src/mdlib/nbnxn_cuda/nbnxn_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  * 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 #ifndef NBNXN_CUDA_TYPES_H
  40 #define NBNXN_CUDA_TYPES_H
  41
  42 #include "types/nbnxn_pairlist.h"
  43 #include "types/nbnxn_cuda_types_ext.h"
  44 #include "../../gmxlib/cuda_tools/cudautils.cuh"
  45
  46 /* CUDA versions from 5.0 above support texture objects. */
  47 #if CUDA_VERSION >= 5000
  48 #define TEXOBJ_SUPPORTED
  49 #else  /* CUDA_VERSION */
  50 /* This typedef allows us to define only one version of struct cu_nbparam */
  51 typedef int cudaTextureObject_t;
  52 #endif /* CUDA_VERSION */
  53
  54 #ifdef __cplusplus
  55 extern "C" {
  56 #endif
  57
  58 /*! Types of electrostatics implementations available in the CUDA non-bonded
  59  *  force kernels. These represent both the electrostatics types implemented
  60  *  by the kernels (cut-off, RF, and Ewald - a subset of what's defined in
  61  *  enums.h) as well as encode implementation details analytical/tabulated
  62  *  and single or twin cut-off (for Ewald kernels).
  63  *  Note that the cut-off and RF kernels have only analytical flavor and unlike
  64  *  in the CPU kernels, the tabulated kernels are ATM Ewald-only.
  65  *
  66  *  The order of pointers to different electrostatic kernels defined in
  67  *  nbnxn_cuda.cu by the nb_default_kfunc_ptr and nb_legacy_kfunc_ptr arrays
  68  *  should match the order of enumerated types below. */
  69 enum {
  70     eelCuCUT, eelCuRF, eelCuEWALD_TAB, eelCuEWALD_TAB_TWIN, eelCuEWALD_ANA, eelCuEWALD_ANA_TWIN, eelCuNR
  71 };
  72
  73 /*! Kernel flavors with different set of optimizations: default for CUDA <=v4.1
  74  *  compilers and legacy for earlier, 3.2 and 4.0 CUDA compilers. */
  75 enum {
  76     eNbnxnCuKDefault, eNbnxnCuKLegacy, eNbnxnCuKNR
  77 };
  78
  79 #define NBNXN_KVER_OLD(k)      (k == eNbnxnCuKOld)
  80 #define NBNXN_KVER_LEGACY(k)   (k == eNbnxnCuKLegacy)
  81 #define NBNXN_KVER_DEFAULT(k)  (k == eNbnxnCuKDefault)
  82
  83 /*! Non-bonded kernel versions. */
  84
  85 /* All structs prefixed with "cu_" hold data used in GPU calculations and
  86  * are passed to the kernels, except cu_timers_t. */
  87 typedef struct cu_plist     cu_plist_t;
  88 typedef struct cu_atomdata  cu_atomdata_t;
  89 typedef struct cu_nbparam   cu_nbparam_t;
  90 typedef struct cu_timers    cu_timers_t;
  91 typedef struct nb_staging   nb_staging_t;
  92
  93
  94 /*! Staging area for temporary data. The energies get downloaded here first,
  95  *  before getting added to the CPU-side aggregate values.
  96  */
  97 struct nb_staging
  98 {
  99     float   *e_lj;      /* LJ energy            */
 100     float   *e_el;      /* electrostatic energy */
 101     float3  *fshift;    /* shift forces         */
 102 };
 103
 104 /*! Nonbonded atom data -- both inputs and outputs. */
 105 struct cu_atomdata
 106 {
 107     int      natoms;            /* number of atoms                              */
 108     int      natoms_local;      /* number of local atoms                        */
 109     int      nalloc;            /* allocation size for the atom data (xq, f)    */
 110
 111     float4  *xq;                /* atom coordinates + charges, size natoms      */
 112     float3  *f;                 /* force output array, size natoms              */
 113     /* TODO: try float2 for the energies */
 114     float   *e_lj,              /* LJ energy output, size 1                     */
 115             *e_el;              /* Electrostatics energy input, size 1          */
 116
 117     float3  *fshift;            /* shift forces                                 */
 118
 119     int      ntypes;            /* number of atom types                         */
 120     int     *atom_types;        /* atom type indices, size natoms               */
 121
 122     float3  *shift_vec;         /* shifts                                       */
 123     bool     bShiftVecUploaded; /* true if the shift vector has been uploaded   */
 124 };
 125
 126 /*! Parameters required for the CUDA nonbonded calculations. */
 127 struct cu_nbparam
 128 {
 129     int      eeltype;        /* type of electrostatics                       */
 130
 131     float    epsfac;         /* charge multiplication factor                 */
 132     float    c_rf, two_k_rf; /* Reaction-Field constants                     */
 133     float    ewald_beta;     /* Ewald/PME parameter                          */
 134     float    sh_ewald;       /* Ewald/PME  correction term                   */
 135     float    rvdw_sq;        /* VdW cut-off                                  */
 136     float    rcoulomb_sq;    /* Coulomb cut-off                              */
 137     float    rlist_sq;       /* pair-list cut-off                            */
 138     float    sh_invrc6;      /* LJ potential correction term                 */
 139
 140     /* Non-bonded parameters - accessed through texture memory */
 141     float            *nbfp;        /* nonbonded parameter table with C6/C12 pairs  */
 142     cudaTextureObject_t nbfp_texobj; /* texture object bound to nbfp                 */
 143
 144     /* Ewald Coulomb force table data - accessed through texture memory */
 145     int               coulomb_tab_size;
 146     float             coulomb_tab_scale;
 147     float            *coulomb_tab;
 148     cudaTextureObject_t  coulomb_tab_texobj; /* texture object bound to coulomb_tab   */
 149 };
 150
 151 /*! Pair list data */
 152 struct cu_plist
 153 {
 154     int              na_c;        /* number of atoms per cluster                  */
 155
 156     int              nsci;        /* size of sci, # of i clusters in the list     */
 157     int              sci_nalloc;  /* allocation size of sci                       */
 158     nbnxn_sci_t     *sci;         /* list of i-cluster ("super-clusters")         */
 159
 160     int              ncj4;        /* total # of 4*j clusters                      */
 161     int              cj4_nalloc;  /* allocation size of cj4                       */
 162     nbnxn_cj4_t     *cj4;         /* 4*j cluster list, contains j cluster number
 163                                      and index into the i cluster list            */
 164     nbnxn_excl_t    *excl;        /* atom interaction bits                        */
 165     int              nexcl;       /* count for excl                               */
 166     int              excl_nalloc; /* allocation size of excl                      */
 167
 168     bool             bDoPrune;    /* true if pair-list pruning needs to be
 169                                      done during the  current step                */
 170 };
 171
 172 /* CUDA events used for timing GPU kernels and H2D/D2H transfers.
 173  * The two-sized arrays hold the local and non-local values and should always
 174  * be indexed with eintLocal/eintNonlocal.
 175  */
 176 struct cu_timers
 177 {
 178     cudaEvent_t start_atdat, stop_atdat;         /* atom data transfer (every PS step)      */
 179     cudaEvent_t start_nb_h2d[2], stop_nb_h2d[2]; /* x/q H2D transfer (every step)           */
 180     cudaEvent_t start_nb_d2h[2], stop_nb_d2h[2]; /* f D2H transfer (every step)             */
 181     cudaEvent_t start_pl_h2d[2], stop_pl_h2d[2]; /* pair-list H2D transfer (every PS step)  */
 182     cudaEvent_t start_nb_k[2], stop_nb_k[2];     /* non-bonded kernels (every step)         */
 183 };
 184
 185 /* Main data structure for CUDA nonbonded force calculations. */
 186 struct nbnxn_cuda
 187 {
 188     cuda_dev_info_t *dev_info;       /* CUDA device information                              */
 189     int              kernel_ver;     /* The version of the kernel to be executed on the
 190                                         device in use, possible values: eNbnxnCuK*           */
 191     bool             bUseTwoStreams; /* true if doing both local/non-local NB work on GPU    */
 192     bool             bUseStreamSync; /* true if the standard cudaStreamSynchronize is used
 193                                         and not memory polling-based waiting                 */
 194     cu_atomdata_t   *atdat;          /* atom data                                            */
 195     cu_nbparam_t    *nbparam;        /* parameters required for the non-bonded calc.         */
 196     cu_plist_t      *plist[2];       /* pair-list data structures (local and non-local)      */
 197     nb_staging_t     nbst;           /* staging area where fshift/energies get downloaded    */
 198
 199     cudaStream_t     stream[2];      /* local and non-local GPU streams                      */
 200
 201     /* events used for synchronization */
 202     cudaEvent_t    nonlocal_done, misc_ops_done;
 203
 204     /* NOTE: With current CUDA versions (<=5.0) timing doesn't work with multiple
 205      * concurrent streams, so we won't time if both l/nl work is done on GPUs.
 206      * Timer init/uninit is still done even with timing off so only the condition
 207      * setting bDoTime needs to be change if this CUDA "feature" gets fixed. */
 208     bool             bDoTime;       /* True if event-based timing is enabled.               */
 209     cu_timers_t     *timers;        /* CUDA event-based timers.                             */
 210     wallclock_gpu_t *timings;       /* Timing data.                                         */
 211 };
 212
 213 #ifdef __cplusplus
 214 }
 215 #endif
 216
 217 #endif  /* NBNXN_CUDA_TYPES_H */