Centralize management of forces ready on GPU event

This change adds the GpuEventSynchronizer for the forces reduced on GPU event
to the StatePropagatorDataGpu. This event should be marked if the buffer ops
are offloaded when the force reduction is done. The consumers of of the forces
on the GPU will get this event or the event on the H2D copy is done,
depending on the current step workload and offload scenario.

Change-Id: Ib559dbed5ad777eac3a906e4ee0ebaa07caf0ac1

Change copy mode to Async in PME only rank

The H2D copy in PME-only rank was set to synchronous mode by
mistake. This patch corrects that.

Change-Id: I621b03e574b23d2933b4940a20d234e37b57408d

Improve parameter typing for gmxapi simulation parameter setter.

* Use conventional simple built-in types for simulation parameter
  setter.
* Resolve a sphinx warning due to unrecognized documented parameter
  type.
* Make sure we test both integer and floating point parameter setting.

Change-Id: I3c51bbeaf8a5145690e8000b159099476ff53be6

Add class FixedCapacityVector

This satisfied the need for an std::vector like container
without the overhead of dynamic allocation.

Change-Id: Ic12f958a42e736ccd1d0a69d2a9de6056a4b7ff5

Centralize management of coordinates ready on GPU event

This change shifts the ownership of the EventSynchronizer
indicating that coordinates are available on the device from
UpdateConstraints to StatePropagatorDataGpu.
The latter now provides a getter that, based on workload flags, decides
which synchronizer to return. If update is offloaded the returned event
records the completion of the update-constraints on the GPU.
When update is not offloaded and on search steps the returned event
records the completion of the host to device coordinate transfer.

Change-Id: Idec9f46e78a2708fa31e895bf7590cdad1872987

Wrong locality was used when ignoring the PME force contribution

The PME forces have no no-local contribution, hence they should be
ignored when non-local forces are reduced. This fixes the bug with
local PME forces ignored instead of non-local. The bug was
introduced in 9409fa5f.

Change-Id: Ie27c71d1f51ca4022f196a9fa114af42685fcbcf

Add helper to reuse generated TPR files in testing

Used static class members in GoogleTest and provided option in
testfilemanager to allow file path specification before test case is
started.

This should speed up some of the test cases that have been slow due to
repeated calls to grompp.

Change-Id: I50e29d04550d78f2324e3665e903d45515464298

Migrate code to using SimulationWorkload flags

This changes boolean flags to use the ones defined after task assignment
in SimulationWorkload.

Also does some minor cleanup around code touched in do_force().

No functionality should change.

Change-Id: Ia9bd28f84fee4cb98b578b366153646b2959c1f4

Remove incorrect GPU task dependency

The depndency between nonlocal reduction and PME forces is not necessary
and therefore it is removed.

Change-Id: Ic7eba307b519f0fb8bde24a2cf676a22d64065ba

Fix conditions for building StatePropagatorDataGpu

StatePropagatorDataGpu was only build when GPU update was active rather
than when GPU buffer ops is active.

Change-Id: I6d2efa73c4896a293155c0853a32b8cedf3d23a6

Construct a struct with development feature flags

Added a struct that collects development feature flags pupulated using
the same environment variables that were used previsouly.

With this the change also eliminates repeated getenv queries.

Change-Id: I2cb4f4dfc28bb6370bb4f7cb549f2222e7580e47

Pass list of EventSynchronizers to GPU reduction

Instead of passing events one-by-one or doing implicit synchronization
hidden in a force tasks' internals, a list of synchronizer objects that
signal the availability of forces from the source tasks is assembled and
passed to the GPU buffer ops/reduction.

The new dependency added here is the H2D transfer for CPU-side force
contribution, PME-related event is kept, halo exchange dependency needs
to be added.

Change-Id: I5ca5ef919b49508790e813e0469aaeef4f6484c0

Basic population of simulation workload

Adds basic population of simulation workload datastructure from
information available after task assignment is done to GPU(s).

Also changes population of step and domain work datastructures to
return new datastructure instead of passing pointer to routine that
fills them.

Change-Id: Ie48a4f74eaa69092f24355e19f66a90d6700baa0

Add management for velocities and forces copy events to StatePropagatorDataGpu

All H2D and D2H copies of velocities and forces now record an event, methods
to synchronize on those events are added to the class.

Change-Id: I910c5834d83f317f12c1fe0cd71ced168f412386

Add management for coordinates copy events into StatePropagatorDataGpu

The coordinate copies are now assign a GPU stream and fire an event
when done. The consumers can now wait on coordinates to be ready on
Host or get the GPU event to enqueue a wait on Device.

Change-Id: Ia33e366f32d777ec980940ff7e284ab0b3498637

Add GPU event to mark that coordinate update is done

Also added related getter of a pointer to the GpuEventSynchronizer
object that allows syncing the dependent tasks.

Added temporary CPU blocking wait that ensures previous behaviour is
maintained while the GPU update integration is pending.

Change-Id: Iaae03d4f1f4083863a359e66a35f44d178b9382d

Make nbnxm a proper module

Added definition of module_nbnxm to doxygen documentation.
Required removing the path from many #includes inside
the module.

Change-Id: I1d46aefaa83b0be674c14a4ef5ee16573eee0e1a

Simplify ewald_LRcorrection() call signature

Also removed an outdated comment.

Change-Id: I09af7185f3475c70eab154974f0dba0653a6142a

Update handling of CMake policy 68..

The policy is now available in supported CMake versions, so apply it
universally.

Change-Id: Ia6ae999f25d7d9b3932fe74862825a8fb8527352

Fix for the recent nightly failure

The cont qualifier in the function declaration produced a warning
that caused the nightly to fail. This fixes the issue, introduced
by 77857c5.

Change-Id: Icef063107a5f66d841f1d110dc9f9fb807364ed2

Fused two if branches with the same conditional

Change-Id: I8a1fc90875982f2723d9b2f2ea2d847a33f5866b

Pass the GPU streams to StatePropagatorDataGpu constructor

Now the StatePropagatorDataGpu has a local copy of all GPU streams and
manages the update stream. This will allow to select the specific stream
for a specific copy event in the follow-ups. The update stream is now
created in the constructor of the StatePropagatorDataGPU object, which
is a temporary solution until there is a separate device stream manager
(#3115).

Notes:

 - The current implementation where StatePropagatorDataGpu is also used
   on PME-only ranks, where many of the streams do not exist, without
   any restriction on the methods which would require these streams is a
   weakness of the design that will be dealt with in follow-up
 - The OpenCL builds unconditionally use PME stream/context, since for
   these this object is only used when the initial coordinates are copied.
 - The update stream is created in the constructor, whereas the rest of
   the streams is passed as arguments. This asymmentry will be removed
   with introduction of the centralized management of context/streams.

Refs. #2816.

Change-Id: Ia9b1cabd1d3d4942dba8465c716bf644037581e7

Extend GPU traits class

Now GPU traits provide a non-GPU header, so that generic code
can use CommandStream, CommandEvent and DeviceContext types.
The header also diverges to a platform-specific version when
needed upon compilation. This change allows for passing the
variables of the above types in the general (non-GPU) parts
of the code and can be included where the code is shared
between different platforms.

Renamed a Context variable to DeviceContext for greater clarity.

Change-Id: If21b9dacac66ff7203948eb03de96f9473b7359a

Clean up the comments sections in Update-Constrain

Remove todos that are done, update the comments related to
the recent changes in the logic.

Change-Id: Ib26848b22efae77d6db0a2ab85734ceaf02db235

Update rpath comments in src/api/cpp

Change-Id: I7839ee47ec8af7fe9445894f357b10b2ac803338

Fix a bug in GPU halo exchange initialization

The non-local stream was passed to a constructor as a local stream.

Change-Id: I4e5b2405b0beb8e64720b7fc6be72ff15e1847fb

Fix that tests intended for multiple ranks run that way

Added the flag that triggers ctest to use the flags that will produce
multiple ranks in both thread-MPI and real MPI cases.

Change-Id: I4ef3af4fd1750ab7cc231a29191fc4042385c309

Fix random energy and virial with PME on GPU on a PME-only rank

Missing zero initialization of never computed LJ PME energy and virial
terms with PME on the GPU could lead to random energy, virial and
pressure numbers.

The effect of this bug was that the potential and total energy could
be off (not the Coulomb mesh energy). This didn't affect sampling.
The pressure could be off, which would affect sampling when pressure
coupling is used, but likely the simulation would explode after
a few steps.

Fixes #3120

Change-Id: I309dde958f1b73e7f71f87f4f5ad016d16f8d16b

Fix the bug with offloading the PME-only ranks to GPU

This fixes the bug introduced with StatePropagatorDataGpu (Commit 092a8f68):

In PME-only ranks, the GPU context and stream were mixed up and passed to
the constructor of StatePropagatorDataGpu in the wrong order. This caused
failure in OpenCL builds with error -34 (CL_INVALID_CONTEXT). Did not
affect the CUDA builds, since the context is not relevant in CUDA.

Change-Id: I5e070e361c7bdef3168887dcac4869bb71c6c5ed

Fix GPU atom data init timer issue

The GPU atom data init timer was read conditionally on the timing
of the local pairlist transfer. But the local pairlist transfer
is not timed with an empty list, leading to an inconsistent timer
state.

Change-Id: Ifc2a63c7273ae65ae66708c6a8b0fb526041ee38

Use gmx::Range for iZones in pair search

Change-Id: Ifed1ac3ed2fc0b02680a33d4e44620f82248dda9

Build gmxapi documentation in main GROMACS documentation.

* Update gmxapi Python package installation instructions and remove
  quickstart.rst
* Minor updates to main installation guide document.

Refs #2698
Refs #2985

Change-Id: I6f1d6e6fe59e618144e4f14c0d2fe9f9b8c2c901

Fix setting maxNumColumns in Nbnxm::GridSet

The use of unitialized data likely only led to suboptimal GPU usage.

Change-Id: Ib63c3f039da85dd219226cc6abe9f83cfd97e116

Update the www link to the Doxygen documentation in the dev guide

The doxygen manual seems to have been relocated from
http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen/manual/index.html
to http://www.doxygen.nl/manual/

Change-Id: I321072065576c52a104a119abb5e05dc90eece3a

Eliminate D2D copy in update constraints

The intermediate coordinates (x' or xp) are only needed inside
the update-constraints module (for the constraints algorithms)
and never used outside. Hence, the xp variable can be used to
save the coordinates before update, while x stores the final
coordinates. This way, there is no need to make a D2D xp->x
copy after applying the constraints, since x will have the
correct data.

Refs. #2888, #3114.

Change-Id: I363b633976a236a8e2bf2137c21d3bf0a765cb06

Fix harmless OpenMP write race

Change-Id: I77e014ec2005e5289a0bd13ec608c73641928b54

Fix failures in clang-8 nightly build

Change-Id: Icbf1bf47f4c526f1f04b9ba2e6ec3de54e06eeba

Improve PME testing

The change to PME coordinate management uglified these tests even
further. Creation semantics are now more clear.

Change-Id: I309a487cdd218d85dbe4620e1d94e2f04f809a8d

Use gmx::Range in domdec

Renamed gmx_domdec_ns_ranges_t to DDPairInteractionRanges
and made it use gmx::Range. This is now used in an std::vector
in gmx_domdec_zones_t.

Note: more refactoring should be done in gmx_domdec_zones_t.

Change-Id: Iff61096ee8ce1e45a998a905fd56e0c2f43fa319

StatePropagatorDataGpu object to manage GPU forces, positions and velocities buffers

In current version the positions and forces on the GPU are managed by different
modules, depending of the offload scenario for a particular run. This makes
management of the buffers complicated and fragile. This commit adds the object
responsible for management of the GPU buffers of coordinates, forces and
velocities. The object is connected to all clients that use coordinates, forces
and velocities buffers, while keeping the existing logic intact where its
possible.

Since the H2D and D2H copies are now done in nullptr stream, some of implicit
synchronization is lost. Consequently this commit does not always work
properly with newly introduced buffer ops / halo exchange features. To avoid
the confusion, GPU buffer ops are disabled by the assertion. There will be
a separate commit with all copies done synchronously, which will work
with the buffer ops. The stream- and event-based synchronization will be
introduced in the follow-up commits.

Refs. #2816.

Change-Id: I2e2ba1b6436f087d1f2fef4ff876445814a724e7

Move GPU task assignment

This commit changes no functionality except that it does re-order some
log-file reporting, with GPU task assignment reporting now preceding
OpenMP and thread affinity reporting.

Now that there is multi-stage DD construction, the GPU task assignment
can be done between the stages. This will permit the construction of
GPU resources in time to build domain objects with GPU stream(s),
where appropriate.

Change-Id: I1734afa65ee5b54995ccf23a69ff25ec6587a019

Fix icc warnings

This makes the intent clearer to see

Change-Id: I633d3921d125edf4cb529554b04fd8667a76843a

Completely remove charge groups

Charge groups remain in the .top and .tpr formats for backward
compatibility.

Change-Id: I9410d464dae07e0dac5bddfcc0e551c821963547

Simplify DD exclusion counting

Change-Id: I7004b6860fc0c21fc4d82378b4a86d29a94d9391

cmake: add missing header to legacy api

range.h is now needed by block.h

Change-Id: I372ddbe6475511d3e6e711e2f677792d568ac853

Output correct kinetic at last step (modular simulator)

This replicates the fix in I9a0bc228 for the modular simulator.

Fixes a bug which would write an incorrect kinetic energy and
temperature to the energy and log files when using the leap-frog
integrator and having a last step not coinciding with an energy
calculation step.

Refs #2950

Change-Id: I9969fa8114240145d9aa84f381a898bbb7570b75

Removed dependency on commrec of mdrun setup

Changes no functionality.

Setup is now parameterized directly on MPI_COMM_WORLD, which we will
want later for letting library-based callers pass in an
MPI_Communicator. This permits commrec to be initialized later, once
the threads have been spawned for the thread-MPI ranks.

The initialization of multi-simulations moves from LegacyMdrunOptions
to SimulationContext, which is more appropriate for
ensemble-parallelism established directly by the user.

Before the decision about the duty of a rank, there is no difference
between MASTER(cr) and SIMMASTER(cr), so several calls to macros
taking a t_commrec pointer are replaced by booleans. Introduced
findIsSimulationMasterRank to compute that value. This eliminates
early use of t_commrec that has necessitated other hacks and
workarounds.

Removed redundant check for replica exchange when the number of multi
simulations is less than two, because gmx_multisim_t constructor
already prohibits that.

Resolves several TODO items and improves modularity, too.

Refs #2587, #2605, #3081

Change-Id: I48bd3b713bc181b5c1e4cbcd648706a9f00eab96

Move ForceProviders class into the gmx namespace

Since the C group kernels have been removed there is no need any more for
having ForceProviders as a struct outside the gmx namespace.

Change-Id: I2c91fbd06be289e3eb8acd74436d931cf3e994de

Make a builder for DD

This creates the seam for task assignment to use the rank duty
assignment to choose GPU devices and construct resources like streams
before completing building the DD object with such resouces in place.

Used a pimpl class to keep the DD setup implementation details
private.

Change-Id: I6dbfe0122777bb529f8007386ff06b227e355263

Move PME GPU program building later

Moves the code closer to where it is needed and later during
initialization so even without a high-level manager, context between
nonbonded and PME could be be shared.

Change-Id: I47d9645dc0ee5574960964dfd3f79479ff21bcea

Remove charge group code from forcerec

Removed sevearal charge group members from t_forcerec.
Removed the cginfo intra-cg exclusion flags, as it is always true
for single atoms.
Removed loops over charge groups from init_cginfo_mb().

Change-Id: Ic91ea78dc341dc9972567a488294cb3d262ef9f6

Corrected a few typos in documentation and comments

Change-Id: Ic697080a7c1f1a01bb8370563c1256990935d05e

Make the wait on PME GPU results conditional

When the PME forces are reduced on-GPU and no energy/virial output is
produced, we can avoid blocking waiting on the CPU for the PME GPU
taks to complete.

This however would break the timing accounting which needs to happen
after PME tasks completed. Hence the accounting is moved to the PME
output clearing.

Refs #3029, #2817

Change-Id: I4e7f3aa43754a187fe5d6b584803444967516958

Increase ti3p5 minimization test tolerance

This is needed because of larger differences when running
this test on multiple ranks.

Change-Id: I3056ae5933800e30e274791e8d27e2b8e79f6e04

Fix CG minimization with DD

A force for determining the CG direction was not communicated
correctly with domain decomposition to recent refactoring change
5ed943bc.

Fixes #3112

Change-Id: Ic33062f4aad0ccd7c1296c7351bc71d735ebba24

Slight improvements to GPU update/constraints initialization

1. Assertions are updated to better correspond to the supported
   conditions.
2. The message in the log now depends on whether or not there are
   constraints in the system.
3. Redundant set(...)/setPbc(...) before the MD loop removed.

The getter for the total number of constraints is also added to
the Constraints class.

TODO: The assertions can be removed once the supported
      functionality is expanded.

Change-Id: I96e2b993f79cf721f7aa48b9af0eab6500c593ba

Switch GPU update off by default

The code-path is untested and not fit for being on by default, so better
kept off until it becomes stable and better tested.

Change-Id: Ia651b0ae2f0f6751c13ea6857cdf6d176b83e34e

Introduce stream management to GPU Update-Constraints

The GPU stream in the GPU versions of Leap Frog, LINCS and SETTLE
is now managed by the UpdateConstraints module and passed to the
members. This prepares Update-Constraints to be switched to
non-nullptr stream.

Change-Id: I95b9e4112874eb02ea646975760922ab31ce6b27

Extract gmx::Range

Added a range class for general use by extracting
gmx::RangePartinioning::Block to gmx::Range in range.h and renaming
and adding some methods.

Change-Id: Id9384c139d4daf1a31240e28333c9e9801c2dffc

Fix location of angle in vsite figure

The virtual site figure in the manual had an angle circle
in the wrong location (after shifting part of figure).

Fixes #3109

Change-Id: Ieb19485f231cff3e15bfd4158d64b82f7b69fac5

Improve MiMiC test implementation

These tests were not using callGrompp in the intended way, and
inadvertently relying on behavior that might change when follow-up
work on #3081 changes mdrun thread-MPI initialization behavior

Change-Id: Icdbb6049a7b609ddaabc8e073f87e8bbb00da4f2

Stop checking CUDA version reported by nvcc

We should trust FindCUDA.cmake to do its job (and not find headers
that don't match nvcc), and also prepare to use the native CUDA
support in CMake (where nvcc isn't used).

Removed unused GMX_CUDA_VERSION config variable

Change-Id: I8959c16c7e1247dc114bae818e0b867cf6b8ae71

Fix gro file output with index groups

Fixes #3107

Change-Id: I3fc586c69066a354b3210d9616125ef666f1ce26

Add tests for editconf file conversion with indexing

The indexed output to gro files illustrates bug #3107

Fixed two memory leaks necessary to let the tests pass

Refs #3107

Change-Id: Ie61430210ac8a804fb86783c8b76c41333b8d3cf

Remove leftover support for pre-9.0 CUDA

Refs #2831

Change-Id: I7ec33bb3582006123e745d06da27c9eed12fbfc2

Made mdrun appending work again

Fix that mdrun would only append the log file and create new files
for all other file types.

Fixes #3108

Change-Id: I0fe517f4ce3f6630e589a65d106ca67bcb14765b

Revert "Remove update flag again"

This reverts commit 85ef063c53f77a3423b2943d16d1d2f3759aa1bf.

Reason for revert: We want to have the user interface available again and tested.

Change-Id: I976531f37a9aaf2782b22f22653804ad0f303b95

Merge remote-tracking branch 'origin/release-2019'

Change-Id: Ia822fecb18b63d8a4e4408e056850a42875d57e8

GROMACS 2020 first beta release

Updated regressiontest hash.
TODO branch 2020 from master and set correct regressiontest branch.

Change-Id: Ibe58dfbec933aa6166a7573d2d371614dbacb52f

Fix log file flag output

Fixes #3099

Change-Id: I5049e8807b87c83959a0a2a5b3439b904d5edc8b

Add test for noappend

New test covers behaviour where users always set the -noappend flag.
Also adds documentation for checkpoint header.

Change-Id: I012bb6d20eb297bb654cbddfe0c2530161fc902b

Fix no-MPI CUDA build

Change-Id: I32407bf373acca24dd7250503ab78387fa6b8404

Merge "Merge branch release-2019 into master"

Add .part0001. to files from the first run with -noappend.

There was a bug where only the runs after the first got
.partxxxx. added when running with -noappend.

Fixes #3103

Change-Id: I36fddfca058216a50f9910c548b8a106bf460f7b

Merge branch release-2019 into master

Resolved Conflicts:
cmake/gmxDetectCpu.cmake
src/gromacs/gmxpreprocess/topshake.cpp
src/gromacs/listed-forces/bonded.cpp
src/gromacs/mdlib/nbnxn_cuda/nbnxn_cuda_data_mgmt.cu
src/gromacs/mdlib/nbnxn_gpu.h
src/gromacs/mdlib/nbnxn_ocl/nbnxn_ocl.cpp
src/gromacs/mdlib/nbnxn_ocl/nbnxn_ocl_data_mgmt.cpp

This does not include the change to the MPI_COMPILE flags handling,
as the code in master has been reorganized in a way that is incompatible
to that.

Change-Id: Idb1da69ce68f3121442859e8cbe24495c7894726

Read in TPR char buffer as vector

Perform the I/O of the TPR char buffer as xdr_vector operation instead
of using single bytes.

Also use the xdr vector specialization for unsigned char and rvecs.

Refs #2971

Change-Id: I20534985fbdee8108792f676b3cb4264ab74c456

Fix clang unused-function warnings

There are many places inline functions in headers are declared that
won't be used so we should suppress the clang warning about that.

Change-Id: I01c26f68473543007427e5baafc74eee966c0e68

Remove obsolete dd_get_ns_ranges()

Change-Id: Id64f2d51d6684cf4c22ebd770963cc69f7af087b

Add release notes for modular simulator

Change-Id: I0f9081df842ce952ed40bf3844f7f2c10a59761c

Fix issues when PME rank request becomes negative

Change-Id: I5f9888693983ed732c59a8fe62d596453b6a80dd

Limit Zen nbnxm kernel choice to Zen 1

Changed the Zen flag in gmx_hw_info_t to a Zen1 flag, so Zen 2,
and newer, is treated as a generic x86 AVX2 architecture.

Change-Id: I5a0fd73973416bbd8cd46422a6f22f1ad95d9924

Parrinello-Rahman for md-vv

Change-Id: I3e49ad4d54fa9533e8a576661b0da3d6239bfd28

Parrinello-Rahman barostat for modular simulator (leap-frog)

This introduces the Parrinello-Rahman barostat for the leap-frog
version of the modular simulator. Mirroring the implementation in
the legacy do_md, this does not support md-vv. Implementing the
pressure coupling requires the virial calculation to be synchronized
with the pressure coupling, so this is included in the energy
signaller.

As the new integrator framework is not used by default, this
patch adds equivalence tests for md Parrinello-Rahman pressure
coupling.

Change-Id: Iaadd78a3da1ee2b04978ab7c7a7caecbb03181e2

Change MPI setup to communicate TPR as buffer

Changed the initial setup of nodes to communicate the full tpr file
buffer instead of using the individual calls for the fields.

Now non-master nodes receive the inputrec and mtop
and populate them themselves.

Refs #2971

Change-Id: Id4f3739a978ca507dacc45c78a8a75368cfe86fd

Zero pressure and virial tensors at beginning of step

This sets pressure and virial tensors to zero when they are
accessed for the first time in a step. Not doing this does not
yield wrong behavior currently, but carries the risk of
hard-to-spot bugs moving forward.

Change-Id: I2553bd52fa56a497a61c31738ec4436f7f587ece

Introduce FEP into modular simulator

This introduces free energy calculations in the modular simulator.

The lambda vector and the current FEP state are held by the
FreeEnergyPerturbationElement, offering access to its values via getter
functions. The FreeEnergyPerturbationElement does update the lambda
values during the simulation run if lambda is non-static. It does
implement the checkpointing client interface to save its current
state for restart.
Elements using the FEP getters include
* force
* shell/fc
* compute globals
* constraint element (only for initial constraining)
* state propagator data (only for trajectory writing)

The free energy itself is calculated by the energy element.

Change-Id: Iee12697a7ef54a490208fb1457528dc4368c5d5b

Grompp error for mismatching nst for energy calulation and densityfitting

When using multiple-time-stepping with density-guided simulations, the
energy evaluation frequency of the density-guided simulations must
match the "nstcalcenergy" option.

Change-Id: Ifcde8cada8a91540d69c9f91079bfc91c4415ba5

Amendments to density fitting manual section

 - Fixed a sign error in the energy and force definition
 - Added performance considerations
 - Fixed whitespace
 - Changed vector notation to mathbf as in the other parts of the manual
 - Added pressure-coupling considerations
 - Added considerations when using multiple-time-stepping

refs #2282

Change-Id: I8421ccf09ac960fa04508234e738967f51a27fab

Fixes to broken CUDA compiler flags

Because FindCUDA.cmake is non-idiomatic CMake, recent changes to CUDA
compilation lost most of our custom compilation options for host code.
These are now restored.

Compilation options for build configurations deriving from the Release
build configuration are also restored.

Refs #3099

Change-Id: If030a256481faed425379dab00ea658e3c215867

Make CheckpointHelper safer and easier to use

This commit improves the CheckpointHelper in two ways:
* Allow the vector of checkpoint helpers to contain nullptr. This
  makes the building process easier. Moving forward, this could
  be replaced by a builder.
* Reset the legacy t_state flags at every checkpointing step. This
  makes sure that only relevant data is checkpointed, and avoids
  hiding potential bugs.

Change-Id: I4f2a58f281d0f3d8b3819825df3c52850090d42b

Fix 1D-1pulse support

Passed the correct rank count to the new checking function

Change-Id: Ib27ba5112a50894dbb0f1a2eb68bba53204270e3

Fix vrescale thermostat integral (modular simulator)

The v-rescale thermostat was calculating the thermostat integral,
but this was neither written out nor saved into checkpoints. The
current commit fixes this.

Note that this is a good example of why the energy element needs
to become more modular - it should not need to know about the
details of other elements. This is a todo moving forward though,
not something we can solve immediately now.

Change-Id: I69541cb8ffa3c07e294e583f2c20423952e3ec01

workaround for rhel bug #1749463, cmake bug #18349

MPI_C_COMPILE_FLAGS is a list instead of a string
see: https://gitlab.kitware.com/cmake/cmake/issues/18349
We mainly want to workaround this issue as RHEL 8 triggers it:
https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1749463

This issue is fixed in cmake-3.12.3

Change-Id: I14c1c0a4f33f26b128d55baa1b0455f8a463a999

Add cross-correlation as density simlarity measure

Add the canonical cross-correlation as similarity measure for densities

refs #2282

Change-Id: Idec820f38dab07c5ee8281944855a532a587a2ff

Remove update flag again

Disables assignment of update task to different hardware and removes
user option.

Change-Id: I7780ac54f65809cbd91386a0d6a92b7bee35ab26

Remove cgs_gl from gmx_domdec_comm_t

This is no longer needed now we no longer support charge groups.
This reduced cache pressure, especially with energy minimization.

Change-Id: Ibf51fc4d70b929463f8a77a82cbe0316bdedeab2

Disable GPU update/constraints when neither PME nor buffer ops are offloaded.

Using the GPU-version of update makes sense if forces are already on the GPU,
i.e. if at least:
1. PME is on the GPU (there should be a copy of coordinates on a GPU in rvec
   format for PME spread).
2. Non-bonded interactions and buffer ops are on the GPU.

This is temporary solution, needed because the buffer ops offload switch is
operated by the environment variable. More favorable behavior would be to
switch on the GPU buffer ops in the second case rather then disabling the
GPU update.

Refs. #2816.

Change-Id: I37a9969dd6c74dcfa41a95da13ae54d014c9ea60

Fix incorrect shift forces for CMAP

The shift force indices were inverted for the second and third
atom in the CMAP term, leading to incorrect virial and pressure
contributions when these atoms resided in different periodic images.

Fixes #2845 and #2867

Change-Id: I1946a1d375d6c62e4e6d23ee25b92b42a3d4a6f7

Fix restarts in modular simulator

The modular simulator constraint element was mistakenly performing
an initial constraiinng when restarting from checkpoints.

Change-Id: Icf310ff6d67fcd7f4b8aeb4f9da2749ad098a513

Fix domdec for md-vv modular simulator

Domdec might have changed the local velocity vector after the state
object made a backup to restore after the first md-vv half step.
This change makes sure that the backup is updated if this happens.

Note that the half-step resetting will be eliminated in the course
of the transition to the modular simulator, but is currently kept
for backwards compatibility.

Change-Id: Ifb6346055a14d34a4efcae43b7b41399b1444bca