45c9e1ac950665aad2d40eff8381f300feda287e
[alexxy/gromacs.git] / docs / install-guide / index.rst
1 .. Note that this must be a single rst file in order for Sphinx
2    to build into into a single plain-text file to place in the
3    installation tarball.
4
5 .. _install guide:
6
7 ******************
8 Installation guide
9 ******************
10
11 .. highlight:: bash
12
13 Introduction to building |Gromacs|
14 ----------------------------------
15
16 These instructions pertain to building |Gromacs|
17 |version|. You might also want to check the `up-to-date installation instructions`_.
18
19 Quick and dirty installation
20 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
21 1. Get the latest version of your C and C++ compilers.
22 2. Check that you have CMake version |CMAKE_MINIMUM_REQUIRED_VERSION| or later.
23 3. Get and unpack the latest version of the |Gromacs| tarball.
24 4. Make a separate build directory and change to it.
25 5. Run ``cmake`` with the path to the source as an argument
26 6. Run ``make``, ``make check``, and ``make install``
27 7. Source ``GMXRC`` to get access to |Gromacs|
28
29 Or, as a sequence of commands to execute:
30
31 .. parsed-literal::
32
33     tar xfz gromacs-|version|.tar.gz
34     cd gromacs-|version|
35     mkdir build
36     cd build
37     cmake .. -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON -DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD=ON
38     make
39     make check
40     sudo make install
41     source /usr/local/gromacs/bin/GMXRC
42
43 This will download and build first the prerequisite FFT library
44 followed by |Gromacs|. If you already have FFTW installed, you can
45 remove that argument to ``cmake``. Overall, this build of |Gromacs|
46 will be correct and reasonably fast on the machine upon which
47 ``cmake`` ran. On another machine, it may not run, or may not run
48 fast. If you want to get the maximum value for your hardware with
49 |Gromacs|, you will have to read further. Sadly, the interactions of
50 hardware, libraries, and compilers are only going to continue to get
51 more complex.
52
53 Quick and dirty cluster installation
54 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
55
56 On a cluster where users are expected to be running across multiple
57 nodes using MPI, make one installation similar to the above, and
58 another using ``-DGMX_MPI=on``.
59 The latter will install binaries and libraries named using
60 a default suffix of ``_mpi`` ie ``gmx_mpi``. Hence it is safe
61 and common practice to install this into the same location where
62 the non-MPI build is installed.
63
64 Typical installation
65 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
66
67 As above, and with further details below, but you should consider
68 using the following `CMake options`_ with the
69 appropriate value instead of ``xxx`` :
70
71 * ``-DCMAKE_C_COMPILER=xxx`` equal to the name of the C99 `Compiler`_ you wish to use (or the environment variable ``CC``)
72 * ``-DCMAKE_CXX_COMPILER=xxx`` equal to the name of the C++17 `compiler`_ you wish to use (or the environment variable ``CXX``)
73 * ``-DGMX_MPI=on`` to build using `MPI support`_
74 * ``-DGMX_GPU=CUDA`` to build with NVIDIA CUDA support enabled.
75 * ``-DGMX_GPU=OpenCL`` to build with OpenCL_ support enabled.
76 * ``-DGMX_SIMD=xxx`` to specify the level of `SIMD support`_ of the node on which |Gromacs| will run
77 * ``-DGMX_DOUBLE=on`` to build |Gromacs| in double precision (slower, and not normally useful)
78 * ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=xxx`` to add a non-standard location for CMake to `search for libraries, headers or programs`_
79 * ``-DCMAKE_INSTALL_PREFIX=xxx`` to install |Gromacs| to a `non-standard location`_ (default ``/usr/local/gromacs``)
80 * ``-DBUILD_SHARED_LIBS=off`` to turn off the building of shared libraries to help with `static linking`_
81 * ``-DGMX_FFT_LIBRARY=xxx`` to select whether to use ``fftw3``, ``mkl`` or ``fftpack`` libraries for `FFT support`_
82 * ``-DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug`` to build |Gromacs| in debug mode
83
84 Building older versions
85 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
86
87 Installation instructions for old |Gromacs| versions can be found at
88 the |Gromacs| `documentation page
89 <http://manual.gromacs.org/documentation>`_.
90
91 Prerequisites
92 -------------
93
94 Platform
95 ^^^^^^^^
96
97 |Gromacs| can be compiled for many operating systems and
98 architectures.  These include any distribution of Linux, Mac OS X or
99 Windows, and architectures including x86, AMD64/x86-64, several
100 PowerPC including POWER8, ARM v8, and SPARC VIII.
101
102 Compiler
103 ^^^^^^^^
104
105 |Gromacs| can be compiled on any platform with ANSI C99 and C++17
106 compilers, and their respective standard C/C++ libraries. Good
107 performance on an OS and architecture requires choosing a good
108 compiler. We recommend gcc, because it is free, widely available and
109 frequently provides the best performance.
110
111 You should strive to use the most recent version of your
112 compiler. Since we require full C++17 support the minimum supported
113 compiler versions are
114
115 * GNU (gcc/libstdc++) 7
116 * LLVM (clang/libc++) 5
117 * Microsoft (MSVC) 2017 15.7
118
119 Other compilers may work (Cray, Pathscale, older clang) but do
120 not offer competitive performance. We recommend against PGI because
121 the performance with C++ is very bad.
122
123 The Intel classic compiler (icc/icpc) is no longer supported in
124 |Gromacs|. Use Intel's newer clang-based compiler from oneAPI, or
125 gcc.
126
127 The xlc compiler is not supported and version 16.1 does not compile on
128 POWER architectures for |Gromacs|\ -\ |version|. We recommend to use
129 the gcc compiler instead, as it is being extensively tested.
130
131 You may also need the most recent version of other compiler toolchain
132 components beside the compiler itself (e.g. assembler or linker);
133 these are often shipped by your OS distribution's binutils package.
134
135 C++17 support requires adequate support in both the compiler and the
136 C++ library. The gcc and MSVC compilers include their own standard
137 libraries and require no further configuration. If your vendor's
138 compiler also manages the standard library library via compiler flags,
139 these will be honored. For configuration of other compilers, read on.
140
141 On Linux, the clang compilers use the libstdc++ which
142 comes with gcc as the default C++ library. For |Gromacs|, we require
143 the compiler to support libstc++ version 7.1 or higher. To select a
144 particular libstdc++ library, provide the path to g++ with
145 ``-DGMX_GPLUSPLUS_PATH=/path/to/g++``.
146
147 To build with clang and llvm's libcxx standard library, use
148 ``-DCMAKE_CXX_FLAGS=-stdlib=libc++``.
149
150 If you are running on Mac OS X, the best option is gcc. The Apple
151 clang compiler provided by MacPorts will work, but does not support
152 OpenMP, so will probably not provide best performance.
153
154 For all non-x86 platforms, your best option is typically to use gcc or
155 the vendor's default or recommended compiler, and check for
156 specialized information below.
157
158 For updated versions of gcc to add to your Linux OS, see
159
160 * Ubuntu: `Ubuntu toolchain ppa page`_
161 * RHEL/CentOS: `EPEL page`_ or the RedHat Developer Toolset
162
163 Compiling with parallelization options
164 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
165
166 For maximum performance you will need to examine how you will use
167 |Gromacs| and what hardware you plan to run on. Often OpenMP_
168 parallelism is an advantage for |Gromacs|, but support for this is
169 generally built into your compiler and detected automatically.
170
171 .. _gmx-gpu-support:
172
173 GPU support
174 ~~~~~~~~~~~
175
176 |Gromacs| has excellent support for NVIDIA GPUs supported via CUDA.
177 On Linux, NVIDIA CUDA_ toolkit with minimum version |REQUIRED_CUDA_VERSION|
178 is required, and the latest version is strongly encouraged. NVIDIA GPUs with at
179 least NVIDIA compute capability |REQUIRED_CUDA_COMPUTE_CAPABILITY| are
180 required. You are strongly recommended to
181 get the latest CUDA version and driver that supports your hardware, but
182 beware of possible performance regressions in newer CUDA versions on
183 older hardware.
184 While some CUDA compilers (nvcc) might not
185 officially support recent versions of gcc as the back-end compiler, we
186 still recommend that you at least use a gcc version recent enough to
187 get the best SIMD support for your CPU, since |Gromacs| always runs some
188 code on the CPU. It is most reliable to use the same C++ compiler
189 version for |Gromacs| code as used as the host compiler for nvcc.
190
191 To make it possible to use other accelerators, |Gromacs| also includes
192 OpenCL_ support. The minimum OpenCL version required is
193 |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION| and only 64-bit implementations are supported.
194 The current OpenCL implementation is recommended for
195 use with GCN-based AMD GPUs, and on Linux we recommend the ROCm runtime.
196 Intel integrated GPUs are supported with the Neo drivers.
197 OpenCL is also supported with NVIDIA GPUs, but using
198 the latest NVIDIA driver (which includes the NVIDIA OpenCL runtime) is
199 recommended. Also note that there are performance limitations (inherent
200 to the NVIDIA OpenCL runtime).
201 It is not possible to configure both CUDA and OpenCL
202 support in the same build of |Gromacs|, nor to support both
203 Intel and other vendors' GPUs with OpenCL. A 64-bit implementation
204 of OpenCL is required and therefore OpenCL is only supported on 64-bit platforms.
205
206 .. _mpi-support:
207
208 MPI support
209 ~~~~~~~~~~~
210
211 |Gromacs| can run in parallel on multiple cores of a single
212 workstation using its built-in thread-MPI. No user action is required
213 in order to enable this.
214
215 If you wish to run in parallel on multiple machines across a network,
216 you will need to have an MPI library installed that supports the MPI
217 2.0 standard. That's true for any MPI library version released since
218 about 2009, but the |Gromacs| team recommends the latest version (for
219 best performance) of either your vendor's library, OpenMPI_ or MPICH_.
220
221 To compile with MPI set your compiler to the normal (non-MPI) compiler
222 and add ``-DGMX_MPI=on`` to the cmake options. It is possible to set
223 the compiler to the MPI compiler wrapper but it is neither necessary
224 nor recommended.
225
226 CUDA-Aware MPI support
227 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
228
229 In simulations using multiple NVIDIA GPUs, an MPI implementation with CUDA support
230 (also called "CUDA-aware") allows communication to be performed directly between the
231 distinct GPU memory spaces without staging through CPU memory, often
232 resulting in higher bandwidth and lower latency communication.  For
233 more details, see `Introduction to CUDA-aware MPI
234 <https://developer.nvidia.com/blog/introduction-cuda-aware-mpi/>`_.
235
236 To use CUDA-aware MPI for direct GPU communication we recommend
237 using the latest OpenMPI version (>=4.1.0) with the latest UCX version
238 (>=1.10), since most GROMACS internal testing on CUDA-aware support has 
239 been performed using these versions. OpenMPI with CUDA-aware support can 
240 be built following the procedure in `these OpenMPI build instructions
241 <https://www.open-mpi.org/faq/?category=buildcuda>`_.
242
243 With ``GPU_MPI=ON``, GROMACS attempts to automatically detect CUDA support
244 in the underlying MPI library at compile time, and enables direct GPU 
245 communication when this is detected.  However, there are some cases when
246 GROMACS may fail to detect existing CUDA-aware support, in which case
247 it can be manually enabled by setting environment variable ``GMX_FORCE_CUDA_AWARE_MPI=1``
248 at runtime (although such cases still lack substantial
249 testing, so we urge the user to carefully check correctness of results
250 against those using default build options, and report any issues).
251
252 CMake
253 ^^^^^
254
255 |Gromacs| builds with the CMake build system, requiring at least
256 version |CMAKE_MINIMUM_REQUIRED_VERSION|. You can check whether
257 CMake is installed, and what version it is, with ``cmake
258 --version``. If you need to install CMake, then first check whether
259 your platform's package management system provides a suitable version,
260 or visit the `CMake installation page`_ for pre-compiled binaries,
261 source code and installation instructions. The |Gromacs| team
262 recommends you install the most recent version of CMake you can.
263
264 .. _FFT support:
265
266 Fast Fourier Transform library
267 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
268
269 Many simulations in |Gromacs| make extensive use of fast Fourier
270 transforms, and a software library to perform these is always
271 required. We recommend FFTW_ (version 3 or higher only) or Intel
272 MKL_. The choice of library can be set with ``cmake
273 -DGMX_FFT_LIBRARY=<name>``, where ``<name>`` is one of ``fftw3``,
274 ``mkl``, or ``fftpack``. FFTPACK is bundled with |Gromacs| as a
275 fallback, and is acceptable if simulation performance is not a
276 priority. When choosing MKL, |Gromacs| will also use MKL for BLAS and
277 LAPACK (see `linear algebra libraries`_). Generally, there is no
278 advantage in using MKL with |Gromacs|, and FFTW is often faster.
279 With PME GPU offload support using CUDA, a GPU-based FFT library
280 is required. The CUDA-based GPU FFT library cuFFT is part of the
281 CUDA toolkit (required for all CUDA builds) and therefore no additional
282 software component is needed when building with CUDA GPU acceleration.
283
284 Using FFTW
285 ~~~~~~~~~~
286
287 FFTW_ is likely to be available for your platform via its package
288 management system, but there can be compatibility and significant
289 performance issues associated with these packages. In particular,
290 |Gromacs| simulations are normally run in "mixed" floating-point
291 precision, which is suited for the use of single precision in
292 FFTW. The default FFTW package is normally in double
293 precision, and good compiler options to use for FFTW when linked to
294 |Gromacs| may not have been used. Accordingly, the |Gromacs| team
295 recommends either
296
297 * that you permit the |Gromacs| installation to download and
298   build FFTW from source automatically for you (use
299   ``cmake -DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON``), or
300 * that you build FFTW from the source code.
301
302 If you build FFTW from source yourself, get the most recent version
303 and follow the `FFTW installation guide`_. Choose the precision for
304 FFTW (i.e. single/float vs. double) to match whether you will later
305 use mixed or double precision for |Gromacs|. There is no need to
306 compile FFTW with threading or MPI support, but it does no harm. On
307 x86 hardware, compile with *both* ``--enable-sse2`` and
308 ``--enable-avx`` for FFTW-3.3.4 and earlier. From FFTW-3.3.5, you
309 should also add ``--enable-avx2`` also. On Intel processors supporting
310 512-wide AVX, including KNL, add ``--enable-avx512`` also.
311 FFTW will create a fat library with codelets for all different instruction sets,
312 and pick the fastest supported one at runtime.
313 On ARM architectures with SIMD support and IBM Power8 and later, you
314 definitely want version 3.3.5 or later,
315 and to compile it with ``--enable-neon`` and ``--enable-vsx``, respectively, for
316 SIMD support. If you are using a Cray, there is a special modified
317 (commercial) version of FFTs using the FFTW interface which can be
318 slightly faster.
319
320 Using MKL
321 ~~~~~~~~~
322
323 Use MKL bundled with Intel compilers by setting up the compiler
324 environment, e.g., through ``source /path/to/compilervars.sh intel64``
325 or similar before running CMake including setting
326 ``-DGMX_FFT_LIBRARY=mkl``.
327
328 If you need to customize this further, use
329
330 ::
331
332     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=mkl \
333           -DMKL_LIBRARIES="/full/path/to/libone.so;/full/path/to/libtwo.so" \
334           -DMKL_INCLUDE_DIR="/full/path/to/mkl/include"
335
336 The full list and order(!) of libraries you require are found in Intel's MKL documentation for your system.
337
338 Using ARM Performance Libraries
339 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
340
341 The ARM Performance Libraries provides FFT transforms implementation for ARM
342 architectures.
343 Preliminary support is provided for ARMPL in |Gromacs| through its FFTW-compatible API.
344 Assuming that the ARM HPC toolchain environment including the ARMPL paths
345 are set up (e.g. through loading the appropriate modules like
346 ``module load Module-Prefix/arm-hpc-compiler-X.Y/armpl/X.Y``) use the following cmake
347 options:
348
349 ::
350
351     cmake -DGMX_FFT_LIBRARY=fftw3 \
352           -DFFTWF_LIBRARY="${ARMPL_DIR}/lib/libarmpl_lp64.so" \
353           -DFFTWF_INCLUDE_DIR=${ARMPL_DIR}/include
354
355
356 Other optional build components
357 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
358
359 * Run-time detection of hardware capabilities can be improved by
360   linking with hwloc. By default this is turned off since it might
361   not be supported everywhere, but if you have hwloc installed it
362   should work by just setting ``-DGMX_HWLOC=ON``
363 * Hardware-optimized BLAS and LAPACK libraries are useful
364   for a few of the |Gromacs| utilities focused on normal modes and
365   matrix manipulation, but they do not provide any benefits for normal
366   simulations. Configuring these is discussed at
367   `linear algebra libraries`_.
368 * The built-in |Gromacs| trajectory viewer ``gmx view`` requires X11 and
369   Motif/Lesstif libraries and header files. You may prefer to use
370   third-party software for visualization, such as VMD_ or PyMol_.
371 * An external TNG library for trajectory-file handling can be used
372   by setting ``-DGMX_EXTERNAL_TNG=yes``, but TNG
373   |GMX_TNG_MINIMUM_REQUIRED_VERSION| is bundled in the |Gromacs|
374   source already.
375 * The lmfit library for Levenberg-Marquardt curve fitting is used in
376   |Gromacs|. Only lmfit |GMX_LMFIT_REQUIRED_VERSION| is supported.  A
377   reduced version of that library is bundled in the |Gromacs|
378   distribution, and the default build uses it. That default may be
379   explicitly enabled with ``-DGMX_USE_LMFIT=internal``. To use an
380   external lmfit library, set ``-DGMX_USE_LMFIT=external``, and adjust
381   ``CMAKE_PREFIX_PATH`` as needed.  lmfit support can be disabled with
382   ``-DGMX_USE_LMFIT=none``.
383 * zlib is used by TNG for compressing some kinds of trajectory data
384 * Building the |Gromacs| documentation is optional, and requires
385   ImageMagick, pdflatex, bibtex, doxygen, python 3.6, sphinx
386   |EXPECTED_SPHINX_VERSION|, and pygments.
387 * The |Gromacs| utility programs often write data files in formats
388   suitable for the Grace plotting tool, but it is straightforward to
389   use these files in other plotting programs, too.
390 * Set ``-DGMX_PYTHON_PACKAGE=ON`` when configuring |Gromacs| with CMake to
391   enable additional CMake targets for the gmxapi Python package and
392   sample_restraint package from the main |Gromacs| CMake build. This supports
393   additional testing and documentation generation.
394
395 Doing a build of |Gromacs|
396 --------------------------
397
398 This section will cover a general build of |Gromacs| with CMake_, but it
399 is not an exhaustive discussion of how to use CMake. There are many
400 resources available on the web, which we suggest you search for when
401 you encounter problems not covered here. The material below applies
402 specifically to builds on Unix-like systems, including Linux, and Mac
403 OS X. For other platforms, see the specialist instructions below.
404
405 .. _configure-cmake:
406
407 Configuring with CMake
408 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
409
410 CMake will run many tests on your system and do its best to work out
411 how to build |Gromacs| for you. If your build machine is the same as
412 your target machine, then you can be sure that the defaults and
413 detection will be pretty good. However, if you want to control aspects
414 of the build, or you are compiling on a cluster head node for back-end
415 nodes with a different architecture, there are a few things you
416 should consider specifying.
417
418 The best way to use CMake to configure |Gromacs| is to do an
419 "out-of-source" build, by making another directory from which you will
420 run CMake. This can be outside the source directory, or a subdirectory
421 of it. It also means you can never corrupt your source code by trying
422 to build it! So, the only required argument on the CMake command line
423 is the name of the directory containing the ``CMakeLists.txt`` file of
424 the code you want to build. For example, download the source tarball
425 and use
426
427 .. parsed-literal::
428
429     tar xfz gromacs-|version|.tgz
430     cd gromacs-|version|
431     mkdir build-gromacs
432     cd build-gromacs
433     cmake ..
434
435 You will see ``cmake`` report a sequence of results of tests and
436 detections done by the |Gromacs| build system. These are written to the
437 ``cmake`` cache, kept in ``CMakeCache.txt``. You can edit this file by
438 hand, but this is not recommended because you could make a mistake.
439 You should not attempt to move or copy this file to do another build,
440 because file paths are hard-coded within it. If you mess things up,
441 just delete this file and start again with ``cmake``.
442
443 If there is a serious problem detected at this stage, then you will see
444 a fatal error and some suggestions for how to overcome it. If you are
445 not sure how to deal with that, please start by searching on the web
446 (most computer problems already have known solutions!) and then
447 consult the gmx-users mailing list. There are also informational
448 warnings that you might like to take on board or not. Piping the
449 output of ``cmake`` through ``less`` or ``tee`` can be
450 useful, too.
451
452 Once ``cmake`` returns, you can see all the settings that were chosen
453 and information about them by using e.g. the curses interface
454
455 ::
456
457     ccmake ..
458
459 You can actually use ``ccmake`` (available on most Unix platforms)
460 directly in the first step, but then
461 most of the status messages will merely blink in the lower part
462 of the terminal rather than be written to standard output. Most platforms
463 including Linux, Windows, and Mac OS X even have native graphical user interfaces for
464 ``cmake``, and it can create project files for almost any build environment
465 you want (including Visual Studio or Xcode).
466 Check out `running CMake`_ for
467 general advice on what you are seeing and how to navigate and change
468 things. The settings you might normally want to change are already
469 presented. You may make changes, then re-configure (using ``c``), so that it
470 gets a chance to make changes that depend on yours and perform more
471 checking. It may take several configuration passes to reach the desired
472 configuration, in particular if you need to resolve errors.
473
474 When you have reached the desired configuration with ``ccmake``, the
475 build system can be generated by pressing ``g``.  This requires that the previous
476 configuration pass did not reveal any additional settings (if it did, you need
477 to configure once more with ``c``).  With ``cmake``, the build system is generated
478 after each pass that does not produce errors.
479
480 You cannot attempt to change compilers after the initial run of
481 ``cmake``. If you need to change, clean up, and start again.
482
483 .. _non-standard location:
484
485 Where to install |Gromacs|
486 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
487
488 |Gromacs| is installed in the directory to which
489 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` points. It may not be the source directory or
490 the build directory.  You require write permissions to this
491 directory. Thus, without super-user privileges,
492 ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` will have to be within your home directory.
493 Even if you do have super-user privileges, you should use them only
494 for the installation phase, and never for configuring, building, or
495 running |Gromacs|!
496
497 .. _cmake options:
498
499 Using CMake command-line options
500 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
501
502 Once you become comfortable with setting and changing options, you may
503 know in advance how you will configure |Gromacs|. If so, you can speed
504 things up by invoking ``cmake`` and passing the various options at once
505 on the command line. This can be done by setting cache variable at the
506 cmake invocation using ``-DOPTION=VALUE``. Note that some
507 environment variables are also taken into account, in particular
508 variables like ``CC`` and ``CXX``.
509
510 For example, the following command line
511
512 ::
513
514     cmake .. -DGMX_GPU=CUDA -DGMX_MPI=ON -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/marydoe/programs
515
516 can be used to build with CUDA GPUs, MPI and install in a custom
517 location. You can even save that in a shell script to make it even
518 easier next time. You can also do this kind of thing with ``ccmake``,
519 but you should avoid this, because the options set with ``-D`` will not
520 be able to be changed interactively in that run of ``ccmake``.
521
522 .. _gmx-simd-support:
523
524 SIMD support
525 ~~~~~~~~~~~~
526
527 |Gromacs| has extensive support for detecting and using the SIMD
528 capabilities of many modern HPC CPU architectures. If you are building
529 |Gromacs| on the same hardware you will run it on, then you don't need
530 to read more about this, unless you are getting configuration warnings
531 you do not understand. By default, the |Gromacs| build system will
532 detect the SIMD instruction set supported by the CPU architecture (on
533 which the configuring is done), and thus pick the best
534 available SIMD parallelization supported by |Gromacs|. The build system
535 will also check that the compiler and linker used also support the
536 selected SIMD instruction set and issue a fatal error if they
537 do not.
538
539 Valid values are listed below, and the applicable value with the
540 largest number in the list is generally the one you should choose.
541 In most cases, choosing an inappropriate higher number will lead
542 to compiling a binary that will not run. However, on a number of
543 processor architectures choosing the highest supported value can
544 lead to performance loss, e.g. on Intel Skylake-X/SP and AMD Zen.
545
546 1. ``None`` For use only on an architecture either lacking SIMD,
547    or to which |Gromacs| has not yet been ported and none of the
548    options below are applicable.
549 2. ``SSE2`` This SIMD instruction set was introduced in Intel
550    processors in 2001, and AMD in 2003. Essentially all x86
551    machines in existence have this, so it might be a good choice if
552    you need to support dinosaur x86 computers too.
553 3. ``SSE4.1`` Present in all Intel core processors since 2007,
554    but notably not in AMD Magny-Cours. Still, almost all recent
555    processors support this, so this can also be considered a good
556    baseline if you are content with slow simulations and prefer
557    portability between reasonably modern processors.
558 4. ``AVX_128_FMA`` AMD Bulldozer, Piledriver (and later Family 15h) processors have this.
559 5. ``AVX_256`` Intel processors since Sandy Bridge (2011). While this
560    code will work on the  AMD Bulldozer and Piledriver processors, it is significantly less
561    efficient than the ``AVX_128_FMA`` choice above - do not be fooled
562    to assume that 256 is better than 128 in this case.
563 6. ``AVX2_128`` AMD Zen/Zen2 and Hygon Dhyana microarchitecture processors;
564    it will enable AVX2 with 3-way fused multiply-add instructions.
565    While these microarchitectures do support 256-bit AVX2 instructions,
566    hence ``AVX2_256`` is also supported, 128-bit will generally be faster,
567    in particular when the non-bonded tasks run on the CPU -- hence
568    the default ``AVX2_128``. With GPU offload however ``AVX2_256``
569    can be faster on Zen processors.
570 7. ``AVX2_256`` Present on Intel Haswell (and later) processors (2013),
571    and it will also enable Intel 3-way fused multiply-add instructions.
572 8. ``AVX_512`` Skylake-X desktop and Skylake-SP Xeon processors (2017);
573    it will generally be fastest on the higher-end desktop and server
574    processors with two 512-bit fused multiply-add units (e.g. Core i9
575    and Xeon Gold). However, certain desktop and server models
576    (e.g. Xeon Bronze and Silver) come with only one AVX512 FMA unit
577    and therefore on these processors ``AVX2_256`` is faster
578    (compile- and runtime checks try to inform about such cases).
579    Additionally, with GPU accelerated runs ``AVX2_256`` can also be
580    faster on high-end Skylake CPUs with both 512-bit FMA units enabled.
581 9. ``AVX_512_KNL`` Knights Landing Xeon Phi processors
582 10. ``IBM_VSX`` Power7, Power8, Power9 and later have this.
583 11. ``ARM_NEON_ASIMD`` 64-bit ARMv8 and later.
584 12. ``ARM_SVE`` 64-bit ARMv8 and later with the Scalable Vector Extensions (SVE).
585     The SVE vector length is fixed at CMake configure time. The default vector
586     length is automatically detected, and this can be changed via the
587     ``GMX_SIMD_ARM_SVE_LENGTH`` CMake variable.
588
589 The CMake configure system will check that the compiler you have
590 chosen can target the architecture you have chosen. mdrun will check
591 further at runtime, so if in doubt, choose the lowest number you
592 think might work, and see what mdrun says. The configure system also
593 works around many known issues in many versions of common HPC
594 compilers.
595
596 A further ``GMX_SIMD=Reference`` option exists, which is a special
597 SIMD-like implementation written in plain C that developers can use
598 when developing support in |Gromacs| for new SIMD architectures. It is
599 not designed for use in production simulations, but if you are using
600 an architecture with SIMD support to which |Gromacs| has not yet been
601 ported, you may wish to try this option instead of the default
602 ``GMX_SIMD=None``, as it can often out-perform this when the
603 auto-vectorization in your compiler does a good job. And post on the
604 |Gromacs| mailing lists, because |Gromacs| can probably be ported for new
605 SIMD architectures in a few days.
606
607 CMake advanced options
608 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
609
610 The options that are displayed in the default view of ``ccmake`` are
611 ones that we think a reasonable number of users might want to consider
612 changing. There are a lot more options available, which you can see by
613 toggling the advanced mode in ``ccmake`` on and off with ``t``. Even
614 there, most of the variables that you might want to change have a
615 ``CMAKE_`` or ``GMX_`` prefix. There are also some options that will be
616 visible or not according to whether their preconditions are satisfied.
617
618 .. _search for libraries, headers or programs:
619
620 Helping CMake find the right libraries, headers, or programs
621 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
622
623 If libraries are installed in non-default locations their location can
624 be specified using the following variables:
625
626 * ``CMAKE_INCLUDE_PATH`` for header files
627 * ``CMAKE_LIBRARY_PATH`` for libraries
628 * ``CMAKE_PREFIX_PATH`` for header, libraries and binaries
629   (e.g. ``/usr/local``).
630
631 The respective ``include``, ``lib``, or ``bin`` is
632 appended to the path. For each of these variables, a list of paths can
633 be specified (on Unix, separated with ":"). These can be set as
634 enviroment variables like:
635
636 ::
637
638     CMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda cmake ..
639
640 (assuming ``bash`` shell). Alternatively, these variables are also
641 ``cmake`` options, so they can be set like
642 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/opt/fftw:/opt/cuda``.
643
644 The ``CC`` and ``CXX`` environment variables are also useful
645 for indicating to ``cmake`` which compilers to use. Similarly,
646 ``CFLAGS``/``CXXFLAGS`` can be used to pass compiler
647 options, but note that these will be appended to those set by
648 |Gromacs| for your build platform and build type. You can customize
649 some of this with advanced CMake options such as ``CMAKE_C_FLAGS``
650 and its relatives.
651
652 See also the page on `CMake environment variables`_.
653
654 .. _CUDA GPU acceleration:
655
656 CUDA GPU acceleration
657 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
658
659 If you have the CUDA_ Toolkit installed, you can use ``cmake`` with:
660
661 ::
662
663     cmake .. -DGMX_GPU=CUDA -DCUDA_TOOLKIT_ROOT_DIR=/usr/local/cuda
664
665 (or whichever path has your installation). In some cases, you might
666 need to specify manually which of your C++ compilers should be used,
667 e.g. with the advanced option ``CUDA_HOST_COMPILER``.
668
669 By default, code will be generated for the most common CUDA architectures.
670 However, to reduce build time and binary size we do not generate code for
671 every single possible architecture, which in rare cases (say, Tegra systems)
672 can result in the default build not being able to use some GPUs.
673 If this happens, or if you want to remove some architectures to reduce
674 binary size and build time, you can alter the target CUDA architectures.
675 This can be done either with the ``GMX_CUDA_TARGET_SM`` or
676 ``GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE`` CMake variables, which take a semicolon delimited
677 string with the two digit suffixes of CUDA (virtual) architectures names, for
678 instance "35;50;51;52;53;60". For details, see the "Options for steering GPU
679 code generation" section of the nvcc man / help or Chapter 6. of the nvcc
680 manual.
681
682 The GPU acceleration has been tested on AMD64/x86-64 platforms with
683 Linux, Mac OS X and Windows operating systems, but Linux is the
684 best-tested and supported of these. Linux running on POWER 8 and ARM v8
685 CPUs also works well.
686
687 Experimental support is available for compiling CUDA code, both for host and
688 device, using clang (version 6.0 or later).
689 A CUDA toolkit is still required but it is used only for GPU device code
690 generation and to link against the CUDA runtime library.
691 The clang CUDA support simplifies compilation and provides benefits for development
692 (e.g. allows the use code sanitizers in CUDA host-code).
693 Additionally, using clang for both CPU and GPU compilation can be beneficial
694 to avoid compatibility issues between the GNU toolchain and the CUDA toolkit.
695 clang for CUDA can be triggered using the ``GMX_CLANG_CUDA=ON`` CMake option.
696 Target architectures can be selected with  ``GMX_CUDA_TARGET_SM``,
697 virtual architecture code is always embedded for all requested architectures
698 (hence GMX_CUDA_TARGET_COMPUTE is ignored).
699 Note that this is mainly a developer-oriented feature and it is not recommended
700 for production use as the performance can be significantly lower than that
701 of code compiled with nvcc (and it has also received less testing).
702 However, note that since clang 5.0 the performance gap is only moderate
703 (at the time of writing, about 20% slower GPU kernels), so this version
704 could be considered in non performance-critical use-cases.
705
706
707 OpenCL GPU acceleration
708 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
709
710 The primary targets of the |Gromacs| OpenCL support is accelerating
711 simulations on AMD and Intel hardware. For AMD, we target both
712 discrete GPUs and APUs (integrated CPU+GPU chips), and for Intel we
713 target the integrated GPUs found on modern workstation and mobile
714 hardware. The |Gromacs| OpenCL on NVIDIA GPUs works, but performance
715 and other limitations make it less practical (for details see the user guide).
716
717 To build |Gromacs| with OpenCL_ support enabled, two components are
718 required: the OpenCL_ headers and the wrapper library that acts
719 as a client driver loader (so-called ICD loader).
720 The additional, runtime-only dependency is the vendor-specific GPU driver
721 for the device targeted. This also contains the OpenCL_ compiler.
722 As the GPU compute kernels are compiled  on-demand at run time,
723 this vendor-specific compiler and driver is not needed for building |Gromacs|.
724 The former, compile-time dependencies are standard components,
725 hence stock versions can be obtained from most Linux distribution
726 repositories (e.g. ``opencl-headers`` and ``ocl-icd-libopencl1`` on Debian/Ubuntu).
727 Only the compatibility with the required OpenCL_ version |REQUIRED_OPENCL_MIN_VERSION|
728 needs to be ensured.
729 Alternatively, the headers and library can also be obtained from vendor SDKs
730 (e.g. `from AMD <http://developer.amd.com/appsdk>`_),
731 which must be installed in a path found in ``CMAKE_PREFIX_PATH`` (or via the environment
732 variables ``AMDAPPSDKROOT`` or ``CUDA_PATH``).
733
734 To trigger an OpenCL_ build the following CMake flags must be set
735
736 ::
737
738     cmake .. -DGMX_GPU=OpenCL
739
740 To build with support for Intel integrated GPUs, it is required
741 to add ``-DGMX_GPU_NB_CLUSTER_SIZE=4`` to the cmake command line,
742 so that the GPU kernels match the characteristics of the hardware.
743 The `Neo driver <https://github.com/intel/compute-runtime/releases>`_
744 is recommended.
745
746 On Mac OS, an AMD GPU can be used only with OS version 10.10.4 and
747 higher; earlier OS versions are known to run incorrectly.
748
749 By default, any clFFT library on the system will be used with
750 |Gromacs|, but if none is found then the code will fall back on a
751 version bundled with |Gromacs|. To require |Gromacs| to link with an
752 external library, use
753
754 ::
755
756     cmake .. -DGMX_GPU=OpenCL -DclFFT_ROOT_DIR=/path/to/your/clFFT -DGMX_EXTERNAL_CLFFT=TRUE
757
758 Static linking
759 ~~~~~~~~~~~~~~
760
761 Dynamic linking of the |Gromacs| executables will lead to a
762 smaller disk footprint when installed, and so is the default on
763 platforms where we believe it has been tested repeatedly and found to work.
764 In general, this includes Linux, Windows, Mac OS X and BSD systems.
765 Static binaries take more space, but on some hardware and/or under
766 some conditions they are necessary, most commonly when you are running a parallel
767 simulation using MPI libraries (e.g. Cray).
768
769 * To link |Gromacs| binaries statically against the internal |Gromacs|
770   libraries, set ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF``.
771 * To link statically against external (non-system) libraries as well,
772   set ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON``. Note, that in
773   general ``cmake`` picks up whatever is available, so this option only
774   instructs ``cmake`` to prefer static libraries when both static and
775   shared are available. If no static version of an external library is
776   available, even when the aforementioned option is ``ON``, the shared
777   library will be used. Also note that the resulting binaries will
778   still be dynamically linked against system libraries on platforms
779   where that is the default. To use static system libraries,
780   additional compiler/linker flags are necessary, e.g. ``-static-libgcc
781   -static-libstdc++``.
782 * To attempt to link a fully static binary set
783   ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=OFF``. This will prevent CMake from explicitly
784   setting any dynamic linking flags. This option also sets
785   ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF`` and ``-DGMX_PREFER_STATIC_LIBS=ON`` by
786   default, but the above caveats apply. For compilers which don't
787   default to static linking, the required flags have to be specified. On
788   Linux, this is usually ``CFLAGS=-static CXXFLAGS=-static``.
789
790 gmxapi C++ API
791 ~~~~~~~~~~~~~~
792
793 For dynamic linking builds and on non-Windows platforms, an extra library and
794 headers are installed by setting ``-DGMXAPI=ON`` (default).
795 Build targets ``gmxapi-cppdocs`` and ``gmxapi-cppdocs-dev`` produce documentation in
796 ``docs/api-user`` and ``docs/api-dev``, respectively.
797 For more project information and use cases,
798 refer to the tracked :issue:`2585`,
799 associated GitHub `gmxapi <https://github.com/kassonlab/gmxapi>`_ projects,
800 or DOI `10.1093/bioinformatics/bty484 <https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty484>`_.
801
802 gmxapi is not yet tested on Windows or with static linking, but these use cases
803 are targeted for future versions.
804
805 Portability aspects
806 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
807
808 A |Gromacs| build will normally not be portable, not even across
809 hardware with the same base instruction set, like x86. Non-portable
810 hardware-specific optimizations are selected at configure-time, such
811 as the SIMD instruction set used in the compute kernels. This
812 selection will be done by the build system based on the capabilities
813 of the build host machine or otherwise specified to ``cmake`` during
814 configuration.
815
816 Often it is possible to ensure portability by choosing the least
817 common denominator of SIMD support, e.g. SSE2 for x86. In rare cases
818 of very old x86 machines, ensure that
819 you use ``cmake -DGMX_USE_RDTSCP=off`` if any of the target CPU
820 architectures does not support the ``RDTSCP`` instruction.  However, we
821 discourage attempts to use a single |Gromacs| installation when the
822 execution environment is heterogeneous, such as a mix of AVX and
823 earlier hardware, because this will lead to programs (especially
824 mdrun) that run slowly on the new hardware. Building two full
825 installations and locally managing how to call the correct one
826 (e.g. using a module system) is the recommended
827 approach. Alternatively, one can use different suffixes to install 
828 several versions of |Gromacs| in the same location. To achieve this,
829 one can first build a full installation with the
830 least-common-denominator SIMD instruction set, e.g. ``-DGMX_SIMD=SSE2``,
831 in order for simple commands like ``gmx grompp`` to work on all machines,
832 then build specialized ``gmx`` binaries for each architecture present in
833 the heterogeneous environment. By using custom binary and library
834 suffixes (with CMake variables ``-DGMX_BINARY_SUFFIX=xxx`` and
835 ``-DGMX_LIBS_SUFFIX=xxx``), these can be installed to the same
836 location.
837
838 Linear algebra libraries
839 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
840
841 As mentioned above, sometimes vendor BLAS and LAPACK libraries
842 can provide performance enhancements for |Gromacs| when doing
843 normal-mode analysis or covariance analysis. For simplicity, the text
844 below will refer only to BLAS, but the same options are available
845 for LAPACK. By default, CMake will search for BLAS, use it if it
846 is found, and otherwise fall back on a version of BLAS internal to
847 |Gromacs|. The ``cmake`` option ``-DGMX_EXTERNAL_BLAS=on`` will be set
848 accordingly. The internal versions are fine for normal use. If you
849 need to specify a non-standard path to search, use
850 ``-DCMAKE_PREFIX_PATH=/path/to/search``. If you need to specify a
851 library with a non-standard name (e.g. ESSL on Power machines
852 or ARMPL on ARM machines), then
853 set ``-DGMX_BLAS_USER=/path/to/reach/lib/libwhatever.a``.
854
855 If you are using Intel MKL_ for FFT, then the BLAS and
856 LAPACK it provides are used automatically. This could be
857 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
858
859 On Apple platforms where the Accelerate Framework is available, these
860 will be automatically used for BLAS and LAPACK. This could be
861 over-ridden with ``GMX_BLAS_USER``, etc.
862
863 .. _installing with MiMiC:
864
865 Building with MiMiC QM/MM support
866 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
867
868 MiMiC QM/MM interface integration will require linking against MiMiC
869 communication library, that establishes the communication channel
870 between |Gromacs| and CPMD. The MiMiC Communication library can be
871 downloaded `here <https://gitlab.com/MiMiC-projects/CommLib>`__.
872 Compile and install it. Check that the installation folder of the
873 MiMiC library is added to CMAKE_PREFIX_PATH if it is installed in
874 non-standard location. Building QM/MM-capable version requires
875 double-precision version of |Gromacs| compiled with MPI support:
876
877 * ``-DGMX_DOUBLE=ON -DGMX_MPI -DGMX_MIMIC=ON``
878
879 .. _installing with CP2K:
880
881 Building with CP2K QM/MM support
882 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
883
884 CP2K QM/MM interface integration will require linking against libcp2k
885 library, that incorporates CP2K functionality into |Gromacs|. 
886
887 1. Download, compile and install CP2K (version 8.1 or higher is required).
888 CP2K latest distribution can be downloaded `here <https://github.com/cp2k/cp2k/releases/>`_.
889 For CP2K specific instructions please `follow <https://github.com/cp2k/cp2k/blob/master/INSTALL.md>`_.
890 You can also check instructions on the `oficial CP2K web-page <https://www.cp2k.org/howto>`_.
891
892 2. Make :file:`libcp2k.a` library by executing the following command::
893     make ARCH=<your arch file> VERSION=<your version like psmp> libcp2k
894
895 The library archive (*e.g.* :file:`libcp2k.a`) should appear in the :file:`{<cp2k dir>}/lib/{<arch>}/{<version>}/` directory.
896
897 3. Configure |Gromacs| with :command:`cmake`, adding the following flags.
898
899 Build should be static:
900 * ``-DBUILD_SHARED_LIBS=OFF -DGMXAPI=OFF -DGMX_INSTALL_NBLIB_API=OFF``
901
902 Double precision in general is better than single for QM/MM 
903 (however both options are viable):
904 * ``-DGMX_DOUBLE=ON``
905
906 FFT, BLAS and LAPACK libraries should be the same between CP2K and |Gromacs|.
907 Use the following flags to do so:
908
909 * ``-DGMX_FFT_LIBRARY=<your library like fftw3> -DFFTWF_LIBRARY=<path to library> -DFFTWF_INCLUDE_DIR=<path to directory with headers>``
910 * ``-DGMX_BLAS_USER=<path to your BLAS>`` 
911 * ``-DGMX_LAPACK_USER=<path to your LAPACK>``
912
913 4. Compilation of QM/MM interface is controled by the following flags.
914
915 ``-DGMX_CP2K=ON``
916     Activates QM/MM interface compilation
917 ``-DCP2K_DIR="<path to cp2k>/lib/local/psmp``
918     Directory with libcp2k.a library
919 ``-DCP2K_LINKER_FLAGS="<combination of LDFLAGS and LIBS>"``
920     Other libraries used by CP2K. Typically that should be combination 
921     of LDFLAGS and LIBS from the ARCH file used for CP2K compilation.
922     Sometimes ARCH file could have several lines defining LDFLAGS and LIBS
923     or even split one line into several using "\". In that case all of them
924     should be concatenated into one long string without any extra slashes 
925     or quotes.
926
927 .. _suffixes:
928
929 Changing the names of |Gromacs| binaries and libraries
930 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
931
932 It is sometimes convenient to have different versions of the same
933 |Gromacs| programs installed. The most common use cases have been single
934 and double precision, and with and without MPI. This mechanism can
935 also be used to install side-by-side multiple versions of mdrun
936 optimized for different CPU architectures, as mentioned previously.
937
938 By default, |Gromacs| will suffix programs and libraries for such builds
939 with ``_d`` for double precision and/or ``_mpi`` for MPI (and nothing
940 otherwise). This can be controlled manually with ``GMX_DEFAULT_SUFFIX
941 (ON/OFF)``, ``GMX_BINARY_SUFFIX`` (takes a string) and ``GMX_LIBS_SUFFIX``
942 (also takes a string). For instance, to set a custom suffix for
943 programs and libraries, one might specify:
944
945 ::
946
947     cmake .. -DGMX_DEFAULT_SUFFIX=OFF -DGMX_BINARY_SUFFIX=_mod -DGMX_LIBS_SUFFIX=_mod
948
949 Thus the names of all programs and libraries will be appended with
950 ``_mod``.
951
952 Changing installation tree structure
953 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
954
955 By default, a few different directories under ``CMAKE_INSTALL_PREFIX`` are used
956 when when |Gromacs| is installed. Some of these can be changed, which is mainly
957 useful for packaging |Gromacs| for various distributions. The directories are
958 listed below, with additional notes about some of them. Unless otherwise noted,
959 the directories can be renamed by editing the installation paths in the main
960 CMakeLists.txt.
961
962 ``bin/``
963     The standard location for executables and some scripts.
964     Some of the scripts hardcode the absolute installation prefix, which needs
965     to be changed if the scripts are relocated.
966     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_BINDIR`` CMake
967     variable.
968 ``include/gromacs/``
969     The standard location for installed headers.
970 ``lib/``
971     The standard location for libraries. The default depends on the system, and
972     is determined by CMake.
973     The name of the directory can be changed using ``CMAKE_INSTALL_LIBDIR`` CMake
974     variable.
975 ``lib/pkgconfig/``
976     Information about the installed ``libgromacs`` library for ``pkg-config`` is
977     installed here.  The ``lib/`` part adapts to the installation location of the
978     libraries.  The installed files contain the installation prefix as absolute
979     paths.
980 ``share/cmake/``
981     CMake package configuration files are installed here.
982 ``share/gromacs/``
983     Various data files and some documentation go here. The first part can
984     be changed using ``CMAKE_INSTALL_DATADIR``, and the second by using
985     ``GMX_INSTALL_DATASUBDIR`` Using these CMake variables is the preferred
986     way of changing the installation path for
987     ``share/gromacs/top/``, since the path to this directory is built into
988     ``libgromacs`` as well as some scripts, both as a relative and as an absolute
989     path (the latter as a fallback if everything else fails).
990 ``share/man/``
991     Installed man pages go here.
992
993 Compiling and linking
994 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
995
996 Once you have configured with ``cmake``, you can build |Gromacs| with ``make``.
997 It is expected that this will always complete successfully, and
998 give few or no warnings. The CMake-time tests |Gromacs| makes on the settings
999 you choose are pretty extensive, but there are probably a few cases we
1000 have not thought of yet. Search the web first for solutions to
1001 problems, but if you need help, ask on gmx-users, being sure to
1002 provide as much information as possible about what you did, the system
1003 you are building on, and what went wrong. This may mean scrolling back
1004 a long way through the output of ``make`` to find the first error
1005 message!
1006
1007 If you have a multi-core or multi-CPU machine with ``N``
1008 processors, then using
1009
1010 ::
1011
1012     make -j N
1013
1014 will generally speed things up by quite a bit. Other build generator systems
1015 supported by ``cmake`` (e.g. ``ninja``) also work well.
1016
1017 .. _building just the mdrun binary:
1018
1019 Installing |Gromacs|
1020 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1021
1022 Finally, ``make install`` will install |Gromacs| in the
1023 directory given in ``CMAKE_INSTALL_PREFIX``. If this is a system
1024 directory, then you will need permission to write there, and you
1025 should use super-user privileges only for ``make install`` and
1026 not the whole procedure.
1027
1028 .. _getting access to |Gromacs|:
1029
1030 Getting access to |Gromacs| after installation
1031 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1032
1033 |Gromacs| installs the script ``GMXRC`` in the ``bin``
1034 subdirectory of the installation directory
1035 (e.g. ``/usr/local/gromacs/bin/GMXRC``), which you should source
1036 from your shell:
1037
1038 ::
1039
1040     source /your/installation/prefix/here/bin/GMXRC
1041
1042 It will detect what kind of shell you are running and set up your
1043 environment for using |Gromacs|. You may wish to arrange for your
1044 login scripts to do this automatically; please search the web for
1045 instructions on how to do this for your shell.
1046
1047 Many of the |Gromacs| programs rely on data installed in the
1048 ``share/gromacs`` subdirectory of the installation directory. By
1049 default, the programs will use the environment variables set in the
1050 ``GMXRC`` script, and if this is not available they will try to guess the
1051 path based on their own location.  This usually works well unless you
1052 change the names of directories inside the install tree. If you still
1053 need to do that, you might want to recompile with the new install
1054 location properly set, or edit the ``GMXRC`` script.
1055
1056 |Gromacs| also installs a CMake toolchains file to help with building client
1057 software. For an installation at ``/your/installation/prefix/here``, toolchain
1058 files will be installed at
1059 ``/your/installation/prefix/here/share/cmake/gromacs${GMX_LIBS_SUFFIX}/gromacs-toolchain${GMX_LIBS_SUFFIX}.cmake``
1060 where ``${GMX_LIBS_SUFFIX}`` is :ref:`as documented above <suffixes>`.
1061
1062 Testing |Gromacs| for correctness
1063 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1064
1065 Since 2011, the |Gromacs| development uses an automated system where
1066 every new code change is subject to regression testing on a number of
1067 platforms and software combinations. While this improves
1068 reliability quite a lot, not everything is tested, and since we
1069 increasingly rely on cutting edge compiler features there is
1070 non-negligible risk that the default compiler on your system could
1071 have bugs. We have tried our best to test and refuse to use known bad
1072 versions in ``cmake``, but we strongly recommend that you run through
1073 the tests yourself. It only takes a few minutes, after which you can
1074 trust your build.
1075
1076 The simplest way to run the checks is to build |Gromacs| with
1077 ``-DREGRESSIONTEST_DOWNLOAD``, and run ``make check``.
1078 |Gromacs| will automatically download and run the tests for you.
1079 Alternatively, you can download and unpack the |Gromacs|
1080 regression test suite |gmx-regressiontests-package| tarball yourself
1081 and use the advanced ``cmake`` option ``REGRESSIONTEST_PATH`` to
1082 specify the path to the unpacked tarball, which will then be used for
1083 testing. If the above does not work, then please read on.
1084
1085 The regression tests are also available from the download_ section.
1086 Once you have downloaded them, unpack the tarball, source
1087 ``GMXRC`` as described above, and run ``./gmxtest.pl all``
1088 inside the regression tests folder. You can find more options
1089 (e.g. adding ``double`` when using double precision, or
1090 ``-only expanded`` to run just the tests whose names match
1091 "expanded") if you just execute the script without options.
1092
1093 Hopefully, you will get a report that all tests have passed. If there
1094 are individual failed tests it could be a sign of a compiler bug, or
1095 that a tolerance is just a tiny bit too tight. Check the output files
1096 the script directs you too, and try a different or newer compiler if
1097 the errors appear to be real. If you cannot get it to pass the
1098 regression tests, you might try dropping a line to the
1099 `|Gromacs| users forum <https://gromacs.bioexcel.eu/c/gromacs-user-forum>`__,
1100 but then you should include a detailed description of
1101 your hardware, and the output of ``gmx mdrun -version`` (which contains
1102 valuable diagnostic information in the header).
1103
1104 Non-standard suffix
1105 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1106
1107 If your ``gmx`` program has been suffixed in a non-standard way, then
1108 the ``./gmxtest.pl -suffix`` option will let you specify that suffix to the
1109 test machinery. You can use ``./gmxtest.pl -double`` to test the
1110 double-precision version. You can use ``./gmxtest.pl -crosscompiling``
1111 to stop the test harness attempting to check that the programs can
1112 be run. You can use ``./gmxtest.pl -mpirun srun`` if your command to
1113 run an MPI program is called ``srun``.
1114
1115 Running MPI-enabled tests
1116 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1117
1118 The ``make check`` target also runs integration-style tests that may run
1119 with MPI if ``GMX_MPI=ON`` was set. To make these work with various possible
1120 MPI libraries, you may need to
1121 set the CMake variables ``MPIEXEC``, ``MPIEXEC_NUMPROC_FLAG``,
1122 ``MPIEXEC_PREFLAGS`` and ``MPIEXEC_POSTFLAGS`` so that
1123 ``mdrun-mpi-test_mpi`` would run on multiple ranks via the shell command
1124
1125 ::
1126
1127     ${MPIEXEC} ${MPIEXEC_NUMPROC_FLAG} ${NUMPROC} ${MPIEXEC_PREFLAGS} \
1128           mdrun-mpi-test_mpi ${MPIEXEC_POSTFLAGS} -otherflags
1129
1130 A typical example for SLURM is
1131
1132 ::
1133
1134      cmake .. -DGMX_MPI=on -DMPIEXEC=srun -DMPIEXEC_NUMPROC_FLAG=-n -DMPIEXEC_PREFLAGS= -DMPIEXEC_POSTFLAGS=
1135
1136
1137 Testing |Gromacs| for performance
1138 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1139
1140 We are still working on a set of benchmark systems for testing
1141 the performance of |Gromacs|. Until that is ready, we recommend that
1142 you try a few different parallelization options, and experiment with
1143 tools such as ``gmx tune_pme``.
1144
1145 Validating |Gromacs| for source code modifications
1146 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1147
1148 When building |Gromacs| from a release tarball, the build process automatically
1149 checks if any file contributing to the build process have been modified since they have
1150 been packed in the archive. This results in the marking of the version as either ``MODIFIED``
1151 (if the source files have been modified) or ``UNCHECKED`` (if no validation was possible, e.g.
1152 if no Python installation was found). The actual checking is performed by comparing a checksum
1153 stored in the release tarball against one generated by the ``createFileHash.py`` Python script
1154 during the build configuration. When running a |Gromacs| binary, the checksum is also printed
1155 in the log file, together with a message if there is a mismatch or no validation has been possible.
1156
1157 This allows users to check whether the binary they are using was built from source code that is
1158 identical to the source code released by the |Gromacs| team. Thus unintentional modifications
1159 to the source code for building binaries that are used for running production simulations
1160 are easily detectable. Additionally, by manually setting a version tag using the
1161 GMX_VERSION_STRING_OF_FORK cmake option, users can mark a modified |Gromacs| release
1162 code with their custom version string suffix.
1163
1164 Having difficulty?
1165 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1166
1167 You are not alone - this can be a complex task! If you encounter a
1168 problem with installing |Gromacs|, then there are a number of
1169 locations where you can find assistance. It is recommended that you
1170 follow these steps to find the solution:
1171
1172 1. Read the installation instructions again, taking note that you
1173    have followed each and every step correctly.
1174
1175 2. Search the |Gromacs| webpage_ and users emailing list for information
1176    on the error. Adding
1177    ``site:https://mailman-1.sys.kth.se/pipermail/gromacs.org_gmx-users``
1178    to a Google search may help filter better results.
1179
1180 3. Search the internet using a search engine such as Google.
1181
1182 4. Post to the |Gromacs| users emailing list gmx-users for
1183    assistance. Be sure to give a full description of what you have
1184    done and why you think it did not work. Give details about the
1185    system on which you are installing.  Copy and paste your command
1186    line and as much of the output as you think might be relevant -
1187    certainly from the first indication of a problem. In particular,
1188    please try to include at least the header from the mdrun logfile,
1189    and preferably the entire file.  People who might volunteer to help
1190    you do not have time to ask you interactive detailed follow-up
1191    questions, so you will get an answer faster if you provide as much
1192    information as you think could possibly help. High quality bug
1193    reports tend to receive rapid high quality answers.
1194
1195 .. _gmx-special-build:
1196
1197 Special instructions for some platforms
1198 ---------------------------------------
1199
1200 Building on Windows
1201 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1202
1203 Building on Windows using native compilers is rather similar to
1204 building on Unix, so please start by reading the above. Then, download
1205 and unpack the |Gromacs| source archive. Make a folder in which to do
1206 the out-of-source build of |Gromacs|. For example, make it within the
1207 folder unpacked from the source archive, and call it ``build-gromacs``.
1208
1209 For CMake, you can either use the graphical user interface provided on
1210 Windows, or you can use a command line shell with instructions similar
1211 to the UNIX ones above. If you open a shell from within your IDE
1212 (e.g. Microsoft Visual Studio), it will configure the environment for
1213 you, but you might need to tweak this in order to get either a 32-bit
1214 or 64-bit build environment. The latter provides the fastest
1215 executable. If you use a normal Windows command shell, then you will
1216 need to either set up the environment to find your compilers and
1217 libraries yourself, or run the ``vcvarsall.bat`` batch script provided
1218 by MSVC (just like sourcing a bash script under Unix).
1219
1220 With the graphical user interface, you will be asked about what
1221 compilers to use at the initial configuration stage, and if you use
1222 the command line they can be set in a similar way as under UNIX.
1223
1224 Unfortunately ``-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON`` (see `Using FFTW`_) does not
1225 work on Windows, because there is no supported way to build FFTW on
1226 Windows. You can either build FFTW some other way (e.g. MinGW), or
1227 use the built-in fftpack (which may be slow), or `using MKL`_.
1228
1229 For the build, you can either load the generated solutions file into
1230 e.g. Visual Studio, or use the command line with ``cmake --build`` so
1231 the right tools get used.
1232
1233 Building on Cray
1234 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1235
1236 |Gromacs| builds mostly out of the box on modern Cray machines, but
1237 you may need to specify the use of static binaries with
1238 ``-DGMX_BUILD_SHARED_EXE=off``, and you may need to set the F77
1239 environmental variable to ``ftn`` when compiling FFTW.
1240 The ARM ThunderX2 Cray XC50 machines differ only in that the recommended
1241 compiler is the ARM HPC Compiler (``armclang``).
1242
1243
1244 Building on Solaris
1245 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1246
1247 The built-in |Gromacs| processor detection does not work on Solaris,
1248 so it is strongly recommended that you build |Gromacs| with
1249 ``-DGMX_HWLOC=on`` and ensure that the ``CMAKE_PREFIX_PATH`` includes
1250 the path where the hwloc headers and libraries can be found. At least
1251 version 1.11.8 of hwloc is recommended.
1252
1253 Oracle Developer Studio is not a currently supported compiler (and
1254 does not currently compile |Gromacs| correctly, perhaps because the
1255 thread-MPI atomics are incorrectly implemented in |Gromacs|).
1256
1257 Intel Xeon Phi
1258 ^^^^^^^^^^^^^^
1259
1260 Xeon Phi processors, hosted or self-hosted, are supported.
1261 The Knights Landing-based Xeon Phi processors behave like standard x86 nodes,
1262 but support a special SIMD instruction set. When cross-compiling for such nodes,
1263 use the ``AVX_512_KNL`` SIMD flavor.
1264 Knights Landing processors support so-called "clustering modes" which
1265 allow reconfiguring the memory subsystem for lower latency. |Gromacs| can
1266 benefit from the quadrant or SNC clustering modes.
1267 Care needs to be taken to correctly pin threads. In particular, threads of
1268 an MPI rank should not cross cluster and NUMA boundaries.
1269 In addition to the main DRAM memory, Knights Landing has a high-bandwidth
1270 stacked memory called MCDRAM. Using it offers performance benefits if
1271 it is ensured that ``mdrun`` runs entirely from this memory; to do so
1272 it is recommended that MCDRAM is configured in "Flat mode" and ``mdrun`` is
1273 bound to the appropriate NUMA node (use e.g. ``numactl --membind 1`` with
1274 quadrant clustering mode).
1275
1276
1277 Tested platforms
1278 ----------------
1279
1280 While it is our best belief that |Gromacs| will build and run pretty
1281 much everywhere, it is important that we tell you where we really know
1282 it works because we have tested it.
1283 Every commit in our git source code repository
1284 is currently tested with a range of configuration options on x86 with
1285 gcc versions 7 and 8,
1286 clang versions 8 and 9,
1287 and
1288 a version of oneAPI containing Intel's clang-based compiler.
1289 For this testing, we use Ubuntu 18.04 or 20.04 operating system.
1290 Other compiler, library, and OS versions are tested less frequently.
1291 For details, you can have a look at the
1292 `continuous integration server used by GROMACS <https://gitlab.com/gromacs/gromacs/>`_,
1293 which uses GitLab runner on a local k8s x86 cluster with NVIDIA and
1294 AMD GPU support.
1295
1296 We test irregularly on ARM v8, Cray, Power8, Power9,
1297 Google Native Client and other environments, and
1298 with other compilers and compiler versions, too.