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
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  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 (only available with SSE4.1 and later).
  69  */
  70 #if !(defined CHECK_EXCLS || defined CALC_ENERGIES) && defined GMX_X86_SSE4_1 && !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_SSE0;
  98     gmx_mm_pr  int_SSE2;
  99 #endif
 100
 101     gmx_mm_pr  jxSSE, jySSE, jzSSE;
 102     gmx_mm_pr  dx_SSE0, dy_SSE0, dz_SSE0;
 103     gmx_mm_pr  dx_SSE2, dy_SSE2, dz_SSE2;
 104     gmx_mm_pr  tx_SSE0, ty_SSE0, tz_SSE0;
 105     gmx_mm_pr  tx_SSE2, ty_SSE2, tz_SSE2;
 106     gmx_mm_pr  rsq_SSE0, rinv_SSE0, rinvsq_SSE0;
 107     gmx_mm_pr  rsq_SSE2, rinv_SSE2, rinvsq_SSE2;
 108 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 109     /* wco: within cut-off, mask of all 1's or 0's */
 110     gmx_mm_pr  wco_SSE0;
 111     gmx_mm_pr  wco_SSE2;
 112 #endif
 113 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 114     gmx_mm_pr  wco_vdw_SSE0;
 115 #ifndef HALF_LJ
 116     gmx_mm_pr  wco_vdw_SSE2;
 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_SSE0;
 123     gmx_mm_pr  rinv_ex_SSE2;
 124 #endif
 125     gmx_mm_pr  jq_SSE;
 126     gmx_mm_pr  qq_SSE0;
 127     gmx_mm_pr  qq_SSE2;
 128 #ifdef CALC_COUL_TAB
 129     /* The force (PME mesh force) we need to subtract from 1/r^2 */
 130     gmx_mm_pr  fsub_SSE0;
 131     gmx_mm_pr  fsub_SSE2;
 132 #endif
 133 #ifdef CALC_COUL_EWALD
 134     gmx_mm_pr  brsq_SSE0, brsq_SSE2;
 135     gmx_mm_pr  ewcorr_SSE0, ewcorr_SSE2;
 136 #endif
 137
 138     /* frcoul = (1/r - fsub)*r */
 139     gmx_mm_pr  frcoul_SSE0;
 140     gmx_mm_pr  frcoul_SSE2;
 141 #ifdef CALC_COUL_TAB
 142     /* For tables: r, rs=r/sp, rf=floor(rs), frac=rs-rf */
 143     gmx_mm_pr  r_SSE0, rs_SSE0, rf_SSE0, frac_SSE0;
 144     gmx_mm_pr  r_SSE2, rs_SSE2, rf_SSE2, frac_SSE2;
 145     /* Table index: rs truncated to an int */
 146 #if !(defined GMX_MM256_HERE && defined GMX_DOUBLE)
 147     gmx_epi32  ti_SSE0, ti_SSE2;
 148 #else
 149     __m128i    ti_SSE0, ti_SSE2;
 150 #endif
 151     /* Linear force table values */
 152     gmx_mm_pr  ctab0_SSE0, ctab1_SSE0;
 153     gmx_mm_pr  ctab0_SSE2, ctab1_SSE2;
 154 #ifdef CALC_ENERGIES
 155     /* Quadratic energy table value */
 156     gmx_mm_pr  ctabv_SSE0;
 157     gmx_mm_pr  ctabv_SSE2;
 158 #endif
 159 #endif
 160 #if defined CALC_ENERGIES && (defined CALC_COUL_EWALD || defined CALC_COUL_TAB)
 161     /* The potential (PME mesh) we need to subtract from 1/r */
 162     gmx_mm_pr  vc_sub_SSE0;
 163     gmx_mm_pr  vc_sub_SSE2;
 164 #endif
 165 #ifdef CALC_ENERGIES
 166     /* Electrostatic potential */
 167     gmx_mm_pr  vcoul_SSE0;
 168     gmx_mm_pr  vcoul_SSE2;
 169 #endif
 170 #endif
 171     /* The force times 1/r */
 172     gmx_mm_pr  fscal_SSE0;
 173     gmx_mm_pr  fscal_SSE2;
 174
 175 #ifdef CALC_LJ
 176 #ifdef LJ_COMB_LB
 177     /* LJ sigma_j/2 and sqrt(epsilon_j) */
 178     gmx_mm_pr  hsig_j_SSE, seps_j_SSE;
 179     /* LJ sigma_ij and epsilon_ij */
 180     gmx_mm_pr  sig_SSE0, eps_SSE0;
 181 #ifndef HALF_LJ
 182     gmx_mm_pr  sig_SSE2, eps_SSE2;
 183 #endif
 184 #ifdef CALC_ENERGIES
 185     gmx_mm_pr  sig2_SSE0, sig6_SSE0;
 186 #ifndef HALF_LJ
 187     gmx_mm_pr  sig2_SSE2, sig6_SSE2;
 188 #endif
 189 #endif /* LJ_COMB_LB */
 190 #endif /* CALC_LJ */
 191
 192 #ifdef LJ_COMB_GEOM
 193     gmx_mm_pr  c6s_j_SSE, c12s_j_SSE;
 194 #endif
 195
 196 #if defined LJ_COMB_GEOM || defined LJ_COMB_LB
 197     /* Index for loading LJ parameters, complicated when interleaving */
 198     int         aj2;
 199 #endif
 200
 201 #ifndef FIX_LJ_C
 202     /* LJ C6 and C12 parameters, used with geometric comb. rule */
 203     gmx_mm_pr  c6_SSE0, c12_SSE0;
 204 #ifndef HALF_LJ
 205     gmx_mm_pr  c6_SSE2, c12_SSE2;
 206 #endif
 207 #endif
 208
 209     /* Intermediate variables for LJ calculation */
 210 #ifndef LJ_COMB_LB
 211     gmx_mm_pr  rinvsix_SSE0;
 212 #ifndef HALF_LJ
 213     gmx_mm_pr  rinvsix_SSE2;
 214 #endif
 215 #endif
 216 #ifdef LJ_COMB_LB
 217     gmx_mm_pr  sir_SSE0, sir2_SSE0, sir6_SSE0;
 218 #ifndef HALF_LJ
 219     gmx_mm_pr  sir_SSE2, sir2_SSE2, sir6_SSE2;
 220 #endif
 221 #endif
 222
 223     gmx_mm_pr  FrLJ6_SSE0, FrLJ12_SSE0;
 224 #ifndef HALF_LJ
 225     gmx_mm_pr  FrLJ6_SSE2, FrLJ12_SSE2;
 226 #endif
 227 #ifdef CALC_ENERGIES
 228     gmx_mm_pr  VLJ6_SSE0, VLJ12_SSE0, VLJ_SSE0;
 229 #ifndef HALF_LJ
 230     gmx_mm_pr  VLJ6_SSE2, VLJ12_SSE2, VLJ_SSE2;
 231 #endif
 232 #endif
 233 #endif /* CALC_LJ */
 234
 235     /* j-cluster index */
 236     cj            = l_cj[cjind].cj;
 237
 238     /* Atom indices (of the first atom in the cluster) */
 239     aj            = cj*UNROLLJ;
 240 #if defined CALC_LJ && (defined LJ_COMB_GEOM || defined LJ_COMB_LB)
 241 #if UNROLLJ == STRIDE
 242     aj2           = aj*2;
 243 #else
 244     aj2           = (cj>>1)*2*STRIDE + (cj & 1)*UNROLLJ;
 245 #endif
 246 #endif
 247 #if UNROLLJ == STRIDE
 248     ajx           = aj*DIM;
 249 #else
 250     ajx           = (cj>>1)*DIM*STRIDE + (cj & 1)*UNROLLJ;
 251 #endif
 252     ajy           = ajx + STRIDE;
 253     ajz           = ajy + STRIDE;
 254
 255 #ifdef CHECK_EXCLS
 256     {
 257         /* Load integer interaction mask */
 258         /* With AVX there are no integer operations, so cast to real */
 259         gmx_mm_pr mask_pr = gmx_mm_castsi256_pr(_mm256_set1_epi32(l_cj[cjind].excl));
 260         /* Intel Compiler version 12.1.3 20120130 is buggy: use cast.
 261          * With gcc we don't need the cast, but it's faster.
 262          */
 263 #define cast_cvt(x)  _mm256_cvtepi32_ps(_mm256_castps_si256(x))
 264         int_SSE0  = gmx_cmpneq_pr(cast_cvt(gmx_and_pr(mask_pr, mask0)), zero_SSE);
 265         int_SSE2  = gmx_cmpneq_pr(cast_cvt(gmx_and_pr(mask_pr, mask2)), zero_SSE);
 266 #undef cast_cvt
 267     }
 268 #endif
 269     /* load j atom coordinates */
 270     jxSSE         = gmx_loaddh_pr(x+ajx);
 271     jySSE         = gmx_loaddh_pr(x+ajy);
 272     jzSSE         = gmx_loaddh_pr(x+ajz);
 273
 274     /* Calculate distance */
 275     dx_SSE0       = gmx_sub_pr(ix_SSE0, jxSSE);
 276     dy_SSE0       = gmx_sub_pr(iy_SSE0, jySSE);
 277     dz_SSE0       = gmx_sub_pr(iz_SSE0, jzSSE);
 278     dx_SSE2       = gmx_sub_pr(ix_SSE2, jxSSE);
 279     dy_SSE2       = gmx_sub_pr(iy_SSE2, jySSE);
 280     dz_SSE2       = gmx_sub_pr(iz_SSE2, jzSSE);
 281
 282     /* rsq = dx*dx+dy*dy+dz*dz */
 283     rsq_SSE0      = gmx_calc_rsq_pr(dx_SSE0, dy_SSE0, dz_SSE0);
 284     rsq_SSE2      = gmx_calc_rsq_pr(dx_SSE2, dy_SSE2, dz_SSE2);
 285
 286 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 287     wco_SSE0      = gmx_cmplt_pr(rsq_SSE0, rc2_SSE);
 288     wco_SSE2      = gmx_cmplt_pr(rsq_SSE2, rc2_SSE);
 289 #endif
 290
 291 #ifdef CHECK_EXCLS
 292 #ifdef EXCL_FORCES
 293     /* Only remove the (sub-)diagonal to avoid double counting */
 294 #if UNROLLJ == UNROLLI
 295     if (cj == ci_sh)
 296     {
 297         wco_SSE0  = gmx_and_pr(wco_SSE0, diag_SSE0);
 298         wco_SSE2  = gmx_and_pr(wco_SSE2, diag_SSE2);
 299     }
 300 #else
 301 #error "only UNROLLJ == UNROLLI currently supported in the joined kernels"
 302 #endif
 303 #else /* EXCL_FORCES */
 304       /* Remove all excluded atom pairs from the list */
 305     wco_SSE0      = gmx_and_pr(wco_SSE0, int_SSE0);
 306     wco_SSE2      = gmx_and_pr(wco_SSE2, int_SSE2);
 307 #endif
 308 #endif
 309
 310 #ifdef COUNT_PAIRS
 311     {
 312         int  i, j;
 313         real tmp[UNROLLJ];
 314         for (i = 0; i < UNROLLI; i++)
 315         {
 316             gmx_storeu_pr(tmp, i == 0 ? wco_SSE0 : (i == 1 ? wco_SSE1 : (i == 2 ? wco_SSE2 : wco_SSE3)));
 317             for (j = 0; j < UNROLLJ; j++)
 318             {
 319                 if (!(tmp[j] == 0))
 320                 {
 321                     npair++;
 322                 }
 323             }
 324         }
 325     }
 326 #endif
 327
 328 #ifdef CHECK_EXCLS
 329     /* For excluded pairs add a small number to avoid r^-6 = NaN */
 330     rsq_SSE0      = gmx_add_pr(rsq_SSE0, gmx_andnot_pr(int_SSE0, avoid_sing_SSE));
 331     rsq_SSE2      = gmx_add_pr(rsq_SSE2, gmx_andnot_pr(int_SSE2, avoid_sing_SSE));
 332 #endif
 333
 334     /* Calculate 1/r */
 335     rinv_SSE0     = gmx_invsqrt_pr(rsq_SSE0);
 336     rinv_SSE2     = gmx_invsqrt_pr(rsq_SSE2);
 337
 338 #ifdef CALC_COULOMB
 339     /* Load parameters for j atom */
 340     jq_SSE        = gmx_loaddh_pr(q+aj);
 341     qq_SSE0       = gmx_mul_pr(iq_SSE0, jq_SSE);
 342     qq_SSE2       = gmx_mul_pr(iq_SSE2, jq_SSE);
 343 #endif
 344
 345 #ifdef CALC_LJ
 346
 347 #if !defined LJ_COMB_GEOM && !defined LJ_COMB_LB && !defined FIX_LJ_C
 348     load_lj_pair_params2(nbfp0, nbfp1, type, aj, c6_SSE0, c12_SSE0);
 349 #ifndef HALF_LJ
 350     load_lj_pair_params2(nbfp2, nbfp3, type, aj, c6_SSE2, c12_SSE2);
 351 #endif
 352 #endif /* not defined any LJ rule */
 353
 354 #ifdef LJ_COMB_GEOM
 355     c6s_j_SSE     = gmx_loaddh_pr(ljc+aj2+0);
 356     c12s_j_SSE    = gmx_loaddh_pr(ljc+aj2+STRIDE);
 357     c6_SSE0       = gmx_mul_pr(c6s_SSE0, c6s_j_SSE );
 358 #ifndef HALF_LJ
 359     c6_SSE2       = gmx_mul_pr(c6s_SSE2, c6s_j_SSE );
 360 #endif
 361     c12_SSE0      = gmx_mul_pr(c12s_SSE0, c12s_j_SSE);
 362 #ifndef HALF_LJ
 363     c12_SSE2      = gmx_mul_pr(c12s_SSE2, c12s_j_SSE);
 364 #endif
 365 #endif /* LJ_COMB_GEOM */
 366
 367 #ifdef LJ_COMB_LB
 368     hsig_j_SSE    = gmx_loaddh_pr(ljc+aj2+0);
 369     seps_j_SSE    = gmx_loaddh_pr(ljc+aj2+STRIDE);
 370
 371     sig_SSE0      = gmx_add_pr(hsig_i_SSE0, hsig_j_SSE);
 372     eps_SSE0      = gmx_mul_pr(seps_i_SSE0, seps_j_SSE);
 373 #ifndef HALF_LJ
 374     sig_SSE2      = gmx_add_pr(hsig_i_SSE2, hsig_j_SSE);
 375     eps_SSE2      = gmx_mul_pr(seps_i_SSE2, seps_j_SSE);
 376 #endif
 377 #endif /* LJ_COMB_LB */
 378
 379 #endif /* CALC_LJ */
 380
 381 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 382     rinv_SSE0     = gmx_and_pr(rinv_SSE0, wco_SSE0);
 383     rinv_SSE2     = gmx_and_pr(rinv_SSE2, wco_SSE2);
 384 #else
 385     /* We only need to mask for the cut-off: blendv is faster */
 386     rinv_SSE0     = gmx_blendv_pr(rinv_SSE0, zero_SSE, gmx_sub_pr(rc2_SSE, rsq_SSE0));
 387     rinv_SSE2     = gmx_blendv_pr(rinv_SSE2, zero_SSE, gmx_sub_pr(rc2_SSE, rsq_SSE2));
 388 #endif
 389
 390     rinvsq_SSE0   = gmx_mul_pr(rinv_SSE0, rinv_SSE0);
 391     rinvsq_SSE2   = gmx_mul_pr(rinv_SSE2, rinv_SSE2);
 392
 393 #ifdef CALC_COULOMB
 394     /* Note that here we calculate force*r, not the usual force/r.
 395      * This allows avoiding masking the reaction-field contribution,
 396      * as frcoul is later multiplied by rinvsq which has been
 397      * masked with the cut-off check.
 398      */
 399
 400 #ifdef EXCL_FORCES
 401     /* Only add 1/r for non-excluded atom pairs */
 402     rinv_ex_SSE0  = gmx_and_pr(rinv_SSE0, int_SSE0);
 403     rinv_ex_SSE2  = gmx_and_pr(rinv_SSE2, int_SSE2);
 404 #else
 405     /* No exclusion forces, we always need 1/r */
 406 #define     rinv_ex_SSE0    rinv_SSE0
 407 #define     rinv_ex_SSE2    rinv_SSE2
 408 #endif
 409
 410 #ifdef CALC_COUL_RF
 411     /* Electrostatic interactions */
 412     frcoul_SSE0   = gmx_mul_pr(qq_SSE0, gmx_add_pr(rinv_ex_SSE0, gmx_mul_pr(rsq_SSE0, mrc_3_SSE)));
 413     frcoul_SSE2   = gmx_mul_pr(qq_SSE2, gmx_add_pr(rinv_ex_SSE2, gmx_mul_pr(rsq_SSE2, mrc_3_SSE)));
 414
 415 #ifdef CALC_ENERGIES
 416     vcoul_SSE0    = gmx_mul_pr(qq_SSE0, gmx_add_pr(rinv_ex_SSE0, gmx_add_pr(gmx_mul_pr(rsq_SSE0, hrc_3_SSE), moh_rc_SSE)));
 417     vcoul_SSE2    = gmx_mul_pr(qq_SSE2, gmx_add_pr(rinv_ex_SSE2, gmx_add_pr(gmx_mul_pr(rsq_SSE2, hrc_3_SSE), moh_rc_SSE)));
 418 #endif
 419 #endif
 420
 421 #ifdef CALC_COUL_EWALD
 422     /* We need to mask (or limit) rsq for the cut-off,
 423      * as large distances can cause an overflow in gmx_pmecorrF/V.
 424      */
 425 #ifndef CUTOFF_BLENDV
 426     brsq_SSE0     = gmx_mul_pr(beta2_SSE, gmx_and_pr(rsq_SSE0, wco_SSE0));
 427     brsq_SSE2     = gmx_mul_pr(beta2_SSE, gmx_and_pr(rsq_SSE2, wco_SSE2));
 428 #else
 429     /* Strangely, putting mul on a separate line is slower (icc 13) */
 430     brsq_SSE0     = gmx_mul_pr(beta2_SSE, gmx_blendv_pr(rsq_SSE0, zero_SSE, gmx_sub_pr(rc2_SSE, rsq_SSE0)));
 431     brsq_SSE2     = gmx_mul_pr(beta2_SSE, gmx_blendv_pr(rsq_SSE2, zero_SSE, gmx_sub_pr(rc2_SSE, rsq_SSE2)));
 432 #endif
 433     ewcorr_SSE0   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrF_pr(brsq_SSE0), beta_SSE);
 434     ewcorr_SSE2   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrF_pr(brsq_SSE2), beta_SSE);
 435     frcoul_SSE0   = gmx_mul_pr(qq_SSE0, gmx_add_pr(rinv_ex_SSE0, gmx_mul_pr(ewcorr_SSE0, brsq_SSE0)));
 436     frcoul_SSE2   = gmx_mul_pr(qq_SSE2, gmx_add_pr(rinv_ex_SSE2, gmx_mul_pr(ewcorr_SSE2, brsq_SSE2)));
 437
 438 #ifdef CALC_ENERGIES
 439     vc_sub_SSE0   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrV_pr(brsq_SSE0), beta_SSE);
 440     vc_sub_SSE2   = gmx_mul_pr(gmx_pmecorrV_pr(brsq_SSE2), beta_SSE);
 441 #endif
 442
 443 #endif /* CALC_COUL_EWALD */
 444
 445 #ifdef CALC_COUL_TAB
 446     /* Electrostatic interactions */
 447     r_SSE0        = gmx_mul_pr(rsq_SSE0, rinv_SSE0);
 448     r_SSE2        = gmx_mul_pr(rsq_SSE2, rinv_SSE2);
 449     /* Convert r to scaled table units */
 450     rs_SSE0       = gmx_mul_pr(r_SSE0, invtsp_SSE);
 451     rs_SSE2       = gmx_mul_pr(r_SSE2, invtsp_SSE);
 452     /* Truncate scaled r to an int */
 453     ti_SSE0       = gmx_cvttpr_epi32(rs_SSE0);
 454     ti_SSE2       = gmx_cvttpr_epi32(rs_SSE2);
 455 #ifdef GMX_X86_SSE4_1
 456     /* SSE4.1 floor is faster than gmx_cvtepi32_ps int->float cast */
 457     rf_SSE0       = gmx_floor_pr(rs_SSE0);
 458     rf_SSE2       = gmx_floor_pr(rs_SSE2);
 459 #else
 460     rf_SSE0       = gmx_cvtepi32_pr(ti_SSE0);
 461     rf_SSE2       = gmx_cvtepi32_pr(ti_SSE2);
 462 #endif
 463     frac_SSE0     = gmx_sub_pr(rs_SSE0, rf_SSE0);
 464     frac_SSE2     = gmx_sub_pr(rs_SSE2, rf_SSE2);
 465
 466     /* Load and interpolate table forces and possibly energies.
 467      * Force and energy can be combined in one table, stride 4: FDV0
 468      * or in two separate tables with stride 1: F and V
 469      * Currently single precision uses FDV0, double F and V.
 470      */
 471 #ifndef CALC_ENERGIES
 472     load_table_f(tab_coul_F, ti_SSE0, ti0, ctab0_SSE0, ctab1_SSE0);
 473     load_table_f(tab_coul_F, ti_SSE2, ti2, ctab0_SSE2, ctab1_SSE2);
 474 #else
 475 #ifdef TAB_FDV0
 476     load_table_f_v(tab_coul_F, ti_SSE0, ti0, ctab0_SSE0, ctab1_SSE0, ctabv_SSE0);
 477     load_table_f_v(tab_coul_F, ti_SSE2, ti2, ctab0_SSE2, ctab1_SSE2, ctabv_SSE2);
 478 #else
 479     load_table_f_v(tab_coul_F, tab_coul_V, ti_SSE0, ti0, ctab0_SSE0, ctab1_SSE0, ctabv_SSE0);
 480     load_table_f_v(tab_coul_F, tab_coul_V, ti_SSE2, ti2, ctab0_SSE2, ctab1_SSE2, ctabv_SSE2);
 481 #endif
 482 #endif
 483     fsub_SSE0     = gmx_add_pr(ctab0_SSE0, gmx_mul_pr(frac_SSE0, ctab1_SSE0));
 484     fsub_SSE2     = gmx_add_pr(ctab0_SSE2, gmx_mul_pr(frac_SSE2, ctab1_SSE2));
 485     frcoul_SSE0   = gmx_mul_pr(qq_SSE0, gmx_sub_pr(rinv_ex_SSE0, gmx_mul_pr(fsub_SSE0, r_SSE0)));
 486     frcoul_SSE2   = gmx_mul_pr(qq_SSE2, gmx_sub_pr(rinv_ex_SSE2, gmx_mul_pr(fsub_SSE2, r_SSE2)));
 487
 488 #ifdef CALC_ENERGIES
 489     vc_sub_SSE0   = gmx_add_pr(ctabv_SSE0, gmx_mul_pr(gmx_mul_pr(mhalfsp_SSE, frac_SSE0), gmx_add_pr(ctab0_SSE0, fsub_SSE0)));
 490     vc_sub_SSE2   = gmx_add_pr(ctabv_SSE2, gmx_mul_pr(gmx_mul_pr(mhalfsp_SSE, frac_SSE2), gmx_add_pr(ctab0_SSE2, fsub_SSE2)));
 491 #endif
 492 #endif /* CALC_COUL_TAB */
 493
 494 #if defined CALC_ENERGIES && (defined CALC_COUL_EWALD || defined CALC_COUL_TAB)
 495 #ifndef NO_SHIFT_EWALD
 496     /* Add Ewald potential shift to vc_sub for convenience */
 497 #ifdef CHECK_EXCLS
 498     vc_sub_SSE0   = gmx_add_pr(vc_sub_SSE0, gmx_and_pr(sh_ewald_SSE, int_SSE0));
 499     vc_sub_SSE2   = gmx_add_pr(vc_sub_SSE2, gmx_and_pr(sh_ewald_SSE, int_SSE2));
 500 #else
 501     vc_sub_SSE0   = gmx_add_pr(vc_sub_SSE0, sh_ewald_SSE);
 502     vc_sub_SSE2   = gmx_add_pr(vc_sub_SSE2, sh_ewald_SSE);
 503 #endif
 504 #endif
 505
 506     vcoul_SSE0    = gmx_mul_pr(qq_SSE0, gmx_sub_pr(rinv_ex_SSE0, vc_sub_SSE0));
 507     vcoul_SSE2    = gmx_mul_pr(qq_SSE2, gmx_sub_pr(rinv_ex_SSE2, vc_sub_SSE2));
 508 #endif
 509
 510 #ifdef CALC_ENERGIES
 511     /* Mask energy for cut-off and diagonal */
 512     vcoul_SSE0    = gmx_and_pr(vcoul_SSE0, wco_SSE0);
 513     vcoul_SSE2    = gmx_and_pr(vcoul_SSE2, wco_SSE2);
 514 #endif
 515
 516 #endif /* CALC_COULOMB */
 517
 518 #ifdef CALC_LJ
 519     /* Lennard-Jones interaction */
 520
 521 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 522     wco_vdw_SSE0  = gmx_cmplt_pr(rsq_SSE0, rcvdw2_SSE);
 523 #ifndef HALF_LJ
 524     wco_vdw_SSE2  = gmx_cmplt_pr(rsq_SSE2, rcvdw2_SSE);
 525 #endif
 526 #else
 527     /* Same cut-off for Coulomb and VdW, reuse the registers */
 528 #define     wco_vdw_SSE0    wco_SSE0
 529 #define     wco_vdw_SSE2    wco_SSE2
 530 #endif
 531
 532 #ifndef LJ_COMB_LB
 533     rinvsix_SSE0  = gmx_mul_pr(rinvsq_SSE0, gmx_mul_pr(rinvsq_SSE0, rinvsq_SSE0));
 534 #ifdef EXCL_FORCES
 535     rinvsix_SSE0  = gmx_and_pr(rinvsix_SSE0, int_SSE0);
 536 #endif
 537 #ifndef HALF_LJ
 538     rinvsix_SSE2  = gmx_mul_pr(rinvsq_SSE2, gmx_mul_pr(rinvsq_SSE2, rinvsq_SSE2));
 539 #ifdef EXCL_FORCES
 540     rinvsix_SSE2  = gmx_and_pr(rinvsix_SSE2, int_SSE2);
 541 #endif
 542 #endif
 543 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 544     rinvsix_SSE0  = gmx_and_pr(rinvsix_SSE0, wco_vdw_SSE0);
 545 #ifndef HALF_LJ
 546     rinvsix_SSE2  = gmx_and_pr(rinvsix_SSE2, wco_vdw_SSE2);
 547 #endif
 548 #endif
 549     FrLJ6_SSE0    = gmx_mul_pr(c6_SSE0, rinvsix_SSE0);
 550 #ifndef HALF_LJ
 551     FrLJ6_SSE2    = gmx_mul_pr(c6_SSE2, rinvsix_SSE2);
 552 #endif
 553     FrLJ12_SSE0   = gmx_mul_pr(c12_SSE0, gmx_mul_pr(rinvsix_SSE0, rinvsix_SSE0));
 554 #ifndef HALF_LJ
 555     FrLJ12_SSE2   = gmx_mul_pr(c12_SSE2, gmx_mul_pr(rinvsix_SSE2, rinvsix_SSE2));
 556 #endif
 557 #endif /* not LJ_COMB_LB */
 558
 559 #ifdef LJ_COMB_LB
 560     sir_SSE0      = gmx_mul_pr(sig_SSE0, rinv_SSE0);
 561 #ifndef HALF_LJ
 562     sir_SSE2      = gmx_mul_pr(sig_SSE2, rinv_SSE2);
 563 #endif
 564     sir2_SSE0     = gmx_mul_pr(sir_SSE0, sir_SSE0);
 565 #ifndef HALF_LJ
 566     sir2_SSE2     = gmx_mul_pr(sir_SSE2, sir_SSE2);
 567 #endif
 568     sir6_SSE0     = gmx_mul_pr(sir2_SSE0, gmx_mul_pr(sir2_SSE0, sir2_SSE0));
 569 #ifdef EXCL_FORCES
 570     sir6_SSE0     = gmx_and_pr(sir6_SSE0, int_SSE0);
 571 #endif
 572 #ifndef HALF_LJ
 573     sir6_SSE2     = gmx_mul_pr(sir2_SSE2, gmx_mul_pr(sir2_SSE2, sir2_SSE2));
 574 #ifdef EXCL_FORCES
 575     sir6_SSE2     = gmx_and_pr(sir6_SSE2, int_SSE2);
 576 #endif
 577 #endif
 578 #ifdef VDW_CUTOFF_CHECK
 579     sir6_SSE0     = gmx_and_pr(sir6_SSE0, wco_vdw_SSE0);
 580 #ifndef HALF_LJ
 581     sir6_SSE2     = gmx_and_pr(sir6_SSE2, wco_vdw_SSE2);
 582 #endif
 583 #endif
 584     FrLJ6_SSE0    = gmx_mul_pr(eps_SSE0, sir6_SSE0);
 585 #ifndef HALF_LJ
 586     FrLJ6_SSE2    = gmx_mul_pr(eps_SSE2, sir6_SSE2);
 587 #endif
 588     FrLJ12_SSE0   = gmx_mul_pr(FrLJ6_SSE0, sir6_SSE0);
 589 #ifndef HALF_LJ
 590     FrLJ12_SSE2   = gmx_mul_pr(FrLJ6_SSE2, sir6_SSE2);
 591 #endif
 592 #if defined CALC_ENERGIES
 593     /* We need C6 and C12 to calculate the LJ potential shift */
 594     sig2_SSE0     = gmx_mul_pr(sig_SSE0, sig_SSE0);
 595 #ifndef HALF_LJ
 596     sig2_SSE2     = gmx_mul_pr(sig_SSE2, sig_SSE2);
 597 #endif
 598     sig6_SSE0     = gmx_mul_pr(sig2_SSE0, gmx_mul_pr(sig2_SSE0, sig2_SSE0));
 599 #ifndef HALF_LJ
 600     sig6_SSE2     = gmx_mul_pr(sig2_SSE2, gmx_mul_pr(sig2_SSE2, sig2_SSE2));
 601 #endif
 602     c6_SSE0       = gmx_mul_pr(eps_SSE0, sig6_SSE0);
 603 #ifndef HALF_LJ
 604     c6_SSE2       = gmx_mul_pr(eps_SSE2, sig6_SSE2);
 605 #endif
 606     c12_SSE0      = gmx_mul_pr(c6_SSE0, sig6_SSE0);
 607 #ifndef HALF_LJ
 608     c12_SSE2      = gmx_mul_pr(c6_SSE2, sig6_SSE2);
 609 #endif
 610 #endif
 611 #endif /* LJ_COMB_LB */
 612
 613 #endif /* CALC_LJ */
 614
 615 #ifdef CALC_ENERGIES
 616 #ifdef ENERGY_GROUPS
 617     /* Extract the group pair index per j pair.
 618      * Energy groups are stored per i-cluster, so things get
 619      * complicated when the i- and j-cluster size don't match.
 620      */
 621     {
 622         int egps_j;
 623 #if UNROLLJ == 2
 624         egps_j    = nbat->energrp[cj>>1];
 625         egp_jj[0] = ((egps_j >> ((cj & 1)*egps_jshift)) & egps_jmask)*egps_jstride;
 626 #else
 627         /* We assume UNROLLI <= UNROLLJ */
 628         int jdi;
 629         for (jdi = 0; jdi < UNROLLJ/UNROLLI; jdi++)
 630         {
 631             int jj;
 632             egps_j = nbat->energrp[cj*(UNROLLJ/UNROLLI)+jdi];
 633             for (jj = 0; jj < (UNROLLI/2); jj++)
 634             {
 635                 egp_jj[jdi*(UNROLLI/2)+jj] = ((egps_j >> (jj*egps_jshift)) & egps_jmask)*egps_jstride;
 636             }
 637         }
 638 #endif
 639     }
 640 #endif
 641
 642 #ifdef CALC_COULOMB
 643 #ifndef ENERGY_GROUPS
 644     vctotSSE      = gmx_add_pr(vctotSSE, gmx_add_pr(vcoul_SSE0, vcoul_SSE2));
 645 #else
 646     add_ener_grp_halves(vcoul_SSE0, vctp[0], vctp[1], egp_jj);
 647     add_ener_grp_halves(vcoul_SSE2, vctp[2], vctp[3], egp_jj);
 648 #endif
 649 #endif
 650
 651 #ifdef CALC_LJ
 652     /* Calculate the LJ energies */
 653     VLJ6_SSE0     = gmx_mul_pr(sixthSSE, gmx_sub_pr(FrLJ6_SSE0, gmx_mul_pr(c6_SSE0, sh_invrc6_SSE)));
 654 #ifndef HALF_LJ
 655     VLJ6_SSE2     = gmx_mul_pr(sixthSSE, gmx_sub_pr(FrLJ6_SSE2, gmx_mul_pr(c6_SSE2, sh_invrc6_SSE)));
 656 #endif
 657     VLJ12_SSE0    = gmx_mul_pr(twelvethSSE, gmx_sub_pr(FrLJ12_SSE0, gmx_mul_pr(c12_SSE0, sh_invrc12_SSE)));
 658 #ifndef HALF_LJ
 659     VLJ12_SSE2    = gmx_mul_pr(twelvethSSE, gmx_sub_pr(FrLJ12_SSE2, gmx_mul_pr(c12_SSE2, sh_invrc12_SSE)));
 660 #endif
 661
 662     VLJ_SSE0      = gmx_sub_pr(VLJ12_SSE0, VLJ6_SSE0);
 663 #ifndef HALF_LJ
 664     VLJ_SSE2      = gmx_sub_pr(VLJ12_SSE2, VLJ6_SSE2);
 665 #endif
 666     /* The potential shift should be removed for pairs beyond cut-off */
 667     VLJ_SSE0      = gmx_and_pr(VLJ_SSE0, wco_vdw_SSE0);
 668 #ifndef HALF_LJ
 669     VLJ_SSE2      = gmx_and_pr(VLJ_SSE2, wco_vdw_SSE2);
 670 #endif
 671 #ifdef CHECK_EXCLS
 672     /* The potential shift should be removed for excluded pairs */
 673     VLJ_SSE0      = gmx_and_pr(VLJ_SSE0, int_SSE0);
 674 #ifndef HALF_LJ
 675     VLJ_SSE2      = gmx_and_pr(VLJ_SSE2, int_SSE2);
 676 #endif
 677 #endif
 678 #ifndef ENERGY_GROUPS
 679     VvdwtotSSE    = gmx_add_pr(VvdwtotSSE,
 680 #ifndef HALF_LJ
 681                                gmx_add_pr(VLJ_SSE0, VLJ_SSE2)
 682 #else
 683                                VLJ_SSE0
 684 #endif
 685                                );
 686 #else
 687     add_ener_grp_halves(VLJ_SSE0, vvdwtp[0], vvdwtp[1], egp_jj);
 688 #ifndef HALF_LJ
 689     add_ener_grp_halves(VLJ_SSE2, vvdwtp[2], vvdwtp[3], egp_jj);
 690 #endif
 691 #endif
 692 #endif /* CALC_LJ */
 693 #endif /* CALC_ENERGIES */
 694
 695 #ifdef CALC_LJ
 696     fscal_SSE0    = gmx_mul_pr(rinvsq_SSE0,
 697 #ifdef CALC_COULOMB
 698                                gmx_add_pr(frcoul_SSE0,
 699 #else
 700                                (
 701 #endif
 702                                           gmx_sub_pr(FrLJ12_SSE0, FrLJ6_SSE0)));
 703 #else
 704     fscal_SSE0    = gmx_mul_pr(rinvsq_SSE0, frcoul_SSE0);
 705 #endif /* CALC_LJ */
 706 #if defined CALC_LJ && !defined HALF_LJ
 707     fscal_SSE2    = gmx_mul_pr(rinvsq_SSE2,
 708 #ifdef CALC_COULOMB
 709                                gmx_add_pr(frcoul_SSE2,
 710 #else
 711                                (
 712 #endif
 713                                           gmx_sub_pr(FrLJ12_SSE2, FrLJ6_SSE2)));
 714 #else
 715     /* Atom 2 and 3 don't have LJ, so only add Coulomb forces */
 716     fscal_SSE2    = gmx_mul_pr(rinvsq_SSE2, frcoul_SSE2);
 717 #endif
 718
 719     /* Calculate temporary vectorial force */
 720     tx_SSE0       = gmx_mul_pr(fscal_SSE0, dx_SSE0);
 721     tx_SSE2       = gmx_mul_pr(fscal_SSE2, dx_SSE2);
 722     ty_SSE0       = gmx_mul_pr(fscal_SSE0, dy_SSE0);
 723     ty_SSE2       = gmx_mul_pr(fscal_SSE2, dy_SSE2);
 724     tz_SSE0       = gmx_mul_pr(fscal_SSE0, dz_SSE0);
 725     tz_SSE2       = gmx_mul_pr(fscal_SSE2, dz_SSE2);
 726
 727     /* Increment i atom force */
 728     fix_SSE0      = gmx_add_pr(fix_SSE0, tx_SSE0);
 729     fix_SSE2      = gmx_add_pr(fix_SSE2, tx_SSE2);
 730     fiy_SSE0      = gmx_add_pr(fiy_SSE0, ty_SSE0);
 731     fiy_SSE2      = gmx_add_pr(fiy_SSE2, ty_SSE2);
 732     fiz_SSE0      = gmx_add_pr(fiz_SSE0, tz_SSE0);
 733     fiz_SSE2      = gmx_add_pr(fiz_SSE2, tz_SSE2);
 734
 735     /* Decrement j atom force */
 736     gmx_store_hpr(f+ajx,
 737                   gmx_sub_hpr( gmx_load_hpr(f+ajx), gmx_sum4_hpr(tx_SSE0, tx_SSE2) ));
 738     gmx_store_hpr(f+ajy,
 739                   gmx_sub_hpr( gmx_load_hpr(f+ajy), gmx_sum4_hpr(ty_SSE0, ty_SSE2) ));
 740     gmx_store_hpr(f+ajz,
 741                   gmx_sub_hpr( gmx_load_hpr(f+ajz), gmx_sum4_hpr(tz_SSE0, tz_SSE2) ));
 742 }
 743
 744 #undef  rinv_ex_SSE0
 745 #undef  rinv_ex_SSE2
 746
 747 #undef  wco_vdw_SSE0
 748 #undef  wco_vdw_SSE2
 749
 750 #undef  CUTOFF_BLENDV
 751
 752 #undef  EXCL_FORCES