src/gromacs/mdlib/domdec_setup.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2008,2009,2010,2011,2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35
  36 #include "gmxpre.h"
  37
  38 #include <assert.h>
  39 #include <stdio.h>
  40
  41 #include <cmath>
  42
  43 #include "gromacs/legacyheaders/domdec.h"
  44 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  46 #include "gromacs/legacyheaders/perf_est.h"
  47 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  48 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  49 #include "gromacs/math/vec.h"
  50 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  51
  52 /* Margin for setting up the DD grid */
  53 #define DD_GRID_MARGIN_PRES_SCALE 1.05
  54
  55 static int factorize(int n, int **fac, int **mfac)
  56 {
  57     int d, ndiv;
  58
  59     if (n <= 0)
  60     {
  61         gmx_fatal(FARGS, "Can only factorize positive integers.");
  62     }
  63
  64     /* Decompose n in factors */
  65     snew(*fac, n/2);
  66     snew(*mfac, n/2);
  67     d    = 2;
  68     ndiv = 0;
  69     while (n > 1)
  70     {
  71         while (n % d == 0)
  72         {
  73             if (ndiv == 0 || (*fac)[ndiv-1] != d)
  74             {
  75                 ndiv++;
  76                 (*fac)[ndiv-1] = d;
  77             }
  78             (*mfac)[ndiv-1]++;
  79             n /= d;
  80         }
  81         d++;
  82     }
  83
  84     return ndiv;
  85 }
  86
  87 static gmx_bool largest_divisor(int n)
  88 {
  89     int ndiv, *div, *mdiv, ldiv;
  90
  91     ndiv = factorize(n, &div, &mdiv);
  92     ldiv = div[ndiv-1];
  93     sfree(div);
  94     sfree(mdiv);
  95
  96     return ldiv;
  97 }
  98
  99 static int lcd(int n1, int n2)
 100 {
 101     int d, i;
 102
 103     d = 1;
 104     for (i = 2; (i <= n1 && i <= n2); i++)
 105     {
 106         if (n1 % i == 0 && n2 % i == 0)
 107         {
 108             d = i;
 109         }
 110     }
 111
 112     return d;
 113 }
 114
 115 static gmx_bool fits_pme_ratio(int nnodes, int npme, float ratio)
 116 {
 117     return ((double)npme/(double)nnodes > 0.95*ratio);
 118 }
 119
 120 static gmx_bool fits_pp_pme_perf(int nnodes, int npme, float ratio)
 121 {
 122     int ndiv, *div, *mdiv, ldiv;
 123     int npp_root3, npme_root2;
 124
 125     ndiv = factorize(nnodes-npme, &div, &mdiv);
 126     ldiv = div[ndiv-1];
 127     sfree(div);
 128     sfree(mdiv);
 129
 130     npp_root3  = static_cast<int>(std::pow(nnodes-npme, 1.0/3.0) + 0.5);
 131     npme_root2 = static_cast<int>(std::sqrt(static_cast<double>(npme)) + 0.5);
 132
 133     /* The check below gives a reasonable division:
 134      * factor 5 allowed at 5 or more PP nodes,
 135      * factor 7 allowed at 49 or more PP nodes.
 136      */
 137     if (ldiv > 3 + npp_root3)
 138     {
 139         return FALSE;
 140     }
 141
 142     /* Check if the number of PP and PME nodes have a reasonable sized
 143      * denominator in common, such that we can use 2D PME decomposition
 144      * when required (which requires nx_pp == nx_pme).
 145      * The factor of 2 allows for a maximum ratio of 2^2=4
 146      * between nx_pme and ny_pme.
 147      */
 148     if (lcd(nnodes-npme, npme)*2 < npme_root2)
 149     {
 150         return FALSE;
 151     }
 152
 153     /* Does this division gives a reasonable PME load? */
 154     return fits_pme_ratio(nnodes, npme, ratio);
 155 }
 156
 157 static int guess_npme(FILE *fplog, gmx_mtop_t *mtop, t_inputrec *ir, matrix box,
 158                       int nnodes)
 159 {
 160     float      ratio;
 161     int        npme;
 162
 163     ratio = pme_load_estimate(mtop, ir, box);
 164
 165     if (fplog)
 166     {
 167         fprintf(fplog, "Guess for relative PME load: %.2f\n", ratio);
 168     }
 169
 170     /* We assume the optimal node ratio is close to the load ratio.
 171      * The communication load is neglected,
 172      * but (hopefully) this will balance out between PP and PME.
 173      */
 174
 175     if (!fits_pme_ratio(nnodes, nnodes/2, ratio))
 176     {
 177         /* We would need more than nnodes/2 PME only nodes,
 178          * which is not possible. Since the PME load is very high,
 179          * we will not loose much performance when all nodes do PME.
 180          */
 181
 182         return 0;
 183     }
 184
 185     /* First try to find npme as a factor of nnodes up to nnodes/3.
 186      * We start with a minimum PME node fraction of 1/16
 187      * and avoid ratios which lead to large prime factors in nnodes-npme.
 188      */
 189     npme = (nnodes + 15)/16;
 190     while (npme <= nnodes/3)
 191     {
 192         if (nnodes % npme == 0)
 193         {
 194             /* Note that fits_perf might change the PME grid,
 195              * in the current implementation it does not.
 196              */
 197             if (fits_pp_pme_perf(nnodes, npme, ratio))
 198             {
 199                 break;
 200             }
 201         }
 202         npme++;
 203     }
 204     if (npme > nnodes/3)
 205     {
 206         /* Try any possible number for npme */
 207         npme = 1;
 208         while (npme <= nnodes/2)
 209         {
 210             /* Note that fits_perf may change the PME grid */
 211             if (fits_pp_pme_perf(nnodes, npme, ratio))
 212             {
 213                 break;
 214             }
 215             npme++;
 216         }
 217     }
 218     if (npme > nnodes/2)
 219     {
 220         gmx_fatal(FARGS, "Could not find an appropriate number of separate PME ranks. i.e. >= %5f*#ranks (%d) and <= #ranks/2 (%d) and reasonable performance wise (grid_x=%d, grid_y=%d).\n"
 221                   "Use the -npme option of mdrun or change the number of ranks or the PME grid dimensions, see the manual for details.",
 222                   ratio, (int)(0.95*ratio*nnodes+0.5), nnodes/2, ir->nkx, ir->nky);
 223         /* Keep the compiler happy */
 224         npme = 0;
 225     }
 226     else
 227     {
 228         if (fplog)
 229         {
 230             fprintf(fplog,
 231                     "Will use %d particle-particle and %d PME only ranks\n"
 232                     "This is a guess, check the performance at the end of the log file\n",
 233                     nnodes-npme, npme);
 234         }
 235         fprintf(stderr, "\n"
 236                 "Will use %d particle-particle and %d PME only ranks\n"
 237                 "This is a guess, check the performance at the end of the log file\n",
 238                 nnodes-npme, npme);
 239     }
 240
 241     return npme;
 242 }
 243
 244 static int div_up(int n, int f)
 245 {
 246     return (n + f - 1)/f;
 247 }
 248
 249 real comm_box_frac(ivec dd_nc, real cutoff, gmx_ddbox_t *ddbox)
 250 {
 251     int  i, j, k;
 252     rvec bt, nw;
 253     real comm_vol;
 254
 255     for (i = 0; i < DIM; i++)
 256     {
 257         bt[i] = ddbox->box_size[i]*ddbox->skew_fac[i];
 258         nw[i] = dd_nc[i]*cutoff/bt[i];
 259     }
 260
 261     comm_vol = 0;
 262     for (i = 0; i < DIM; i++)
 263     {
 264         if (dd_nc[i] > 1)
 265         {
 266             comm_vol += nw[i];
 267             for (j = i+1; j < DIM; j++)
 268             {
 269                 if (dd_nc[j] > 1)
 270                 {
 271                     comm_vol += nw[i]*nw[j]*M_PI/4;
 272                     for (k = j+1; k < DIM; k++)
 273                     {
 274                         if (dd_nc[k] > 1)
 275                         {
 276                             comm_vol += nw[i]*nw[j]*nw[k]*M_PI/6;
 277                         }
 278                     }
 279                 }
 280             }
 281         }
 282     }
 283
 284     return comm_vol;
 285 }
 286
 287 static gmx_bool inhomogeneous_z(const t_inputrec *ir)
 288 {
 289     return ((EEL_PME(ir->coulombtype) || ir->coulombtype == eelEWALD) &&
 290             ir->ePBC == epbcXYZ && ir->ewald_geometry == eewg3DC);
 291 }
 292
 293 /* Avoid integer overflows */
 294 static float comm_pme_cost_vol(int npme, int a, int b, int c)
 295 {
 296     float comm_vol;
 297
 298     comm_vol  = npme - 1;
 299     comm_vol *= npme;
 300     comm_vol *= div_up(a, npme);
 301     comm_vol *= div_up(b, npme);
 302     comm_vol *= c;
 303     return comm_vol;
 304 }
 305
 306 static float comm_cost_est(real limit, real cutoff,
 307                            matrix box, gmx_ddbox_t *ddbox,
 308                            int natoms, t_inputrec *ir,
 309                            float pbcdxr,
 310                            int npme_tot, ivec nc)
 311 {
 312     ivec  npme = {1, 1, 1};
 313     int   i, j, nk, overlap;
 314     rvec  bt;
 315     float comm_vol, comm_vol_xf, comm_pme, cost_pbcdx;
 316     /* This is the cost of a pbc_dx call relative to the cost
 317      * of communicating the coordinate and force of an atom.
 318      * This will be machine dependent.
 319      * These factors are for x86 with SMP or Infiniband.
 320      */
 321     float pbcdx_rect_fac = 0.1;
 322     float pbcdx_tric_fac = 0.2;
 323     float temp;
 324
 325     /* Check the DD algorithm restrictions */
 326     if ((ir->ePBC == epbcXY && ir->nwall < 2 && nc[ZZ] > 1) ||
 327         (ir->ePBC == epbcSCREW && (nc[XX] == 1 || nc[YY] > 1 || nc[ZZ] > 1)))
 328     {
 329         return -1;
 330     }
 331
 332     if (inhomogeneous_z(ir) && nc[ZZ] > 1)
 333     {
 334         return -1;
 335     }
 336
 337     assert(ddbox->npbcdim <= DIM);
 338
 339     /* Check if the triclinic requirements are met */
 340     for (i = 0; i < DIM; i++)
 341     {
 342         for (j = i+1; j < ddbox->npbcdim; j++)
 343         {
 344             if (box[j][i] != 0 || ir->deform[j][i] != 0 ||
 345                 (ir->epc != epcNO && ir->compress[j][i] != 0))
 346             {
 347                 if (nc[j] > 1 && nc[i] == 1)
 348                 {
 349                     return -1;
 350                 }
 351             }
 352         }
 353     }
 354
 355     for (i = 0; i < DIM; i++)
 356     {
 357         bt[i] = ddbox->box_size[i]*ddbox->skew_fac[i];
 358
 359         /* Without PBC and with 2 cells, there are no lower limits on the cell size */
 360         if (!(i >= ddbox->npbcdim && nc[i] <= 2) && bt[i] < nc[i]*limit)
 361         {
 362             return -1;
 363         }
 364         /* With PBC, check if the cut-off fits in nc[i]-1 cells */
 365         if (i < ddbox->npbcdim && nc[i] > 1 && (nc[i] - 1)*bt[i] < nc[i]*cutoff)
 366         {
 367             return -1;
 368         }
 369     }
 370
 371     if (npme_tot > 1)
 372     {
 373         /* The following choices should match those
 374          * in init_domain_decomposition in domdec.c.
 375          */
 376         if (nc[XX] == 1 && nc[YY] > 1)
 377         {
 378             npme[XX] = 1;
 379             npme[YY] = npme_tot;
 380         }
 381         else if (nc[YY] == 1)
 382         {
 383             npme[XX] = npme_tot;
 384             npme[YY] = 1;
 385         }
 386         else
 387         {
 388             /* Will we use 1D or 2D PME decomposition? */
 389             npme[XX] = (npme_tot % nc[XX] == 0) ? nc[XX] : npme_tot;
 390             npme[YY] = npme_tot/npme[XX];
 391         }
 392     }
 393
 394     /* When two dimensions are (nearly) equal, use more cells
 395      * for the smallest index, so the decomposition does not
 396      * depend sensitively on the rounding of the box elements.
 397      */
 398     for (i = 0; i < DIM; i++)
 399     {
 400         for (j = i+1; j < DIM; j++)
 401         {
 402             /* Check if the box size is nearly identical,
 403              * in that case we prefer nx > ny  and ny > nz.
 404              */
 405             if (fabs(bt[j] - bt[i]) < 0.01*bt[i] && nc[j] > nc[i])
 406             {
 407                 /* The XX/YY check is a bit compact. If nc[YY]==npme[YY]
 408                  * this means the swapped nc has nc[XX]==npme[XX],
 409                  * and we can also swap X and Y for PME.
 410                  */
 411                 /* Check if dimension i and j are equivalent for PME.
 412                  * For x/y: if nc[YY]!=npme[YY], we can not swap x/y
 413                  * For y/z: we can not have PME decomposition in z
 414                  */
 415                 if (npme_tot <= 1 ||
 416                     !((i == XX && j == YY && nc[YY] != npme[YY]) ||
 417                       (i == YY && j == ZZ && npme[YY] > 1)))
 418                 {
 419                     return -1;
 420                 }
 421             }
 422         }
 423     }
 424
 425     /* This function determines only half of the communication cost.
 426      * All PP, PME and PP-PME communication is symmetric
 427      * and the "back"-communication cost is identical to the forward cost.
 428      */
 429
 430     comm_vol = comm_box_frac(nc, cutoff, ddbox);
 431
 432     comm_pme = 0;
 433     for (i = 0; i < 2; i++)
 434     {
 435         /* Determine the largest volume for PME x/f redistribution */
 436         if (nc[i] % npme[i] != 0)
 437         {
 438             if (nc[i] > npme[i])
 439             {
 440                 comm_vol_xf = (npme[i] == 2 ? 1.0/3.0 : 0.5);
 441             }
 442             else
 443             {
 444                 comm_vol_xf = 1.0 - lcd(nc[i], npme[i])/(double)npme[i];
 445             }
 446             comm_pme += 3*natoms*comm_vol_xf;
 447         }
 448
 449         /* Grid overlap communication */
 450         if (npme[i] > 1)
 451         {
 452             nk        = (i == 0 ? ir->nkx : ir->nky);
 453             overlap   = (nk % npme[i] == 0 ? ir->pme_order-1 : ir->pme_order);
 454             temp      = npme[i];
 455             temp     *= overlap;
 456             temp     *= ir->nkx;
 457             temp     *= ir->nky;
 458             temp     *= ir->nkz;
 459             temp     /= nk;
 460             comm_pme += temp;
 461 /* Old line comm_pme += npme[i]*overlap*ir->nkx*ir->nky*ir->nkz/nk; */
 462         }
 463     }
 464
 465     /* PME FFT communication volume.
 466      * This only takes the communication into account and not imbalance
 467      * in the calculation. But the imbalance in communication and calculation
 468      * are similar and therefore these formulas also prefer load balance
 469      * in the FFT and pme_solve calculation.
 470      */
 471     comm_pme += comm_pme_cost_vol(npme[YY], ir->nky, ir->nkz, ir->nkx);
 472     comm_pme += comm_pme_cost_vol(npme[XX], ir->nkx, ir->nky, ir->nkz);
 473
 474     /* Add cost of pbc_dx for bondeds */
 475     cost_pbcdx = 0;
 476     if ((nc[XX] == 1 || nc[YY] == 1) || (nc[ZZ] == 1 && ir->ePBC != epbcXY))
 477     {
 478         if ((ddbox->tric_dir[XX] && nc[XX] == 1) ||
 479             (ddbox->tric_dir[YY] && nc[YY] == 1))
 480         {
 481             cost_pbcdx = pbcdxr*pbcdx_tric_fac;
 482         }
 483         else
 484         {
 485             cost_pbcdx = pbcdxr*pbcdx_rect_fac;
 486         }
 487     }
 488
 489     if (debug)
 490     {
 491         fprintf(debug,
 492                 "nc %2d %2d %2d %2d %2d vol pp %6.4f pbcdx %6.4f pme %9.3e tot %9.3e\n",
 493                 nc[XX], nc[YY], nc[ZZ], npme[XX], npme[YY],
 494                 comm_vol, cost_pbcdx, comm_pme,
 495                 3*natoms*(comm_vol + cost_pbcdx) + comm_pme);
 496     }
 497
 498     return 3*natoms*(comm_vol + cost_pbcdx) + comm_pme;
 499 }
 500
 501 static void assign_factors(gmx_domdec_t *dd,
 502                            real limit, real cutoff,
 503                            matrix box, gmx_ddbox_t *ddbox,
 504                            int natoms, t_inputrec *ir,
 505                            float pbcdxr, int npme,
 506                            int ndiv, int *div, int *mdiv, ivec ir_try, ivec opt)
 507 {
 508     int   x, y, i;
 509     float ce;
 510
 511     if (ndiv == 0)
 512     {
 513         ce = comm_cost_est(limit, cutoff, box, ddbox,
 514                            natoms, ir, pbcdxr, npme, ir_try);
 515         if (ce >= 0 && (opt[XX] == 0 ||
 516                         ce < comm_cost_est(limit, cutoff, box, ddbox,
 517                                            natoms, ir, pbcdxr,
 518                                            npme, opt)))
 519         {
 520             copy_ivec(ir_try, opt);
 521         }
 522
 523         return;
 524     }
 525
 526     for (x = mdiv[0]; x >= 0; x--)
 527     {
 528         for (i = 0; i < x; i++)
 529         {
 530             ir_try[XX] *= div[0];
 531         }
 532         for (y = mdiv[0]-x; y >= 0; y--)
 533         {
 534             for (i = 0; i < y; i++)
 535             {
 536                 ir_try[YY] *= div[0];
 537             }
 538             for (i = 0; i < mdiv[0]-x-y; i++)
 539             {
 540                 ir_try[ZZ] *= div[0];
 541             }
 542
 543             /* recurse */
 544             assign_factors(dd, limit, cutoff, box, ddbox, natoms, ir, pbcdxr, npme,
 545                            ndiv-1, div+1, mdiv+1, ir_try, opt);
 546
 547             for (i = 0; i < mdiv[0]-x-y; i++)
 548             {
 549                 ir_try[ZZ] /= div[0];
 550             }
 551             for (i = 0; i < y; i++)
 552             {
 553                 ir_try[YY] /= div[0];
 554             }
 555         }
 556         for (i = 0; i < x; i++)
 557         {
 558             ir_try[XX] /= div[0];
 559         }
 560     }
 561 }
 562
 563 static real optimize_ncells(FILE *fplog,
 564                             int nnodes_tot, int npme_only,
 565                             gmx_bool bDynLoadBal, real dlb_scale,
 566                             gmx_mtop_t *mtop, matrix box, gmx_ddbox_t *ddbox,
 567                             t_inputrec *ir,
 568                             gmx_domdec_t *dd,
 569                             real cellsize_limit, real cutoff,
 570                             gmx_bool bInterCGBondeds,
 571                             ivec nc)
 572 {
 573     int      npp, npme, ndiv, *div, *mdiv, d, nmax;
 574     gmx_bool bExcl_pbcdx;
 575     float    pbcdxr;
 576     real     limit;
 577     ivec     itry;
 578
 579     limit  = cellsize_limit;
 580
 581     dd->nc[XX] = 1;
 582     dd->nc[YY] = 1;
 583     dd->nc[ZZ] = 1;
 584
 585     npp = nnodes_tot - npme_only;
 586     if (EEL_PME(ir->coulombtype))
 587     {
 588         npme = (npme_only > 0 ? npme_only : npp);
 589     }
 590     else
 591     {
 592         npme = 0;
 593     }
 594
 595     if (bInterCGBondeds)
 596     {
 597         /* For Ewald exclusions pbc_dx is not called */
 598         bExcl_pbcdx =
 599             (IR_EXCL_FORCES(*ir) && !EEL_FULL(ir->coulombtype));
 600         pbcdxr = (double)n_bonded_dx(mtop, bExcl_pbcdx)/(double)mtop->natoms;
 601     }
 602     else
 603     {
 604         /* Every molecule is a single charge group: no pbc required */
 605         pbcdxr = 0;
 606     }
 607     /* Add a margin for DLB and/or pressure scaling */
 608     if (bDynLoadBal)
 609     {
 610         if (dlb_scale >= 1.0)
 611         {
 612             gmx_fatal(FARGS, "The value for option -dds should be smaller than 1");
 613         }
 614         if (fplog)
 615         {
 616             fprintf(fplog, "Scaling the initial minimum size with 1/%g (option -dds) = %g\n", dlb_scale, 1/dlb_scale);
 617         }
 618         limit /= dlb_scale;
 619     }
 620     else if (ir->epc != epcNO)
 621     {
 622         if (fplog)
 623         {
 624             fprintf(fplog, "To account for pressure scaling, scaling the initial minimum size with %g\n", DD_GRID_MARGIN_PRES_SCALE);
 625             limit *= DD_GRID_MARGIN_PRES_SCALE;
 626         }
 627     }
 628
 629     if (fplog)
 630     {
 631         fprintf(fplog, "Optimizing the DD grid for %d cells with a minimum initial size of %.3f nm\n", npp, limit);
 632
 633         if (inhomogeneous_z(ir))
 634         {
 635             fprintf(fplog, "Ewald_geometry=%s: assuming inhomogeneous particle distribution in z, will not decompose in z.\n", eewg_names[ir->ewald_geometry]);
 636         }
 637
 638         if (limit > 0)
 639         {
 640             fprintf(fplog, "The maximum allowed number of cells is:");
 641             for (d = 0; d < DIM; d++)
 642             {
 643                 nmax = (int)(ddbox->box_size[d]*ddbox->skew_fac[d]/limit);
 644                 if (d >= ddbox->npbcdim && nmax < 2)
 645                 {
 646                     nmax = 2;
 647                 }
 648                 if (d == ZZ && inhomogeneous_z(ir))
 649                 {
 650                     nmax = 1;
 651                 }
 652                 fprintf(fplog, " %c %d", 'X' + d, nmax);
 653             }
 654             fprintf(fplog, "\n");
 655         }
 656     }
 657
 658     if (debug)
 659     {
 660         fprintf(debug, "Average nr of pbc_dx calls per atom %.2f\n", pbcdxr);
 661     }
 662
 663     /* Decompose npp in factors */
 664     ndiv = factorize(npp, &div, &mdiv);
 665
 666     itry[XX] = 1;
 667     itry[YY] = 1;
 668     itry[ZZ] = 1;
 669     clear_ivec(nc);
 670     assign_factors(dd, limit, cutoff, box, ddbox, mtop->natoms, ir, pbcdxr,
 671                    npme, ndiv, div, mdiv, itry, nc);
 672
 673     sfree(div);
 674     sfree(mdiv);
 675
 676     return limit;
 677 }
 678
 679 real dd_choose_grid(FILE *fplog,
 680                     t_commrec *cr, gmx_domdec_t *dd, t_inputrec *ir,
 681                     gmx_mtop_t *mtop, matrix box, gmx_ddbox_t *ddbox,
 682                     gmx_bool bDynLoadBal, real dlb_scale,
 683                     real cellsize_limit, real cutoff_dd,
 684                     gmx_bool bInterCGBondeds)
 685 {
 686     gmx_int64_t     nnodes_div, ldiv;
 687     real            limit;
 688
 689     if (MASTER(cr))
 690     {
 691         nnodes_div = cr->nnodes;
 692         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
 693         {
 694             if (cr->npmenodes > 0)
 695             {
 696                 if (cr->nnodes <= 2)
 697                 {
 698                     gmx_fatal(FARGS,
 699                               "Cannot have separate PME ranks with 2 or fewer ranks");
 700                 }
 701                 if (cr->npmenodes >= cr->nnodes)
 702                 {
 703                     gmx_fatal(FARGS,
 704                               "Cannot have %d separate PME ranks with just %d total ranks",
 705                               cr->npmenodes, cr->nnodes);
 706                 }
 707
 708                 /* If the user purposely selected the number of PME nodes,
 709                  * only check for large primes in the PP node count.
 710                  */
 711                 nnodes_div -= cr->npmenodes;
 712             }
 713         }
 714         else
 715         {
 716             cr->npmenodes = 0;
 717         }
 718
 719         if (nnodes_div > 12)
 720         {
 721             ldiv = largest_divisor(nnodes_div);
 722             /* Check if the largest divisor is more than nnodes^2/3 */
 723             if (ldiv*ldiv*ldiv > nnodes_div*nnodes_div)
 724             {
 725                 gmx_fatal(FARGS, "The number of ranks you selected (%d) contains a large prime factor %d. In most cases this will lead to bad performance. Choose a number with smaller prime factors or set the decomposition (option -dd) manually.",
 726                           nnodes_div, ldiv);
 727             }
 728         }
 729
 730         if (EEL_PME(ir->coulombtype))
 731         {
 732             if (cr->npmenodes < 0)
 733             {
 734                 /* Use PME nodes when the number of nodes is more than 16 */
 735                 if (cr->nnodes <= 18)
 736                 {
 737                     cr->npmenodes = 0;
 738                     if (fplog)
 739                     {
 740                         fprintf(fplog, "Using %d separate PME ranks, as there are too few total\n ranks for efficient splitting\n", cr->npmenodes);
 741                     }
 742                 }
 743                 else
 744                 {
 745                     cr->npmenodes = guess_npme(fplog, mtop, ir, box, cr->nnodes);
 746                     if (fplog)
 747                     {
 748                         fprintf(fplog, "Using %d separate PME ranks, as guessed by mdrun\n", cr->npmenodes);
 749                     }
 750                 }
 751             }
 752             else
 753             {
 754                 if (fplog)
 755                 {
 756                     fprintf(fplog, "Using %d separate PME ranks, per user request\n", cr->npmenodes);
 757                 }
 758             }
 759         }
 760
 761         limit = optimize_ncells(fplog, cr->nnodes, cr->npmenodes,
 762                                 bDynLoadBal, dlb_scale,
 763                                 mtop, box, ddbox, ir, dd,
 764                                 cellsize_limit, cutoff_dd,
 765                                 bInterCGBondeds,
 766                                 dd->nc);
 767     }
 768     else
 769     {
 770         limit = 0;
 771     }
 772     /* Communicate the information set by the master to all nodes */
 773     gmx_bcast(sizeof(dd->nc), dd->nc, cr);
 774     if (EEL_PME(ir->coulombtype))
 775     {
 776         gmx_bcast(sizeof(ir->nkx), &ir->nkx, cr);
 777         gmx_bcast(sizeof(ir->nky), &ir->nky, cr);
 778         gmx_bcast(sizeof(cr->npmenodes), &cr->npmenodes, cr);
 779     }
 780     else
 781     {
 782         cr->npmenodes = 0;
 783     }
 784
 785     return limit;
 786 }