src/mdlib/nbnxn_kernels/nbnxn_kernel_simd_2xnn_inner.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) 2001-2009, The GROMACS Development Team
   6  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   7  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   8  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
   9  * 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 /* This is the innermost loop contents for the 4 x N atom SIMD kernel.
  39  * This flavor of the kernel duplicates the data for N j-particles in
  40  * 2xN wide SIMD registers to do operate on 2 i-particles at once.
  41  * This leads to 4/2=2 sets of most instructions. Therefore we call
  42  * this kernel 2x(N+N) = 2xnn
  43  *
  44  * This 2xnn kernel is basically the 4xn equivalent with half the registers
  45  * and instructions removed.
  46  *
  47  * An alternative would be to load to different cluster of N j-particles
  48  * into SIMD registers, giving a 4x(N+N) kernel. This doubles the amount
  49  * of instructions, which could lead to better scheduling. But we actually
  50  * observed worse scheduling for the AVX-256 4x8 normal analytical PME
  51  * kernel, which has a lower pair throughput than 2x(4+4) with gcc 4.7.
  52  * It could be worth trying this option, but it takes some more effort.
  53  * This 2xnn kernel is basically the 4xn equivalent with
  54  */
  55
  56
  57 /* When calculating RF or Ewald interactions we calculate the electrostatic
  58  * forces on excluded atom pairs here in the non-bonded loops.
  59  * But when energies and/or virial is required we calculate them
  60  * separately to as then it is easier to separate the energy and virial
  61  * contributions.
  62  */
  63 #if defined CHECK_EXCLS && defined CALC_COULOMB
  64 #define EXCL_FORCES
  65 #endif
  66
  67 /* Without exclusions and energies we only need to mask the cut-off,
  68  * this can be faster with blendv.
  69  */
  70 #if !(defined CHECK_EXCLS || defined CALC_ENERGIES) && defined GMX_HAVE_SIMD_BLENDV && !defined COUNT_PAIRS
  71 /* With RF and tabulated Coulomb we replace cmp+and with sub+blendv.
  72  * With gcc this is slower, except for RF on Sandy Bridge.
  73  * Tested with gcc 4.6.2, 4.6.3 and 4.7.1.
  74  */
  75 #if (defined CALC_COUL_RF || defined CALC_COUL_TAB) && (!defined __GNUC__ || (defined CALC_COUL_RF && defined GMX_X86_AVX_256))
  76 #define CUTOFF_BLENDV
  77 #endif
  78 /* With analytical Ewald we replace cmp+and+and with sub+blendv+blendv.
  79  * This is only faster with icc on Sandy Bridge (PS kernel slower than gcc 4.7).
  80  * Tested with icc 13.
  81  */
  82 #if defined CALC_COUL_EWALD && defined __INTEL_COMPILER && defined GMX_X86_AVX_256
  83 #define CUTOFF_BLENDV
  84 #endif
  85 #endif
  86
  87 {
  88     int        cj, aj, ajx, ajy, ajz;
  89
  90 #ifdef ENERGY_GROUPS
  91     /* Energy group indices for two atoms packed into one int */
  92     int        egp_jj[UNROLLJ/2];
  93 #endif
  94
  95 #ifdef CHECK_EXCLS
  96     /* Interaction (non-exclusion) mask of all 1's or 0's */
  97     gmx_mm_pr  int_S0;
  98     gmx_mm_pr  int_S2;
  99 #endif
 100
 101     gmx_mm_pr  jx_S, jy_S, jz_S;
 102     gmx_mm_pr  dx_S0, dy_S0, dz_S0;
 103     gmx_mm_pr  dx_S2, dy_S2, dz_S2;
 104     gmx_mm_pr  tx_S0, ty_S0, tz_S0;
 105     gmx_mm_pr  tx_S2, ty_S2, tz_S2;
 106     gmx_mm_pr  rsq_S0, rinv_S0, rinvsq_S0;
 107     gmx_mm_pr  rsq_S2, rinv_S2, rinvsq_S2;
 108 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 109     /* wco: within cut-off, mask of all 1's or 0's */
 110     gmx_mm_pr  wco_S0;
 111     gmx_mm_pr  wco_S2;
 112 #endif
 113 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 114     gmx_mm_pr  wco_vdw_S0;
 115 #ifndef HALF_LJ
 116     gmx_mm_pr  wco_vdw_S2;
 117 #endif
 118 #endif
 119 #ifdef CALC_COULOMB
 120 #ifdef CHECK_EXCLS
 121     /* 1/r masked with the interaction mask */
 122     gmx_mm_pr  rinv_ex_S0;
 123     gmx_mm_pr  rinv_ex_S2;
 124 #endif
 125     gmx_mm_pr  jq_S;
 126     gmx_mm_pr  qq_S0;
 127     gmx_mm_pr  qq_S2;
 128 #ifdef CALC_COUL_TAB
 129     /* The force (PME mesh force) we need to subtract from 1/r^2 */
 130     gmx_mm_pr  fsub_S0;
 131     gmx_mm_pr  fsub_S2;
 132 #endif
 133 #ifdef CALC_COUL_EWALD
 134     gmx_mm_pr  brsq_S0, brsq_S2;
 135     gmx_mm_pr  ewcorr_S0, ewcorr_S2;
 136 #endif
 137
 138     /* frcoul = (1/r - fsub)*r */
 139     gmx_mm_pr  frcoul_S0;
 140     gmx_mm_pr  frcoul_S2;
 141 #ifdef CALC_COUL_TAB
 142     /* For tables: r, rs=r/sp, rf=floor(rs), frac=rs-rf */
 143     gmx_mm_pr  r_S0, rs_S0, rf_S0, frac_S0;
 144     gmx_mm_pr  r_S2, rs_S2, rf_S2, frac_S2;
 145     /* Table index: rs truncated to an int */
 146     gmx_epi32  ti_S0, ti_S2;
 147     /* Linear force table values */
 148     gmx_mm_pr  ctab0_S0, ctab1_S0;
 149     gmx_mm_pr  ctab0_S2, ctab1_S2;
 150 #ifdef CALC_ENERGIES
 151     /* Quadratic energy table value */
 152     gmx_mm_pr  ctabv_S0;
 153     gmx_mm_pr  ctabv_S2;
 154 #endif
 155 #endif
 156 #if defined CALC_ENERGIES && (defined CALC_COUL_EWALD || defined CALC_COUL_TAB)
 157     /* The potential (PME mesh) we need to subtract from 1/r */
 158     gmx_mm_pr  vc_sub_S0;
 159     gmx_mm_pr  vc_sub_S2;
 160 #endif
 161 #ifdef CALC_ENERGIES
 162     /* Electrostatic potential */
 163     gmx_mm_pr  vcoul_S0;
 164     gmx_mm_pr  vcoul_S2;
 165 #endif
 166 #endif
 167     /* The force times 1/r */
 168     gmx_mm_pr  fscal_S0;
 169     gmx_mm_pr  fscal_S2;
 170
 171 #ifdef CALC_LJ
 172 #ifdef LJ_COMB_LB
 173     /* LJ sigma_j/2 and sqrt(epsilon_j) */
 174     gmx_mm_pr  hsig_j_S, seps_j_S;
 175     /* LJ sigma_ij and epsilon_ij */
 176     gmx_mm_pr  sig_S0, eps_S0;
 177 #ifndef HALF_LJ
 178     gmx_mm_pr  sig_S2, eps_S2;
 179 #endif
 180 #ifdef CALC_ENERGIES
 181     gmx_mm_pr  sig2_S0, sig6_S0;
 182 #ifndef HALF_LJ
 183     gmx_mm_pr  sig2_S2, sig6_S2;
 184 #endif
 185 #endif /* LJ_COMB_LB */
 186 #endif /* CALC_LJ */
 187
 188 #ifdef LJ_COMB_GEOM
 189     gmx_mm_pr  c6s_j_S, c12s_j_S;
 190 #endif
 191
 192 #if defined LJ_COMB_GEOM || defined LJ_COMB_LB
 193     /* Index for loading LJ parameters, complicated when interleaving */
 194     int         aj2;
 195 #endif
 196
 197 #ifndef FIX_LJ_C
 198     /* LJ C6 and C12 parameters, used with geometric comb. rule */
 199     gmx_mm_pr  c6_S0, c12_S0;
 200 #ifndef HALF_LJ
 201     gmx_mm_pr  c6_S2, c12_S2;
 202 #endif
 203 #endif
 204
 205     /* Intermediate variables for LJ calculation */
 206 #ifndef LJ_COMB_LB
 207     gmx_mm_pr  rinvsix_S0;
 208 #ifndef HALF_LJ
 209     gmx_mm_pr  rinvsix_S2;
 210 #endif
 211 #endif
 212 #ifdef LJ_COMB_LB
 213     gmx_mm_pr  sir_S0, sir2_S0, sir6_S0;
 214 #ifndef HALF_LJ
 215     gmx_mm_pr  sir_S2, sir2_S2, sir6_S2;
 216 #endif
 217 #endif
 218
 219     gmx_mm_pr  FrLJ6_S0, FrLJ12_S0;
 220 #ifndef HALF_LJ
 221     gmx_mm_pr  FrLJ6_S2, FrLJ12_S2;
 222 #endif
 223 #ifdef CALC_ENERGIES
 224     gmx_mm_pr  VLJ6_S0, VLJ12_S0, VLJ_S0;
 225 #ifndef HALF_LJ
 226     gmx_mm_pr  VLJ6_S2, VLJ12_S2, VLJ_S2;
 227 #endif
 228 #endif
 229 #endif /* CALC_LJ */
 230
 231     gmx_mm_hpr fjx_S, fjy_S, fjz_S;
 232
 233     /* j-cluster index */
 234     cj            = l_cj[cjind].cj;
 235
 236     /* Atom indices (of the first atom in the cluster) */
 237     aj            = cj*UNROLLJ;
 238 #if defined CALC_LJ && (defined LJ_COMB_GEOM || defined LJ_COMB_LB)
 239 #if UNROLLJ == STRIDE
 240     aj2           = aj*2;
 241 #else
 242     aj2           = (cj>>1)*2*STRIDE + (cj & 1)*UNROLLJ;
 243 #endif
 244 #endif
 245 #if UNROLLJ == STRIDE
 246     ajx           = aj*DIM;
 247 #else
 248     ajx           = (cj>>1)*DIM*STRIDE + (cj & 1)*UNROLLJ;
 249 #endif
 250     ajy           = ajx + STRIDE;
 251     ajz           = ajy + STRIDE;
 252
 253 #ifdef CHECK_EXCLS
 254     {
 255         /* Load integer interaction mask */
 256         gmx_mm_pr mask_pr_S = gmx_castsi_pr(gmx_set1_epi32(l_cj[cjind].excl));
 257
 258         int_S0  = gmx_checkbitmask_pr(mask_pr_S, mask_S0);
 259         int_S2  = gmx_checkbitmask_pr(mask_pr_S, mask_S2);
 260     }
 261 #endif
 262
 263     /* load j atom coordinates */
 264     gmx_loaddh_pr(jx_S, x+ajx);
 265     gmx_loaddh_pr(jy_S, x+ajy);
 266     gmx_loaddh_pr(jz_S, x+ajz);
 267
 268     /* Calculate distance */
 269     dx_S0       = gmx_sub_pr(ix_S0, jx_S);
 270     dy_S0       = gmx_sub_pr(iy_S0, jy_S);
 271     dz_S0       = gmx_sub_pr(iz_S0, jz_S);
 272     dx_S2       = gmx_sub_pr(ix_S2, jx_S);
 273     dy_S2       = gmx_sub_pr(iy_S2, jy_S);
 274     dz_S2       = gmx_sub_pr(iz_S2, jz_S);
 275
 276     /* rsq = dx*dx+dy*dy+dz*dz */
 277     rsq_S0      = gmx_calc_rsq_pr(dx_S0, dy_S0, dz_S0);
 278     rsq_S2      = gmx_calc_rsq_pr(dx_S2, dy_S2, dz_S2);
 279
 280 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 281     wco_S0      = gmx_cmplt_pr(rsq_S0, rc2_S);
 282     wco_S2      = gmx_cmplt_pr(rsq_S2, rc2_S);
 283 #endif
 284
 285 #ifdef CHECK_EXCLS
 286 #ifdef EXCL_FORCES
 287     /* Only remove the (sub-)diagonal to avoid double counting */
 288 #if UNROLLJ == UNROLLI
 289     if (cj == ci_sh)
 290     {
 291         wco_S0  = gmx_and_pr(wco_S0, diag_S0);
 292         wco_S2  = gmx_and_pr(wco_S2, diag_S2);
 293     }
 294 #else
 295 #if UNROLLJ == 2*UNROLLI
 296     if (cj*2 == ci_sh)
 297     {
 298         wco_S0  = gmx_and_pr(wco_S0, diag0_S0);
 299         wco_S2  = gmx_and_pr(wco_S2, diag0_S2);
 300     }
 301     else if (cj*2 + 1 == ci_sh)
 302     {
 303         wco_S0  = gmx_and_pr(wco_S0, diag1_S0);
 304         wco_S2  = gmx_and_pr(wco_S2, diag1_S2);
 305     }
 306 #else
 307 #error "only UNROLLJ == UNROLLI*(1 or 2) currently supported in 2xnn kernels"
 308 #endif
 309 #endif
 310 #else /* EXCL_FORCES */
 311     /* No exclusion forces: remove all excluded atom pairs from the list */
 312     wco_S0      = gmx_and_pr(wco_S0, int_S0);
 313     wco_S2      = gmx_and_pr(wco_S2, int_S2);
 314 #endif
 315 #endif
 316
 317 #ifdef COUNT_PAIRS
 318     {
 319         int  i, j;
 320         real tmpa[2*GMX_SIMD_WIDTH_HERE], *tmp;
 321         tmp = gmx_simd_align_real(tmpa);
 322         for (i = 0; i < UNROLLI; i+=2)
 323         {
 324             gmx_store_pr(tmp, i == 0 ? wco_S0 : wco_S2);
 325             for (j = 0; j < 2*UNROLLJ; j++)
 326             {
 327                 if (!(tmp[j] == 0))
 328                 {
 329                     npair++;
 330                 }
 331             }
 332         }
 333     }
 334 #endif
 335
 336 #ifdef CHECK_EXCLS
 337     /* For excluded pairs add a small number to avoid r^-6 = NaN */
 338     rsq_S0      = gmx_add_pr(rsq_S0, gmx_andnot_pr(int_S0, avoid_sing_S));
 339     rsq_S2      = gmx_add_pr(rsq_S2, gmx_andnot_pr(int_S2, avoid_sing_S));
 340 #endif
 341
 342     /* Calculate 1/r */
 343     rinv_S0     = gmx_invsqrt_pr(rsq_S0);
 344     rinv_S2     = gmx_invsqrt_pr(rsq_S2);
 345
 346 #ifdef CALC_COULOMB
 347     /* Load parameters for j atom */
 348     gmx_loaddh_pr(jq_S, q+aj);
 349     qq_S0       = gmx_mul_pr(iq_S0, jq_S);
 350     qq_S2       = gmx_mul_pr(iq_S2, jq_S);
 351 #endif
 352
 353 #ifdef CALC_LJ
 354
 355 #if !defined LJ_COMB_GEOM && !defined LJ_COMB_LB && !defined FIX_LJ_C
 356     load_lj_pair_params2(nbfp0, nbfp1, type, aj, c6_S0, c12_S0);
 357 #ifndef HALF_LJ
 358     load_lj_pair_params2(nbfp2, nbfp3, type, aj, c6_S2, c12_S2);
 359 #endif
 360 #endif /* not defined any LJ rule */
 361
 362 #ifdef LJ_COMB_GEOM
 363     gmx_loaddh_pr(c6s_j_S,  ljc+aj2+0);
 364     gmx_loaddh_pr(c12s_j_S, ljc+aj2+STRIDE);
 365     c6_S0       = gmx_mul_pr(c6s_S0, c6s_j_S );
 366 #ifndef HALF_LJ
 367     c6_S2       = gmx_mul_pr(c6s_S2, c6s_j_S );
 368 #endif
 369     c12_S0      = gmx_mul_pr(c12s_S0, c12s_j_S);
 370 #ifndef HALF_LJ
 371     c12_S2      = gmx_mul_pr(c12s_S2, c12s_j_S);
 372 #endif
 373 #endif /* LJ_COMB_GEOM */
 374
 375 #ifdef LJ_COMB_LB
 376     gmx_loaddh_pr(hsig_j_S, ljc+aj2+0);
 377     gmx_loaddh_pr(seps_j_S, ljc+aj2+STRIDE);
 378
 379     sig_S0      = gmx_add_pr(hsig_i_S0, hsig_j_S);
 380     eps_S0      = gmx_mul_pr(seps_i_S0, seps_j_S);
 381 #ifndef HALF_LJ
 382     sig_S2      = gmx_add_pr(hsig_i_S2, hsig_j_S);
 383     eps_S2      = gmx_mul_pr(seps_i_S2, seps_j_S);
 384 #endif
 385 #endif /* LJ_COMB_LB */
 386
 387 #endif /* CALC_LJ */
 388
 389 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 390     rinv_S0     = gmx_blendzero_pr(rinv_S0, wco_S0);
 391     rinv_S2     = gmx_blendzero_pr(rinv_S2, wco_S2);
 392 #else
 393     /* We only need to mask for the cut-off: blendv is faster */
 394     rinv_S0     = gmx_blendv_pr(rinv_S0, zero_S, gmx_sub_pr(rc2_S, rsq_S0));
 395     rinv_S2     = gmx_blendv_pr(rinv_S2, zero_S, gmx_sub_pr(rc2_S, rsq_S2));
 396 #endif
 397
 398     rinvsq_S0   = gmx_mul_pr(rinv_S0, rinv_S0);
 399     rinvsq_S2   = gmx_mul_pr(rinv_S2, rinv_S2);
 400
 401 #ifdef CALC_COULOMB
 402     /* Note that here we calculate force*r, not the usual force/r.
 403      * This allows avoiding masking the reaction-field contribution,
 404      * as frcoul is later multiplied by rinvsq which has been
 405      * masked with the cut-off check.
 406      */
 407
 408 #ifdef EXCL_FORCES
 409     /* Only add 1/r for non-excluded atom pairs */
 410     rinv_ex_S0  = gmx_blendzero_pr(rinv_S0, int_S0);
 411     rinv_ex_S2  = gmx_blendzero_pr(rinv_S2, int_S2);
 412 #else
 413     /* No exclusion forces, we always need 1/r */
 414 #define     rinv_ex_S0    rinv_S0
 415 #define     rinv_ex_S2    rinv_S2
 416 #endif
 417
 418 #ifdef CALC_COUL_RF
 419     /* Electrostatic interactions */
 420     frcoul_S0   = gmx_mul_pr(qq_S0, gmx_add_pr(rinv_ex_S0, gmx_mul_pr(rsq_S0, mrc_3_S)));
 421     frcoul_S2   = gmx_mul_pr(qq_S2, gmx_add_pr(rinv_ex_S2, gmx_mul_pr(rsq_S2, mrc_3_S)));
 422
 423 #ifdef CALC_ENERGIES
 424     vcoul_S0    = gmx_mul_pr(qq_S0, gmx_add_pr(rinv_ex_S0, gmx_add_pr(gmx_mul_pr(rsq_S0, hrc_3_S), moh_rc_S)));
 425     vcoul_S2    = gmx_mul_pr(qq_S2, gmx_add_pr(rinv_ex_S2, gmx_add_pr(gmx_mul_pr(rsq_S2, hrc_3_S), moh_rc_S)));
 426 #endif
 427 #endif
 428
 429 #ifdef CALC_COUL_EWALD
 430     /* We need to mask (or limit) rsq for the cut-off,
 431      * as large distances can cause an overflow in gmx_pmecorrF/V.
 432      */
 433 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 434     brsq_S0     = gmx_mul_pr(beta2_S, gmx_blendzero_pr(rsq_S0, wco_S0));
 435     brsq_S2     = gmx_mul_pr(beta2_S, gmx_blendzero_pr(rsq_S2, wco_S2));
 436 #else
 437     /* Strangely, putting mul on a separate line is slower (icc 13) */
 438     brsq_S0     = gmx_mul_pr(beta2_S, gmx_blendv_pr(rsq_S0, zero_S, gmx_sub_pr(rc2_S, rsq_S0)));
 439     brsq_S2     = gmx_mul_pr(beta2_S, gmx_blendv_pr(rsq_S2, zero_S, gmx_sub_pr(rc2_S, rsq_S2)));
 440 #endif
 441     ewcorr_S0   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrF_pr(brsq_S0), beta_S);
 442     ewcorr_S2   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrF_pr(brsq_S2), beta_S);
 443     frcoul_S0   = gmx_mul_pr(qq_S0, gmx_add_pr(rinv_ex_S0, gmx_mul_pr(ewcorr_S0, brsq_S0)));
 444     frcoul_S2   = gmx_mul_pr(qq_S2, gmx_add_pr(rinv_ex_S2, gmx_mul_pr(ewcorr_S2, brsq_S2)));
 445
 446 #ifdef CALC_ENERGIES
 447     vc_sub_S0   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrV_pr(brsq_S0), beta_S);
 448     vc_sub_S2   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrV_pr(brsq_S2), beta_S);
 449 #endif
 450
 451 #endif /* CALC_COUL_EWALD */
 452
 453 #ifdef CALC_COUL_TAB
 454     /* Electrostatic interactions */
 455     r_S0        = gmx_mul_pr(rsq_S0, rinv_S0);
 456     r_S2        = gmx_mul_pr(rsq_S2, rinv_S2);
 457     /* Convert r to scaled table units */
 458     rs_S0       = gmx_mul_pr(r_S0, invtsp_S);
 459     rs_S2       = gmx_mul_pr(r_S2, invtsp_S);
 460     /* Truncate scaled r to an int */
 461     ti_S0       = gmx_cvttpr_epi32(rs_S0);
 462     ti_S2       = gmx_cvttpr_epi32(rs_S2);
 463 #ifdef GMX_HAVE_SIMD_FLOOR
 464     rf_S0       = gmx_floor_pr(rs_S0);
 465     rf_S2       = gmx_floor_pr(rs_S2);
 466 #else
 467     rf_S0       = gmx_cvtepi32_pr(ti_S0);
 468     rf_S2       = gmx_cvtepi32_pr(ti_S2);
 469 #endif
 470     frac_S0     = gmx_sub_pr(rs_S0, rf_S0);
 471     frac_S2     = gmx_sub_pr(rs_S2, rf_S2);
 472
 473     /* Load and interpolate table forces and possibly energies.
 474      * Force and energy can be combined in one table, stride 4: FDV0
 475      * or in two separate tables with stride 1: F and V
 476      * Currently single precision uses FDV0, double F and V.
 477      */
 478 #ifndef CALC_ENERGIES
 479     load_table_f(tab_coul_F, ti_S0, ti0, ctab0_S0, ctab1_S0);
 480     load_table_f(tab_coul_F, ti_S2, ti2, ctab0_S2, ctab1_S2);
 481 #else
 482 #ifdef TAB_FDV0
 483     load_table_f_v(tab_coul_F, ti_S0, ti0, ctab0_S0, ctab1_S0, ctabv_S0);
 484     load_table_f_v(tab_coul_F, ti_S2, ti2, ctab0_S2, ctab1_S2, ctabv_S2);
 485 #else
 486     load_table_f_v(tab_coul_F, tab_coul_V, ti_S0, ti0, ctab0_S0, ctab1_S0, ctabv_S0);
 487     load_table_f_v(tab_coul_F, tab_coul_V, ti_S2, ti2, ctab0_S2, ctab1_S2, ctabv_S2);
 488 #endif
 489 #endif
 490     fsub_S0     = gmx_add_pr(ctab0_S0, gmx_mul_pr(frac_S0, ctab1_S0));
 491     fsub_S2     = gmx_add_pr(ctab0_S2, gmx_mul_pr(frac_S2, ctab1_S2));
 492     frcoul_S0   = gmx_mul_pr(qq_S0, gmx_sub_pr(rinv_ex_S0, gmx_mul_pr(fsub_S0, r_S0)));
 493     frcoul_S2   = gmx_mul_pr(qq_S2, gmx_sub_pr(rinv_ex_S2, gmx_mul_pr(fsub_S2, r_S2)));
 494
 495 #ifdef CALC_ENERGIES
 496     vc_sub_S0   = gmx_add_pr(ctabv_S0, gmx_mul_pr(gmx_mul_pr(mhalfsp_S, frac_S0), gmx_add_pr(ctab0_S0, fsub_S0)));
 497     vc_sub_S2   = gmx_add_pr(ctabv_S2, gmx_mul_pr(gmx_mul_pr(mhalfsp_S, frac_S2), gmx_add_pr(ctab0_S2, fsub_S2)));
 498 #endif
 499 #endif /* CALC_COUL_TAB */
 500
 501 #if defined CALC_ENERGIES && (defined CALC_COUL_EWALD || defined CALC_COUL_TAB)
 502 #ifndef NO_SHIFT_EWALD
 503     /* Add Ewald potential shift to vc_sub for convenience */
 504 #ifdef CHECK_EXCLS
 505     vc_sub_S0   = gmx_add_pr(vc_sub_S0, gmx_blendzero_pr(sh_ewald_S, int_S0));
 506     vc_sub_S2   = gmx_add_pr(vc_sub_S2, gmx_blendzero_pr(sh_ewald_S, int_S2));
 507 #else
 508     vc_sub_S0   = gmx_add_pr(vc_sub_S0, sh_ewald_S);
 509     vc_sub_S2   = gmx_add_pr(vc_sub_S2, sh_ewald_S);
 510 #endif
 511 #endif
 512
 513     vcoul_S0    = gmx_mul_pr(qq_S0, gmx_sub_pr(rinv_ex_S0, vc_sub_S0));
 514     vcoul_S2    = gmx_mul_pr(qq_S2, gmx_sub_pr(rinv_ex_S2, vc_sub_S2));
 515 #endif
 516
 517 #ifdef CALC_ENERGIES
 518     /* Mask energy for cut-off and diagonal */
 519     vcoul_S0    = gmx_blendzero_pr(vcoul_S0, wco_S0);
 520     vcoul_S2    = gmx_blendzero_pr(vcoul_S2, wco_S2);
 521 #endif
 522
 523 #endif /* CALC_COULOMB */
 524
 525 #ifdef CALC_LJ
 526     /* Lennard-Jones interaction */
 527
 528 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 529     wco_vdw_S0  = gmx_cmplt_pr(rsq_S0, rcvdw2_S);
 530 #ifndef HALF_LJ
 531     wco_vdw_S2  = gmx_cmplt_pr(rsq_S2, rcvdw2_S);
 532 #endif
 533 #else
 534     /* Same cut-off for Coulomb and VdW, reuse the registers */
 535 #define     wco_vdw_S0    wco_S0
 536 #define     wco_vdw_S2    wco_S2
 537 #endif
 538
 539 #ifndef LJ_COMB_LB
 540     rinvsix_S0  = gmx_mul_pr(rinvsq_S0, gmx_mul_pr(rinvsq_S0, rinvsq_S0));
 541 #ifdef EXCL_FORCES
 542     rinvsix_S0  = gmx_blendzero_pr(rinvsix_S0, int_S0);
 543 #endif
 544 #ifndef HALF_LJ
 545     rinvsix_S2  = gmx_mul_pr(rinvsq_S2, gmx_mul_pr(rinvsq_S2, rinvsq_S2));
 546 #ifdef EXCL_FORCES
 547     rinvsix_S2  = gmx_blendzero_pr(rinvsix_S2, int_S2);
 548 #endif
 549 #endif
 550 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 551     rinvsix_S0  = gmx_blendzero_pr(rinvsix_S0, wco_vdw_S0);
 552 #ifndef HALF_LJ
 553     rinvsix_S2  = gmx_blendzero_pr(rinvsix_S2, wco_vdw_S2);
 554 #endif
 555 #endif
 556     FrLJ6_S0    = gmx_mul_pr(c6_S0, rinvsix_S0);
 557 #ifndef HALF_LJ
 558     FrLJ6_S2    = gmx_mul_pr(c6_S2, rinvsix_S2);
 559 #endif
 560     FrLJ12_S0   = gmx_mul_pr(c12_S0, gmx_mul_pr(rinvsix_S0, rinvsix_S0));
 561 #ifndef HALF_LJ
 562     FrLJ12_S2   = gmx_mul_pr(c12_S2, gmx_mul_pr(rinvsix_S2, rinvsix_S2));
 563 #endif
 564 #endif /* not LJ_COMB_LB */
 565
 566 #ifdef LJ_COMB_LB
 567     sir_S0      = gmx_mul_pr(sig_S0, rinv_S0);
 568 #ifndef HALF_LJ
 569     sir_S2      = gmx_mul_pr(sig_S2, rinv_S2);
 570 #endif
 571     sir2_S0     = gmx_mul_pr(sir_S0, sir_S0);
 572 #ifndef HALF_LJ
 573     sir2_S2     = gmx_mul_pr(sir_S2, sir_S2);
 574 #endif
 575     sir6_S0     = gmx_mul_pr(sir2_S0, gmx_mul_pr(sir2_S0, sir2_S0));
 576 #ifdef EXCL_FORCES
 577     sir6_S0     = gmx_blendzero_pr(sir6_S0, int_S0);
 578 #endif
 579 #ifndef HALF_LJ
 580     sir6_S2     = gmx_mul_pr(sir2_S2, gmx_mul_pr(sir2_S2, sir2_S2));
 581 #ifdef EXCL_FORCES
 582     sir6_S2     = gmx_blendzero_pr(sir6_S2, int_S2);
 583 #endif
 584 #endif
 585 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 586     sir6_S0     = gmx_blendzero_pr(sir6_S0, wco_vdw_S0);
 587 #ifndef HALF_LJ
 588     sir6_S2     = gmx_blendzero_pr(sir6_S2, wco_vdw_S2);
 589 #endif
 590 #endif
 591     FrLJ6_S0    = gmx_mul_pr(eps_S0, sir6_S0);
 592 #ifndef HALF_LJ
 593     FrLJ6_S2    = gmx_mul_pr(eps_S2, sir6_S2);
 594 #endif
 595     FrLJ12_S0   = gmx_mul_pr(FrLJ6_S0, sir6_S0);
 596 #ifndef HALF_LJ
 597     FrLJ12_S2   = gmx_mul_pr(FrLJ6_S2, sir6_S2);
 598 #endif
 599 #if defined CALC_ENERGIES
 600     /* We need C6 and C12 to calculate the LJ potential shift */
 601     sig2_S0     = gmx_mul_pr(sig_S0, sig_S0);
 602 #ifndef HALF_LJ
 603     sig2_S2     = gmx_mul_pr(sig_S2, sig_S2);
 604 #endif
 605     sig6_S0     = gmx_mul_pr(sig2_S0, gmx_mul_pr(sig2_S0, sig2_S0));
 606 #ifndef HALF_LJ
 607     sig6_S2     = gmx_mul_pr(sig2_S2, gmx_mul_pr(sig2_S2, sig2_S2));
 608 #endif
 609     c6_S0       = gmx_mul_pr(eps_S0, sig6_S0);
 610 #ifndef HALF_LJ
 611     c6_S2       = gmx_mul_pr(eps_S2, sig6_S2);
 612 #endif
 613     c12_S0      = gmx_mul_pr(c6_S0, sig6_S0);
 614 #ifndef HALF_LJ
 615     c12_S2      = gmx_mul_pr(c6_S2, sig6_S2);
 616 #endif
 617 #endif
 618 #endif /* LJ_COMB_LB */
 619
 620 #endif /* CALC_LJ */
 621
 622 #ifdef CALC_ENERGIES
 623 #ifdef ENERGY_GROUPS
 624     /* Extract the group pair index per j pair.
 625      * Energy groups are stored per i-cluster, so things get
 626      * complicated when the i- and j-cluster size don't match.
 627      */
 628     {
 629         int egps_j;
 630 #if UNROLLJ == 2
 631         egps_j    = nbat->energrp[cj>>1];
 632         egp_jj[0] = ((egps_j >> ((cj & 1)*egps_jshift)) & egps_jmask)*egps_jstride;
 633 #else
 634         /* We assume UNROLLI <= UNROLLJ */
 635         int jdi;
 636         for (jdi = 0; jdi < UNROLLJ/UNROLLI; jdi++)
 637         {
 638             int jj;
 639             egps_j = nbat->energrp[cj*(UNROLLJ/UNROLLI)+jdi];
 640             for (jj = 0; jj < (UNROLLI/2); jj++)
 641             {
 642                 egp_jj[jdi*(UNROLLI/2)+jj] = ((egps_j >> (jj*egps_jshift)) & egps_jmask)*egps_jstride;
 643             }
 644         }
 645 #endif
 646     }
 647 #endif
 648
 649 #ifdef CALC_COULOMB
 650 #ifndef ENERGY_GROUPS
 651     vctot_S      = gmx_add_pr(vctot_S, gmx_add_pr(vcoul_S0, vcoul_S2));
 652 #else
 653     add_ener_grp_halves(vcoul_S0, vctp[0], vctp[1], egp_jj);
 654     add_ener_grp_halves(vcoul_S2, vctp[2], vctp[3], egp_jj);
 655 #endif
 656 #endif
 657
 658 #ifdef CALC_LJ
 659     /* Calculate the LJ energies */
 660     VLJ6_S0     = gmx_mul_pr(sixth_S, gmx_sub_pr(FrLJ6_S0, gmx_mul_pr(c6_S0, sh_invrc6_S)));
 661 #ifndef HALF_LJ
 662     VLJ6_S2     = gmx_mul_pr(sixth_S, gmx_sub_pr(FrLJ6_S2, gmx_mul_pr(c6_S2, sh_invrc6_S)));
 663 #endif
 664     VLJ12_S0    = gmx_mul_pr(twelveth_S, gmx_sub_pr(FrLJ12_S0, gmx_mul_pr(c12_S0, sh_invrc12_S)));
 665 #ifndef HALF_LJ
 666     VLJ12_S2    = gmx_mul_pr(twelveth_S, gmx_sub_pr(FrLJ12_S2, gmx_mul_pr(c12_S2, sh_invrc12_S)));
 667 #endif
 668
 669     VLJ_S0      = gmx_sub_pr(VLJ12_S0, VLJ6_S0);
 670 #ifndef HALF_LJ
 671     VLJ_S2      = gmx_sub_pr(VLJ12_S2, VLJ6_S2);
 672 #endif
 673     /* The potential shift should be removed for pairs beyond cut-off */
 674     VLJ_S0      = gmx_blendzero_pr(VLJ_S0, wco_vdw_S0);
 675 #ifndef HALF_LJ
 676     VLJ_S2      = gmx_blendzero_pr(VLJ_S2, wco_vdw_S2);
 677 #endif
 678 #ifdef CHECK_EXCLS
 679     /* The potential shift should be removed for excluded pairs */
 680     VLJ_S0      = gmx_blendzero_pr(VLJ_S0, int_S0);
 681 #ifndef HALF_LJ
 682     VLJ_S2      = gmx_blendzero_pr(VLJ_S2, int_S2);
 683 #endif
 684 #endif
 685 #ifndef ENERGY_GROUPS
 686     Vvdwtot_S    = gmx_add_pr(Vvdwtot_S,
 687 #ifndef HALF_LJ
 688                               gmx_add_pr(VLJ_S0, VLJ_S2)
 689 #else
 690                               VLJ_S0
 691 #endif
 692                               );
 693 #else
 694     add_ener_grp_halves(VLJ_S0, vvdwtp[0], vvdwtp[1], egp_jj);
 695 #ifndef HALF_LJ
 696     add_ener_grp_halves(VLJ_S2, vvdwtp[2], vvdwtp[3], egp_jj);
 697 #endif
 698 #endif
 699 #endif /* CALC_LJ */
 700 #endif /* CALC_ENERGIES */
 701
 702 #ifdef CALC_LJ
 703     fscal_S0    = gmx_mul_pr(rinvsq_S0,
 704 #ifdef CALC_COULOMB
 705                              gmx_add_pr(frcoul_S0,
 706 #else
 707                              (
 708 #endif
 709                               gmx_sub_pr(FrLJ12_S0, FrLJ6_S0)));
 710 #else
 711     fscal_S0    = gmx_mul_pr(rinvsq_S0, frcoul_S0);
 712 #endif /* CALC_LJ */
 713 #if defined CALC_LJ && !defined HALF_LJ
 714     fscal_S2    = gmx_mul_pr(rinvsq_S2,
 715 #ifdef CALC_COULOMB
 716                              gmx_add_pr(frcoul_S2,
 717 #else
 718                              (
 719 #endif
 720                               gmx_sub_pr(FrLJ12_S2, FrLJ6_S2)));
 721 #else
 722     /* Atom 2 and 3 don't have LJ, so only add Coulomb forces */
 723     fscal_S2    = gmx_mul_pr(rinvsq_S2, frcoul_S2);
 724 #endif
 725
 726     /* Calculate temporary vectorial force */
 727     tx_S0       = gmx_mul_pr(fscal_S0, dx_S0);
 728     tx_S2       = gmx_mul_pr(fscal_S2, dx_S2);
 729     ty_S0       = gmx_mul_pr(fscal_S0, dy_S0);
 730     ty_S2       = gmx_mul_pr(fscal_S2, dy_S2);
 731     tz_S0       = gmx_mul_pr(fscal_S0, dz_S0);
 732     tz_S2       = gmx_mul_pr(fscal_S2, dz_S2);
 733
 734     /* Increment i atom force */
 735     fix_S0      = gmx_add_pr(fix_S0, tx_S0);
 736     fix_S2      = gmx_add_pr(fix_S2, tx_S2);
 737     fiy_S0      = gmx_add_pr(fiy_S0, ty_S0);
 738     fiy_S2      = gmx_add_pr(fiy_S2, ty_S2);
 739     fiz_S0      = gmx_add_pr(fiz_S0, tz_S0);
 740     fiz_S2      = gmx_add_pr(fiz_S2, tz_S2);
 741
 742     /* Decrement j atom force */
 743     gmx_load_hpr(fjx_S, f+ajx);
 744     gmx_load_hpr(fjy_S, f+ajy);
 745     gmx_load_hpr(fjz_S, f+ajz);
 746     gmx_store_hpr(f+ajx, gmx_sub_hpr(fjx_S, gmx_sum4_hpr(tx_S0, tx_S2)));
 747     gmx_store_hpr(f+ajy, gmx_sub_hpr(fjy_S, gmx_sum4_hpr(ty_S0, ty_S2)));
 748     gmx_store_hpr(f+ajz, gmx_sub_hpr(fjz_S, gmx_sum4_hpr(tz_S0, tz_S2)));
 749 }
 750
 751 #undef  rinv_ex_S0
 752 #undef  rinv_ex_S2
 753
 754 #undef  wco_vdw_S0
 755 #undef  wco_vdw_S2
 756
 757 #undef  CUTOFF_BLENDV
 758
 759 #undef  EXCL_FORCES