k = 0; k < PACK_X4; k++)
 781         {
 782             i = is + k;
 783             ljparam_at[is*2        +k] = ljparam_type[type[i]*2  ];
 784             ljparam_at[is*2+PACK_X4+k] = ljparam_type[type[i]*2+1];
 785         }
 786     }
 787 }
 788
 789 static void copy_lj_to_nbat_lj_comb_x8(const real *ljparam_type,
 790                                        const int *type, int na,
 791                                        real *ljparam_at)
 792 {
 793     int is, k, i;
 794
 795     /* The LJ params follow the combination rule:
 796      * copy the params for the type array to the atom array.
 797      */
 798     for (is = 0; is < na; is += PACK_X8)
 799     {
 800         for (k = 0; k < PACK_X8; k++)
 801         {
 802             i = is + k;
 803             ljparam_at[is*2        +k] = ljparam_type[type[i]*2  ];
 804             ljparam_at[is*2+PACK_X8+k] = ljparam_type[type[i]*2+1];
 805         }
 806     }
 807 }
 808
 809 /* Sets the atom type and LJ data in nbnxn_atomdata_t */
 810 static void nbnxn_atomdata_set_atomtypes(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 811                                          int                  ngrid,
 812                                          const nbnxn_search_t nbs,
 813                                          const int           *type)
 814 {
 815     int                 g, i, ncz, ash;
 816     const nbnxn_grid_t *grid;
 817
 818     for (g = 0; g < ngrid; g++)
 819     {
 820         grid = &nbs->grid[g];
 821
 822         /* Loop over all columns and copy and fill */
 823         for (i = 0; i < grid->ncx*grid->ncy; i++)
 824         {
 825             ncz = grid->cxy_ind[i+1] - grid->cxy_ind[i];
 826             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[i])*grid->na_sc;
 827
 828             copy_int_to_nbat_int(nbs->a+ash, grid->cxy_na[i], ncz*grid->na_sc,
 829                                  type, nbat->ntype-1, nbat->type+ash);
 830
 831             if (nbat->comb_rule != ljcrNONE)
 832             {
 833                 if (nbat->XFormat == nbatX4)
 834                 {
 835                     copy_lj_to_nbat_lj_comb_x4(nbat->nbfp_comb,
 836                                                nbat->type+ash, ncz*grid->na_sc,
 837                                                nbat->lj_comb+ash*2);
 838                 }
 839                 else if (nbat->XFormat == nbatX8)
 840                 {
 841                     copy_lj_to_nbat_lj_comb_x8(nbat->nbfp_comb,
 842                                                nbat->type+ash, ncz*grid->na_sc,
 843                                                nbat->lj_comb+ash*2);
 844                 }
 845             }
 846         }
 847     }
 848 }
 849
 850 /* Sets the charges in nbnxn_atomdata_t *nbat */
 851 static void nbnxn_atomdata_set_charges(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 852                                        int                  ngrid,
 853                                        const nbnxn_search_t nbs,
 854                                        const real          *charge)
 855 {
 856     int                 g, cxy, ncz, ash, na, na_round, i, j;
 857     real               *q;
 858     const nbnxn_grid_t *grid;
 859
 860     for (g = 0; g < ngrid; g++)
 861     {
 862         grid = &nbs->grid[g];
 863
 864         /* Loop over all columns and copy and fill */
 865         for (cxy = 0; cxy < grid->ncx*grid->ncy; cxy++)
 866         {
 867             ash      = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 868             na       = grid->cxy_na[cxy];
 869             na_round = (grid->cxy_ind[cxy+1] - grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
 870
 871             if (nbat->XFormat == nbatXYZQ)
 872             {
 873                 q = nbat->x + ash*STRIDE_XYZQ + ZZ + 1;
 874                 for (i = 0; i < na; i++)
 875                 {
 876                     *q = charge[nbs->a[ash+i]];
 877                     q += STRIDE_XYZQ;
 878                 }
 879                 /* Complete the partially filled last cell with zeros */
 880                 for (; i < na_round; i++)
 881                 {
 882                     *q = 0;
 883                     q += STRIDE_XYZQ;
 884                 }
 885             }
 886             else
 887             {
 888                 q = nbat->q + ash;
 889                 for (i = 0; i < na; i++)
 890                 {
 891                     *q = charge[nbs->a[ash+i]];
 892                     q++;
 893                 }
 894                 /* Complete the partially filled last cell with zeros */
 895                 for (; i < na_round; i++)
 896                 {
 897                     *q = 0;
 898                     q++;
 899                 }
 900             }
 901         }
 902     }
 903 }
 904
 905 /* Copies the energy group indices to a reordered and packed array */
 906 static void copy_egp_to_nbat_egps(const int *a, int na, int na_round,
 907                                   int na_c, int bit_shift,
 908                                   const int *in, int *innb)
 909 {
 910     int i, j, sa, at;
 911     int comb;
 912
 913     j = 0;
 914     for (i = 0; i < na; i += na_c)
 915     {
 916         /* Store na_c energy group numbers into one int */
 917         comb = 0;
 918         for (sa = 0; sa < na_c; sa++)
 919         {
 920             at = a[i+sa];
 921             if (at >= 0)
 922             {
 923                 comb |= (GET_CGINFO_GID(in[at]) << (sa*bit_shift));
 924             }
 925         }
 926         innb[j++] = comb;
 927     }
 928     /* Complete the partially filled last cell with fill */
 929     for (; i < na_round; i += na_c)
 930     {
 931         innb[j++] = 0;
 932     }
 933 }
 934
 935 /* Set the energy group indices for atoms in nbnxn_atomdata_t */
 936 static void nbnxn_atomdata_set_energygroups(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 937                                             int                  ngrid,
 938                                             const nbnxn_search_t nbs,
 939                                             const int           *atinfo)
 940 {
 941     int                 g, i, ncz, ash;
 942     const nbnxn_grid_t *grid;
 943
 944     for (g = 0; g < ngrid; g++)
 945     {
 946         grid = &nbs->grid[g];
 947
 948         /* Loop over all columns and copy and fill */
 949         for (i = 0; i < grid->ncx*grid->ncy; i++)
 950         {
 951             ncz = grid->cxy_ind[i+1] - grid->cxy_ind[i];
 952             ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[i])*grid->na_sc;
 953
 954             copy_egp_to_nbat_egps(nbs->a+ash, grid->cxy_na[i], ncz*grid->na_sc,
 955                                   nbat->na_c, nbat->neg_2log,
 956                                   atinfo, nbat->energrp+(ash>>grid->na_c_2log));
 957         }
 958     }
 959 }
 960
 961 /* Sets all required atom parameter data in nbnxn_atomdata_t */
 962 void nbnxn_atomdata_set(nbnxn_atomdata_t    *nbat,
 963                         int                  locality,
 964                         const nbnxn_search_t nbs,
 965                         const t_mdatoms     *mdatoms,
 966                         const int           *atinfo)
 967 {
 968     int ngrid;
 969
 970     if (locality == eatLocal)
 971     {
 972         ngrid = 1;
 973     }
 974     else
 975     {
 976         ngrid = nbs->ngrid;
 977     }
 978
 979     nbnxn_atomdata_set_atomtypes(nbat, ngrid, nbs, mdatoms->typeA);
 980
 981     nbnxn_atomdata_set_charges(nbat, ngrid, nbs, mdatoms->chargeA);
 982
 983     if (nbat->nenergrp > 1)
 984     {
 985         nbnxn_atomdata_set_energygroups(nbat, ngrid, nbs, atinfo);
 986     }
 987 }
 988
 989 /* Copies the shift vector array to nbnxn_atomdata_t */
 990 void nbnxn_atomdata_copy_shiftvec(gmx_bool          bDynamicBox,
 991                                   rvec             *shift_vec,
 992                                   nbnxn_atomdata_t *nbat)
 993 {
 994     int i;
 995
 996     nbat->bDynamicBox = bDynamicBox;
 997     for (i = 0; i < SHIFTS; i++)
 998     {
 999         copy_rvec(shift_vec[i], nbat->shift_vec[i]);
1000     }
1001 }
1002
1003 /* Copies (and reorders) the coordinates to nbnxn_atomdata_t */
1004 void nbnxn_atomdata_copy_x_to_nbat_x(const nbnxn_search_t nbs,
1005                                      int                  locality,
1006                                      gmx_bool             FillLocal,
1007                                      rvec                *x,
1008                                      nbnxn_atomdata_t    *nbat)
1009 {
1010     int g0 = 0, g1 = 0;
1011     int nth, th;
1012
1013     switch (locality)
1014     {
1015         case eatAll:
1016             g0 = 0;
1017             g1 = nbs->ngrid;
1018             break;
1019         case eatLocal:
1020             g0 = 0;
1021             g1 = 1;
1022             break;
1023         case eatNonlocal:
1024             g0 = 1;
1025             g1 = nbs->ngrid;
1026             break;
1027     }
1028
1029     if (FillLocal)
1030     {
1031         nbat->natoms_local = nbs->grid[0].nc*nbs->grid[0].na_sc;
1032     }
1033
1034     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntPairsearch);
1035
1036 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1037     for (th = 0; th < nth; th++)
1038     {
1039         int g;
1040
1041         for (g = g0; g < g1; g++)
1042         {
1043             const nbnxn_grid_t *grid;
1044             int                 cxy0, cxy1, cxy;
1045
1046             grid = &nbs->grid[g];
1047
1048             cxy0 = (grid->ncx*grid->ncy* th   +nth-1)/nth;
1049             cxy1 = (grid->ncx*grid->ncy*(th+1)+nth-1)/nth;
1050
1051             for (cxy = cxy0; cxy < cxy1; cxy++)
1052             {
1053                 int na, ash, na_fill;
1054
1055                 na  = grid->cxy_na[cxy];
1056                 ash = (grid->cell0 + grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
1057
1058                 if (g == 0 && FillLocal)
1059                 {
1060                     na_fill =
1061                         (grid->cxy_ind[cxy+1] - grid->cxy_ind[cxy])*grid->na_sc;
1062                 }
1063                 else
1064                 {
1065                     /* We fill only the real particle locations.
1066                      * We assume the filling entries at the end have been
1067                      * properly set before during ns.
1068                      */
1069                     na_fill = na;
1070                 }
1071                 copy_rvec_to_nbat_real(nbs->a+ash, na, na_fill, x,
1072                                        nbat->XFormat, nbat->x, ash,
1073                                        0, 0, 0);
1074             }
1075         }
1076     }
1077 }
1078
1079 static void
1080 nbnxn_atomdata_clear_reals(real * gmx_restrict dest,
1081                            int i0, int i1)
1082 {
1083     int i;
1084
1085     for (i = i0; i < i1; i++)
1086     {
1087         dest[i] = 0;
1088     }
1089 }
1090
1091 static void
1092 nbnxn_atomdata_reduce_reals(real * gmx_restrict dest,
1093                             gmx_bool bDestSet,
1094                             real ** gmx_restrict src,
1095                             int nsrc,
1096                             int i0, int i1)
1097 {
1098     int i, s;
1099
1100     if (bDestSet)
1101     {
1102         /* The destination buffer contains data, add to it */
1103         for (i = i0; i < i1; i++)
1104         {
1105             for (s = 0; s < nsrc; s++)
1106             {
1107                 dest[i] += src[s][i];
1108             }
1109         }
1110     }
1111     else
1112     {
1113         /* The destination buffer is unitialized, set it first */
1114         for (i = i0; i < i1; i++)
1115         {
1116             dest[i] = src[0][i];
1117             for (s = 1; s < nsrc; s++)
1118             {
1119                 dest[i] += src[s][i];
1120             }
1121         }
1122     }
1123 }
1124
1125 static void
1126 nbnxn_atomdata_reduce_reals_simd(real * gmx_restrict dest,
1127                                  gmx_bool bDestSet,
1128                                  real ** gmx_restrict src,
1129                                  int nsrc,
1130                                  int i0, int i1)
1131 {
1132 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
1133 /* The SIMD width here is actually independent of that in the kernels,
1134  * but we use the same width for simplicity (usually optimal anyhow).
1135  */
1136     int       i, s;
1137     gmx_mm_pr dest_SSE, src_SSE;
1138
1139     if (bDestSet)
1140     {
1141         for (i = i0; i < i1; i += GMX_SIMD_WIDTH_HERE)
1142         {
1143             dest_SSE = gmx_load_pr(dest+i);
1144             for (s = 0; s < nsrc; s++)
1145             {
1146                 src_SSE  = gmx_load_pr(src[s]+i);
1147                 dest_SSE = gmx_add_pr(dest_SSE, src_SSE);
1148             }
1149             gmx_store_pr(dest+i, dest_SSE);
1150         }
1151     }
1152     else
1153     {
1154         for (i = i0; i < i1; i += GMX_SIMD_WIDTH_HERE)
1155         {
1156             dest_SSE = gmx_load_pr(src[0]+i);
1157             for (s = 1; s < nsrc; s++)
1158             {
1159                 src_SSE  = gmx_load_pr(src[s]+i);
1160                 dest_SSE = gmx_add_pr(dest_SSE, src_SSE);
1161             }
1162             gmx_store_pr(dest+i, dest_SSE);
1163         }
1164     }
1165 #endif
1166 }
1167
1168 /* Add part of the force array(s) from nbnxn_atomdata_t to f */
1169 static void
1170 nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f_part(const nbnxn_search_t nbs,
1171                                     const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1172                                     nbnxn_atomdata_output_t *out,
1173                                     int nfa,
1174                                     int a0, int a1,
1175                                     rvec *f)
1176 {
1177     int         a, i, fa;
1178     const int  *cell;
1179     const real *fnb;
1180
1181     cell = nbs->cell;
1182
1183     /* Loop over all columns and copy and fill */
1184     switch (nbat->FFormat)
1185     {
1186         case nbatXYZ:
1187         case nbatXYZQ:
1188             if (nfa == 1)
1189             {
1190                 fnb = out[0].f;
1191
1192                 for (a = a0; a < a1; a++)
1193                 {
1194                     i = cell[a]*nbat->fstride;
1195
1196                     f[a][XX] += fnb[i];
1197                     f[a][YY] += fnb[i+1];
1198                     f[a][ZZ] += fnb[i+2];
1199                 }
1200             }
1201             else
1202             {
1203                 for (a = a0; a < a1; a++)
1204                 {
1205                     i = cell[a]*nbat->fstride;
1206
1207                     for (fa = 0; fa < nfa; fa++)
1208                     {
1209                         f[a][XX] += out[fa].f[i];
1210                         f[a][YY] += out[fa].f[i+1];
1211                         f[a][ZZ] += out[fa].f[i+2];
1212                     }
1213                 }
1214             }
1215             break;
1216         case nbatX4:
1217             if (nfa == 1)
1218             {
1219                 fnb = out[0].f;
1220
1221                 for (a = a0; a < a1; a++)
1222                 {
1223                     i = X4_IND_A(cell[a]);
1224
1225                     f[a][XX] += fnb[i+XX*PACK_X4];
1226                     f[a][YY] += fnb[i+YY*PACK_X4];
1227                     f[a][ZZ] += fnb[i+ZZ*PACK_X4];
1228                 }
1229             }
1230             else
1231             {
1232                 for (a = a0; a < a1; a++)
1233                 {
1234                     i = X4_IND_A(cell[a]);
1235
1236                     for (fa = 0; fa < nfa; fa++)
1237                     {
1238                         f[a][XX] += out[fa].f[i+XX*PACK_X4];
1239                         f[a][YY] += out[fa].f[i+YY*PACK_X4];
1240                         f[a][ZZ] += out[fa].f[i+ZZ*PACK_X4];
1241                     }
1242                 }
1243             }
1244             break;
1245         case nbatX8:
1246             if (nfa == 1)
1247             {
1248                 fnb = out[0].f;
1249
1250                 for (a = a0; a < a1; a++)
1251                 {
1252                     i = X8_IND_A(cell[a]);
1253
1254                     f[a][XX] += fnb[i+XX*PACK_X8];
1255                     f[a][YY] += fnb[i+YY*PACK_X8];
1256                     f[a][ZZ] += fnb[i+ZZ*PACK_X8];
1257                 }
1258             }
1259             else
1260             {
1261                 for (a = a0; a < a1; a++)
1262                 {
1263                     i = X8_IND_A(cell[a]);
1264
1265                     for (fa = 0; fa < nfa; fa++)
1266                     {
1267                         f[a][XX] += out[fa].f[i+XX*PACK_X8];
1268                         f[a][YY] += out[fa].f[i+YY*PACK_X8];
1269                         f[a][ZZ] += out[fa].f[i+ZZ*PACK_X8];
1270                     }
1271                 }
1272             }
1273             break;
1274         default:
1275             gmx_incons("Unsupported nbnxn_atomdata_t format");
1276     }
1277 }
1278
1279 /* Add the force array(s) from nbnxn_atomdata_t to f */
1280 void nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f(const nbnxn_search_t    nbs,
1281                                     int                     locality,
1282                                     const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1283                                     rvec                   *f)
1284 {
1285     int a0 = 0, na = 0;
1286     int nth, th;
1287
1288     nbs_cycle_start(&nbs->cc[enbsCCreducef]);
1289
1290     switch (locality)
1291     {
1292         case eatAll:
1293             a0 = 0;
1294             na = nbs->natoms_nonlocal;
1295             break;
1296         case eatLocal:
1297             a0 = 0;
1298             na = nbs->natoms_local;
1299             break;
1300         case eatNonlocal:
1301             a0 = nbs->natoms_local;
1302             na = nbs->natoms_nonlocal - nbs->natoms_local;
1303             break;
1304     }
1305
1306     nth = gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded);
1307
1308     if (nbat->nout > 1)
1309     {
1310         if (locality != eatAll)
1311         {
1312             gmx_incons("add_f_to_f called with nout>1 and locality!=eatAll");
1313         }
1314
1315         /* Reduce the force thread output buffers into buffer 0, before adding
1316          * them to the, differently ordered, "real" force buffer.
1317          */
1318 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1319         for (th = 0; th < nth; th++)
1320         {
1321             const nbnxn_buffer_flags_t *flags;
1322             int   b0, b1, b;
1323             int   i0, i1;
1324             int   nfptr;
1325             real *fptr[NBNXN_BUFFERFLAG_MAX_THREADS];
1326             int   out;
1327
1328             flags = &nbat->buffer_flags;
1329
1330             /* Calculate the cell-block range for our thread */
1331             b0 = (flags->nflag* th   )/nth;
1332             b1 = (flags->nflag*(th+1))/nth;
1333
1334             for (b = b0; b < b1; b++)
1335             {
1336                 i0 =  b   *NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE*nbat->fstride;
1337                 i1 = (b+1)*NBNXN_BUFFERFLAG_SIZE*nbat->fstride;
1338
1339                 nfptr = 0;
1340                 for (out = 1; out < nbat->nout; out++)
1341                 {
1342                     if (flags->flag[b] & (1U<<out))
1343                     {
1344                         fptr[nfptr++] = nbat->out[out].f;
1345                     }
1346                 }
1347                 if (nfptr > 0)
1348                 {
1349 #ifdef GMX_NBNXN_SIMD
1350                     nbnxn_atomdata_reduce_reals_simd
1351 #else
1352                     nbnxn_atomdata_reduce_reals
1353 #endif
1354                         (nbat->out[0].f,
1355                         flags->flag[b] & (1U<<0),
1356                         fptr, nfptr,
1357                         i0, i1);
1358                 }
1359                 else if (!(flags->flag[b] & (1U<<0)))
1360                 {
1361                     nbnxn_atomdata_clear_reals(nbat->out[0].f,
1362                                                i0, i1);
1363                 }
1364             }
1365         }
1366     }
1367
1368 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
1369     for (th = 0; th < nth; th++)
1370     {
1371         nbnxn_atomdata_add_nbat_f_to_f_part(nbs, nbat,
1372                                             nbat->out,
1373                                             1,
1374                                             a0+((th+0)*na)/nth,
1375                                             a0+((th+1)*na)/nth,
1376                                             f);
1377     }
1378
1379     nbs_cycle_stop(&nbs->cc[enbsCCreducef]);
1380 }
1381
1382 /* Adds the shift forces from nbnxn_atomdata_t to fshift */
1383 void nbnxn_atomdata_add_nbat_fshift_to_fshift(const nbnxn_atomdata_t *nbat,
1384                                               rvec                   *fshift)
1385 {
1386     const nbnxn_atomdata_output_t *out;
1387     int  th;
1388     int  s;
1389     rvec sum;
1390
1391     out = nbat->out;
1392
1393     for (s = 0; s < SHIFTS; s++)
1394     {
1395         clear_rvec(sum);
1396         for (th = 0; th < nbat->nout; th++)
1397         {
1398             sum[XX] += out[th].fshift[s*DIM+XX];
1399             sum[YY] += out[th].fshift[s*DIM+YY];
1400             sum[ZZ] += out[th].fshift[s*DIM+ZZ];
1401         }
1402         rvec_inc(fshift[s], sum);
1403     }
1404 }