F buffer operations in CUDA

This patch performs GPU buffer ops for force buffers.

Enable with GMX_USE_GPU_BUFFER_OPS env variable.

Currently, the H2D transfer of the force buffer is switched on with
haveSpecialForces || haveCpuBondedWork || haveCpuPmeWork,
where haveCpuPmeWork is true even when useGpuPme == true
until on-GPU PME-nonbonded reduction is added in follow-up.

TODO: enable PME reduction in GPU buffer ops and remove associated H2D
transfer

Implements part of #2817

Change-Id: Ice984425301d24bac1340e883698244489cd686e

Improve some documentation formatting and spelling.

Change-Id: Ic59eb3407fda2dbd341fb4ce6235d7c5c99c7630

Remove extraneous file.

A file was overlooked in Change-Id: I0d847bc2490935e0ddc3170b674d7460a5a08506

Refs #3033

Change-Id: I4fb6af0b6d51b477091c6305872c0c7124e754d6

Extend MDLogger levels

Added logging levels for errors and debug information.

Extended tests to check those.

Refs #2999

Change-Id: I8b23de7baf3555ffc89896e68c1998608b7b71cf

Move methods out from trjconv

Moves some functions out of trjconv to allow access in other tools as
well. This change is just code movement.

Change-Id: I37e9f8d87862e6ad6666704dc85d74b09b144f49

Add gpubufferops test matrix

This commit teaches Jenkins to understand how to enable the GPU buffer
ops environment variable that is the feature flag for a developmental
feature. The new capability is used in a releng build configuration
matrix that releng can be taught to trigger on demand with

 [JENKINS] gpubufferops

comments in gerrit

Change-Id: I30ca4a5d84fe136a657be7a134829f4c696c5d85

Use HostVector for Grid/GridSet data need on-GPU

Grid.cxy_na_, Grid.cxy_ind_, GridSet.cells and GridSet.atomIndices
have been converted from std::vector to gmx::HostVector. This allow
the code to pin the HostVector when X buffer ops is used and to
eliminate the hacky pin/unpin in CUDA buffer ops functions.

Part of #2934
Refs #2817

Change-Id: Icca21dd076128ec582f805ed96e253dfab461270

Fix pre-submit build matrix and description

Pre-submit should not fail because the ftp server is not reachable, so
moved it to nightly matrix. Also recorded the intent to test
such a build.

Also fixed that the intent to test AVX_128_FMA in mixed precision was
broken in Ib2c5e14e5d89665130ae8d6c749c3230ccfe72a9. There's no
ability to test this SIMD in pre-submit without wider changes, and their
is neither large risk nor consequence of breaking it, so nightly is OK.

Refs #2809, #2629

Change-Id: I9cd41a359ba662a8a9529540c50c9a7ef546cd29

Use const views in matrix determinant calculation

Reduces scope of the matrix.h implementation to just reals

Change-Id: Ide66967b35ffc58b3e61c403d3ce1862b5f5b8ca

Add trace functionality to 3x3 matrices

Replacement for vec.h trace

Change-Id: I5c452cb36bab277ffcb3f2f9645d3d025a1805a8

Get rid of clang-tidy warning in do_md/rerun/mimic

This change silences most of the clang-tidy warnings
"Clang-Tidy: Use of a signed integer operand with a binary
bitwise operator" in do_md, do_rerun and do_mimic. This warning
is triggered when using a signed integer with a binary bitwise
operator, as we do all over the code when encoding / decoding
flags. Such warnings are popping up in other parts of the code,
but this change takes only care of the ones which can be
silenced by changes in the simulator functions and the bit shift
definitions.

Change-Id: I7345e987e91051c9688cb2e8a96026682f025b6b

Remove dependence of compute_globals on t_state

This change makes the different function related to compute_globals
request the fields of t_state explicitly, instead of simply taking
a pointer to the full t_state object. This simplifies refactoring
the t_state object in future commits. This change also clarifies why
both state->box and an additional parameter `matrix box` is required -
the latter one is the box at the last complete timestep in do_md and
has been renamed accordingly.

Note that in the documentation to checkNumberOfBondedInteractions(),
which was changed in a similar way, the argument `state` was
described as being the global state. Throughout the code, the local
state was used, however. This part of the documentation is now
changed, but if that was intended, then a follow-up change fixing
this might be necessary.

Change-Id: If913656fe9bf07567a29f68592402bb5ff17fc52

Make relax_shell_flexcon independent of t_state

This change writes out the fields of t_state needed as explicit
arguments of relax_shell_flexcon instead of taking a pointer to
the full t_state object. This simplifies refactoring the t_state
object in future commits.

Change-Id: Iec3d0aea7462325963341b1d192cff697b764a7c

Clean up gmx solvate

Changed c-style struct to C++ with defaults, and changed a char*
field to a string.

Used vector instead of pointer array, and associated changes
to appending.

Moved a number of incrementing variables to local scope

Removed some unused variables and renamed confusing increment variables

Change-Id: I4a8def5621e133d48dc3dfb82efa916cbffabce6

Add implicit conversion of mdspan-containing types to mdspan.

Analagous to arrayRef function args taking vectors, arrays as input

Change-Id: I701f6373592cdf4d30649041ffe8dee76423433b

gmxapi Python package documentation layout.

Refs #2698

Change-Id: Id7fb8c6c91640660566394c37e63b5acb8bd9e3d

Added trivial const qualifier to relax_shell_flexcon()

Change-Id: Id9e93c1254634e45fd0ef4f951a74670deae8607

Const qualifier for forces in update_coords

Reflect the fact that forces are not changed in the coordinate
update routines.

Change-Id: I3c168bf185c6bb746c07d2bb10ff0bf6782c05cf

Incorporate sample_restraint repository.

This commit transfers development of the sample MD plug-in
code from an external repository to the GROMACS repository.
It should not be considered to add or change functionality,
but serves as a base for future integrated development.

The sample_restraint subtree serves as the root of a
template repository that a researcher could start from
to develop gmxapi MD extension code. It is meant to be
self-contained and built against an existing GROMACS
installation. Moving it to a GROMACS repo subdirectory
makes it less accessible to extension developers, but
easier to test and maintain for GROMACS developers. Near
term follow-up should include the creation of an external
skeleton repository, downstream subtree repository, or
"cookie cutter" repository drawing core content from the
GROMACS subtree.

* Import project from GitHub
  - https://github.com/kassonlab/sample_restraint/releases/tag/v0.0.7.3
  - Bundled sources for external projects are omitted.
  - Bundled test data files are omitted.
* Updates for compatibility with the gmxapi Python package are deferred
  to future changes.

Refs #3027

Change-Id: I1033a4a74dbce1bf1f9220a31cc9c15055c5dbaf

Begin CMake front-end for Python packaging machinery.

Allow gmxapi Python package sources to be discovered in the main GROMACS
CMake configuration step. During build, a functioning package will
appear in the build tree in
${CMAKE_BINARY_DIR}/python_packaging/src/gmxapi_staging that can be used
for tests and auto-generated documentation builds.

A Python 'sdist' can be built from this location in the build tree, or
the package can be built and installed directly from the source tree
with setup.py in python_packaging/src/

Refs: #2896

Change-Id: I225dd890c93405880ef057465eb7c159cd097665

Fix postsubmit

Fix unstable post submit matrix by removing unused member functions in
constraint tests.

Change-Id: I156e8b1e6b1689afaa4269e2e4bb505768eea5c9

Eliminate a use of double precision in the GPU bonded kernels

The usual degree-to-radian conversion macro pulled in a double
literal.

Change-Id: I0d401427a2649e02dd81f603bf12979d7b15c583

Store nbnxm gridSet data in GridSetData

Change-Id: Ib018c59de965195c3093a0092eb711ff3d1ef41b

Fix hwloc and sphinx detection

These were too noisy and were not implemented efficiently (e.g. not
caching the result of execute process). If an environment change is
needed to detect something (like loading a module) then we expect
developers to be able to unset a cache variable (or just regenerate a
new cache).

Refs #3024, #3011, #2998

Change-Id: I84dfb03856b9f900fb21004bc676e4ff2647a4b4

Test specific hwloc versions

Now that releng understands the installed hwloc versions, we can
specify those in the matrix configurations. We can also specify that a
test configuration requires hwloc, but don't have to specify the
version. And we can leave it auto and provide a specific version of
the library to get detected automatically.

Refs #2899

Change-Id: I7f72b79746e77d04d9e2657b75821a8e3d62d83b

Change error message when attempting to offload to nonexistent GPUs

A user could interpret the error as no interactions detected rather
than no GPUs

Change-Id: Iedcc4555313edbb84a504bf01afc99c15eb4fdcb

Change affinity enum to enum class

Change-Id: I6accea15d82d2e2e911ce1e6f0735b7859b25021

Remove PImpl scaffolding from CUDA version of LINCS

The CUDA implementation of LINCS was initially introduced as a
stand-alone feature. This required hiding CUDA-specific variables
and subroutines into the private implementation subclass. Since the
LINCS is not a part of Update and Constraints module, this is no
longer required and can be removed.

Refs #2816, #2888

Change-Id: I9698224d4702dfb8d99106999335c62e83a511df

Improve tests of index block construction

Only trivial topologies were tested, and bugs have been
identified. Some test code is commented out until the fix lands.

Added missing Doxygen

Improved some assertions hit while investigating the issue.

Refs #2951

Change-Id: Ia03e38aca42be43efa1fd548c32e522d97e13e94

Modernize FindHwloc.cmake

Users (and Jenkins) need the ability to direct finding a particular
hwloc version, e.g. from a module. This is particularly important now
that two API versions exist and are supported in GROMACS. Imported the
find module from Inria, which adds several useful capababilities,
including the ability to specify where to look for a specific version
of this library.

Removed the pkgconfig support from the imported FindHwloc.cmake
because it seems the hwloc.pc file from libhwloc does not lead to the
CMake idiomatic behaviour of HWLOC_LIBRARIES being the full path to
the library.

Refs #2539, #3011

Change-Id: I6837144a556f1c61a0f13406fb31fe1d527b65f4

Python bindings for mdrun.

This change makes a near-exact copy of the mdrun Python
bindings from gmxapi 0.0.7.
Reference https://github.com/kassonlab/gmxapi/releases/tag/v0.0.7.3

This establishes a base from which to transition Python bindings
development from GitHub to the GROMACS repository, so Python wrappers,
interface updates, and other changes are deferred to separate commits.

The provided interface largely opaque except for arguments passed the
same way as mdrun command line flags.

GROMACS must be built with GMXAPI=ON.

Fixes #2912

Change-Id: I2f51ae8f2369334d06a7ceaa8a4abf3ed9fc444a

Further clang-tidy-7 fix

Change-Id: Ic2915148e6822f10fec6288f29aee55cddacf0f7

Bump latest CUDA + gcc in the pre-submit matrix

CUDA 10.1 and gcc 8 is the latest combination supported.

Change-Id: I4c7a5cc7817de1120e1d4d60783f00db70fb6e70

Fix a -Wformat-truncation warning in tng

Change-Id: Ib0cc008ad50957dededc857adf6bf921f98118b5

Use reallocateDeviceBuffer(...) in CUDA version of SETTLE

Refs #2886 and #2888

Change-Id: Ia45254a24eda8e6ad151b1f4c6583b1a2c926004

Fix clang-tidy-7 issues

These are detected on the mac build agent, but weren't on a Linux one,
e.g. because there is a system xdr library found on Linux.

Refs #2899

Change-Id: I591fda21c718b3a76f1fe17962150421f85fce22

Vectorize GPU bonded data.

Loads data for bonds, angles, UB angles and pairs in blocks
of 3, 4, 4 and 3 ints respectively.

Refs: #2983

Change-Id: I37605395bd0c375b2eb4b94e76f9b30f6cb15e8d

Early exit for CUDA versions of SETTLE and LINCS

Change-Id: Ia3c56a1be6b8ceaa8e1b7be956c1f1f3628c9139

Memory management fixes in CUDA version of LINCS

This fix is to prepare LINCS to run with DD.

1. The masses array size depends on the current number of atoms
   rather than on the number of constraints.
2. The size of other arrays should be based on the number of
   threads launched on the GPU, which include padding added to
   align coupled constraints with the thread blocks. Also
   renamed variable according to conventions.

Refs #2885 and #2888

Change-Id: I20cb53ebc6da6a1ff2ee1e385613b27c4a01d11f

Reorder options

If these are in alphabetical order, inserting new ones is less likely
to clash than if we always insert at the end of the list.

Change-Id: I3262959dc02deeaa628874028b10b9948f177842

Combine CUDA Leap-Frog, LINCS and SETTLE. II.

Stand-alone CUDA implementations of Leap-Frog, LINCS
and SETTLE required additional scaffolding for integration
and testing. The most prominent part of this is the
management of coordinates, velocities and forces, which
is removed in this commit. Management of periodic boundary
conditions and virial reduction will be removed in
following commits.

Refs #2816, #2888

Change-Id: I4c65a6c7088fd8059f4e7fa3cb4637cb2af79ebc

Updates to math/vec.h

Removed unused functions

Added some file-level documentation indicating that the file
is deprecated and will be replaced in future

Change-Id: I2d6045884a4e14fa4278ef7a0606ccfbe2db7b63

Move more tools out of gmxana

Moved some files to simulationdatabase and updated references to them

refs #2727

Change-Id: Idf8375b672fbb6e4676fa22b9eb9c33d1b347166

Python detection consolidation.

* Move Python discovery up one level to the project root.
* Remove a TODO and clean up comments for validation test.
* Allow Sphinx discovery to appear in CMake output on first config.

Refs #2998

Change-Id: I16a406b2f21c517042729f3d970e0b5a79d40f33

Rearrange some definitions.

Reduce diff noise in related changes.

Change-Id: Ia1e30507918a3d2ecea7cc6d63b60312576077e9

Refactor thread affinity checking

Extracted the function detectDefaultAffinityMask() from
gmx_check_thread_affinity_set(). Now the affinity query check and
CPU count results are also reduced over MPI, so we avoid potential
deadlocks when results differ between ranks.

Change-Id: Ib382f47d63695357f8517b2657c3eb414e5afeef

Re-enable affinity diagonostics with MPI

Without thread-MPI, printing diagnostics of detected external
affinity settings when requesting affinities through GROMACS
got lost during refactoring. Now this is enabled again, which
also unifies code paths with and without thread-MPI.

Change-Id: I7a7e43ac4dc45713bda72d62b877d0c7108f1df7

Add mdspan basic elementwise math

BasicMatrix3x3 provides a replacement for the c-style tensors, but
has yet to replicate the tensor operations in math/vec.h. This provides
a subset of that functionality for msdpan in general, which can be used
for MultiDimArray trivially

Refs #2976

Change-Id: I17b77df032dbbfde0ff87108215edcec07fef6c4

Update gmxapi test fixtures.

* Rename spc216 to spc_water_box to be more clear and correct. Actual
  solvent number depends on the results of 'solvate'.
* Improve error messaging (fix typo).
* Fix error in mdp parameter writing (surprised this didn't cause an
  error previously...)
* Make spc_water_box fixture and other facilities from unit tests
  available to integration tests.
* Use 2 instead of 1000 nsteps in test fixture TPR

Change-Id: I62eadeb5133d88ee11082755b1c33ae047d8f4dd

Add function for calculating 3x3 matrix determinant

C++ matrix compatible version of the det() function in math/vec.h

Change-Id: Iaa2749dc8059fb6c3c112c4798f8e8cc8eae993c

Remove references to ecutsGROUP

Changed warning that group scheme was deprecated to fatal error that
group scheme no longer exists

Modified warning when no cutoff scheme is specified

Change-Id: If971f88003af46c9ccedb98bb2d33987848509ed

Fix module detection for physical validation

In I2edbe213, an implicit include() command was deleted, leading to
the module detection for physical validation not working anymore.
This change fixes the problem.

Refs #2615

Change-Id: If865227c2050f5739cd855261f6229f902fa0346

Refactor tracking of GPU short-range work/skipping

This change introduces a set of flags that, for each interaction
locality, whether there are short-range interactions computed and
exposes a query in the nonbonded module's API.
This allows consistent checks for both when work has been done
and whether results need to be reduced.

Refs #2986

Change-Id: I15020d83f73a132d9b8e93d7339529176396089a

Bug fix and simplification for CUDA X Buffer Ops

Fixes bug when there are more than two grids (ie they don't naively
map to local/nonlocal), by using a separate GPU memory space for
cxy_na and cxy_ind data for each grid (it previously only had one
local and one nonlocal space with overwriting). Also simpifies by now
only calling init fn once per NS step to set up data for all grids
(previously called for both local and nonlocal).

Change-Id: Ia2b97d22324aa97dca34b05da2eca2e2090372af

Fix MPI deadlock in affinity setting

Commit 96d28d6b introduced the possiblity for deadlocks when
the affinity masks changed over time.

Fixes #2989

Change-Id: I454b38deb9ff11c90cdf4a19aaa80e79e8898df5

Template free-energy kernel on differing coul/vdw soft-core

The power function used for the soft-core potential is expensive.
When using the same lambda and alpha parameters for Coulomb and VdW,
we can skip one power core, giving a 10% performance improvement.

Change-Id: I8733838c6c32ef2b6fee5a6fb97657679f9bd3b3

gmxapi Python package documentation infrastructure.

* Begin a documentation tree in python_packaging/documentation.
* Create a docker image for quick rebuild and review of Sphinx docs.

Refs #2698

Change-Id: Ib05e0309e60bfdadf52dadc7af0942c25c89f1e4

Create dedicated subcounter for nonbonded FEP

Now all nonbonded work has their own separate subcoutners which allows
measuring the performance of each task separately.

Refs #2997

Change-Id: I601445364592923d08087a858da4629b0b58ae76

Remove group scheme checks from runner

refs #1852

Change-Id: I906ffc7c063694fbbd17128ee0d1e62259040306

Cleaning up the GPU bonded kernel

Improved variable names
Removed unnecessary includes

Refs #2988

Change-Id: Ife5f50e68f27994203305e376f2781a076052b64

Separate CPU NB kernel and buffer clearing subcounters

This is aimed to allow comparing the performance of the pair-interaction
kernels separately from the force buffer clearing.

Change-Id: Ifb2b4b3e5a43ac2ee547da651f9432a22fe58421

Add copy and move operations to density similarity

Enable copying and moving for DensitySimilarityMeasure.

Change-Id: Ie4250f67ae42b5cea227b7c17b0a932b04a42a63

Fused GPU bonded kernels

To reduce the GPU kernel launch times the
GPU bonded kernels have been fused to a single kernel.

Refs #2818

Change-Id: I2299e1857df5db469739e3aefbc0f771968a6bd5

Add class to look up density fitting amplitudes

Adds a look-up for the weight used for spreading atoms on a grid and
calculate forces on them.

refs #2282

Change-Id: Iadd26f04265aa85ad30a827c92f2c5d5fc48ef85

Remove already resolved post-submit matrix TODO

Change-Id: I4b4f8c81376ac36c141e27fd6a3301f550968d1a

Use random water removal in gmx solvate

Given a number of solvent molecules to remove, gmx solvate
previously used a striding selection. This patch addresses a
TODO to use random selection

Change-Id: Icb065d61349a55b816337fa49470050eac194aa9

Add helpful note about gmxpai docker notebook server.

Per Joe's comment on https://gerrit.gromacs.org/c/gromacs/+/11502, it
was not clear where the notebook files live or how they may / may not
change. An extra snippet in the README.md may be helpful.

Change-Id: Ifd7b68ebf58fb3f2c3bed50f3267980358ffc047

Remove tabulation from free-energy kernel

The recent group scheme removal cleanup forgot to remove the cubic
spline tabulated Coulomb and VdW interaction. This is done now.
Also removed the switches in the inner loops, as now there are only
two types of Coulomb and LJ interaction functional forms left.

Change-Id: Ia4aa8917077a3e48c7f1f055f171698a4fede8d0

Only use AVX512 in own-FFTW if GROMACS also uses it

Building the own FFTW with AVX512 enabled for all AVX-flavors means that
an AVX2 build can end up loosing a significant amount of performance due
to clock throttle if the FFTW auto-tuner inadvertently picks and AVX512
kernel. This is not unlikely as measurements at startup are very noisy
and often lead to inconsistent kernel choice (observed in practice).

Change-Id: I857326a13a7c4dd1a6f5ab44360211301b05d3ac

Make global topology constant in trajectory writing

Added a few trivial const qualifiers to make the global topology
const in the call to do_md_trajectory_writing(...).

Change-Id: Id9a501a37bafb4ac25ef6157429d6fb5cb1ff098

Add a docker layer with a jupyter notebook server.

Provide a docker image based on the gmxapi/ci-mpich image that runs a
Jupyter notebook server for easier browsing of the gmxapi Python package
artifacts.

Change-Id: I245bccb0522bd7c1e4e7467e10e2e91f09976f25

Use ISerializer for TPR file IO

Change all the function calls in do_tpx and friends to use the
ISerializer instead of the previous t_fileio pointer.
This is intended to prepare for the change where the datastructures
get populated from a byte buffer instead of reading them from disk one
by one.

Refs #2971

Change-Id: I9c2d51c4af0cad5a14da7026d58ecbe053e8efb7

Add coordinate scaling class and extend TranslateAndScale

 - Make TranslateAndScale copyable and movable.
 - Make coordinate transformation application const on the
TranslateAndScale object itself
 - Add a function that returns the scale operation only without translation.
 - Add a coordinate scaling class that also allows to inverse the scaling, ignoring zero input.

refs #2282

Change-Id: I73f9bd892f1f81692e05ac6b2fece2e7be9e8e69

Allow non-uniform Gaussians

For three-dimensional Gaussian spreading, as well as density guided force
evaluation, allow spreading with different widths along x, y, and z-direction.

This required to account for the common, slightly non-uniform grid
spacing in input densities.

Added some simplifactions for the vector operations based on newly
implemented functions in for BasicVector in a previous patch.

refs #2282

Change-Id: I730897fe672d2444a04ea68fea83e2273b359b27

Remove unnecessary #if GMX_MPI in pme code

Change-Id: I1c645c84b229258527d4c40edb055a706189c2bf

Template free-energy kernel on soft-core

Templated the free-energy kernel on the presence of soft-core
and the soft-core r-power.
Not doing the soft-core math when not using soft-core doubles
the speed of the free-energy kernel.
Templating for the soft-core power gives 15% performance improvement
with soft-core power 6.
Double precision r variables are only needed with r-power 48.

Change-Id: I5a37307b2a83304a40343a0708afce46f4bdcf75

Add BasicVector scaling, max, min and toIvec

Allows element-wise multiplication, maximum, minimum evaluation
as well as conversion to IVec.

Change-Id: I49ba61aff72b197dbe3a67a9516ae0924d28c786

Refactor PME atom handling

Converted pme_atomcomm_t to PmeAtomComm class.
The PME atom count on CPU without separate PME ranks is now set by
gmx_pme_reinit_atoms(), as for PME on GPU.
Made all coordinates in PME const and use arrayref where possible.

Change-Id: Iaeb59f8cee910e4c52f2f59016af85662b2109fb

Split tpr header reading reading from tpr body

Split the low level functions for TPR file header and file body reading
into fully separate parts to allow reading the main part of the file
without having to read the header again.

Also gave the header datastructure a new name in line with naming
conventions and default initialized all fields.

Refs #2971

Change-Id: I110fb80cf19d9d2e59df1576e50c64806f532e00

Removed unused code paths in the NB FE kernel

Code paths that were only used with the group scheme were removed.

Change-Id: I27175abfad5da9948f0626af90d16e7801eaf19d

Updates to gmxapi docker entry points.

* Read GMXRC in gmxapi docker test environment. Allows `gmx` binary to
  be easily discovered by Python wrappers. Supports expected behavior
  for gmxapi/ci-... docker containers and ensures that GROMACS
  components available during image build are available when running.
* Allow more granular testing. Rename and reorganize entry points for
  the docker test containers.

Ref: #2756

Change-Id: I5e781fae4709e4ccb718a8295c3fbe68dd59de44

Fix gmx dump

The program would fail because the filename for writing the output mdp
file was passed as valid empty string that could not be opened as an
output file.

Now only passes the string when it is not empty.

Added test and fixed possible floating point exception found by the
test.

Change-Id: I8b18fbc0dfc5642399935f32fb0b1999fad44c98

Move code handling mdrun -gpu_id to taskassignment module

Also made the error message report all incompatible GPU IDs, not just
the first, and do so by throwing an exception.

Change-Id: I4e1f26a59903077b5ab6cc671486fb059cb78964

Make forcerec const in dispatchNonbondedKernel()

Changed forcrecin Nbnxm::dispatchNonbondedKernel() from a pointer
to a const reference. The GPU emulation kernel now writes the shift
forces to nbnxn_atomdata_t.

Change-Id: I170165529ba447db9b5d1824eea10675ae1bef7d

Mrc format header to lattice coordinate transform

Extracts a coordinate transformation into lattice coordinates from the mrc density
header, as well as the three dimensional grid extents.

refs #2282

Change-Id: I8c01a370e3010add29b8810e2f3320b9ab428c02

Density similarity measure and gradient

Adding a class that allows evaluating the similarity of three dimensional
densities and their gradient given a comparison method, along with a
concrete implementation of the inner-product as a comparison method.

refs #2282

Change-Id: Id73f237e123bed14241227b84cbf83970a09ff49

Extend ISerializer functionality

Add datatypes to ISerializer that are needed to read TPR files but were
missing.

Refs #2971

Change-Id: I5d5e7f1f91c533a079cb287b018fa1d579c4f3f9

Combine CUDA Leap-Frog, LINCS and SETTLE. I.

This is the first step in combining constraints and integrator
into "UpdateAndConstraints" module. The initial merge does not
imply any performance optimisation or code clean-up. Hence, this
patch keeps all the temporary infrastructure that was built
around SETTLE, LINCS and Leap-Frog to allow them to function as
a separate units. In the following commits, this infrastructure
will be removed and these three implementations will be more closely
integrated. To enable, set GMX_UPDATE_CONSTRAIN_GPU environment
variable. Note, that environment variables GMX_LINCS_GPU,
GMX_SETTLE_GPU and GMX_INTEGRATE_GPU will no longer work.

Refs #2816, #2888

Change-Id: I8730aad0ecaa0230686fe89d1157b0da2f01f7bc

Reduce docker image size for gmxapi CI.

Use ``--no-cache-dir`` option to ``pip install``.

Change-Id: I4c1794cc020096c3cee377ff2d79c6c599542bc1

Bug fix: Constraints tests are not instantiated with CUDA

If the tests initialization macros is called with ValuesIn
function, the container provided should be filled. In the
current version, it is filled in the test SetUp function,
after the macros is processed. As a result, the empty
container is used in instantiation and no test are run.
Only CUDA-enabled builds are affected.

Change-Id: Ia2f38c9908d4b7d4277d282c01781b278eeeead0

Simplify GPU nbnxm x conversion

The GPU nbnxm x conversion change 42b343b9 lead to data being transferred
multiple times and introduced several ugly hacks. This change simplifies
the code and transfers each coordinate only once.

Change-Id: I430496251ae40ee4c604e3920b789b3ae2b297dd

Remove unused nbnxm include files

Change-Id: I04ca522139dfa7f1b809a2db9dd494ed9f0f0b23

Fix pygments detection for sphinx for docs build

Got broken in 29616660 but somehow wasn't a problem in the docs build
on the dedicated slave for that.

Refs #2615

Change-Id: I407383bd0342decae56e4c60202ffbf190e8bb1b

Use RAII approaches for hardware information detection

Eliminated gmx_hardware_info_free. The lifetime of the hardware info
should be from the first time it is needed until the end of the
process, and in particular its ownership should not be related to the
lifetime of any threads implementing mdrun.

The implementation of gmx_detect_hardware now uses a simple mutex and
file static smart pointer to hold the data, lazily create it, and leave
it to process cleanup to call the destructor to free resources. Helper
functions no longer refer to the static smart pointer directly.

Internal data structures of gmx_hw_info_t are now held by smart pointer rather
than needing manual memory cleanup.

Extended not_null to be able to be created from smart pointers, and
tested the new behaviours.

Reduced the header dependencies of detecthardware.cpp, now that it
doesn't do all the string handling of printhardware.cpp

Change-Id: I9d5cd838dc6e214163cf2e3104e0f7aaa356fcf8

Clean up multisim, communication, and REMD code

Moved multisim declarations and code to one place.

Moved mpi_in_place_buf_t to its own files in a low-level module, and
made sure we tested a build that needed it. Removed duplicate tng
option declaration while I was there.

Moved a check for REMD to its code, removed another that was redundant
with that for multisim requiring more than one simulation.

Added some t_commrec and gmx_multisim_t cleanup code, but not all
of it can work before some more cleanup takes place.

Change-Id: Ie591f50a2162dce2e83552102f8633c8d49553a7

More quotes

Having to prepare slides for a Gromacs workshop is
a great motivation for procrastination in the form
of adding more quotes :-)

Change-Id: Ieed151881f5eecdc552726f8d95541a2ab9b5eb7

Template x buffer ops call on whether GPU is used

This allows the code to get optimized to avoid the overhead of merged
CPU and GPU codepaths.

Change-Id: If98c5eff327f5f9ecb81f278ca27b6d139bc19ab

Clean up renamed simulator.h file

This change is a follow-up to I9bc31588, in which the Integrator class
was renamed to Simulator, and integrator.{h,cpp} was accordingly
renamed to simulator.{h,cpp}. The former change did, however, miss
the include guard, a typedef, and two mentions of "integrator" in
comments. The current change addresses this.

Change-Id: I14d55eeb35c18f198d4123a7132fbee2366713df

Remove dependence of mdoutf_write_to_trajectory_files on global top

mdoutf_write_to_trajectory_files is currently taking the full global
topology object as input, but uses only the number of atoms. Removing
this dependency simplifies some refactoring further down the road,
as the new state element can use this function without needing
access to the global topology.

Change-Id: I3ad39050bfd5d7bb0792f3b158bad0817907e029

Rename Integrator class

This renames the `Integrator` class to `Simulator`, which does not
actually represent integrators, but rather types of simulations
(some of which contain an integrator, but not all!).

Refs #2943

Leaves the TODO to rename the corresponding mdp-option, but no
consensus on the new name has been reached yet.

Change-Id: I9bc3158856cd68dfc2ca5f3da793cd1ecbc2ffaf