Add new benchmark...still have compile errors
[IRC.git] / Robust / src / Benchmarks / Prefetch / Moldyn / java / JGFMolDynBench.java
diff --git a/Robust/src/Benchmarks/Prefetch/Moldyn/java/JGFMolDynBench.java b/Robust/src/Benchmarks/Prefetch/Moldyn/java/JGFMolDynBench.java
new file mode 100644 (file)
index 0000000..fef7a04
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,672 @@
+/**************************************************************************
+ *                                                                         *
+ *         Java Grande Forum Benchmark Suite - Thread Version 1.0          *
+ *                                                                         *
+ *                            produced by                                  *
+ *                                                                         *
+ *                  Java Grande Benchmarking Project                       *
+ *                                                                         *
+ *                                at                                       *
+ *                                                                         *
+ *                Edinburgh Parallel Computing Centre                      *
+ *                                                                         * 
+ *                email: epcc-javagrande@epcc.ed.ac.uk                     *
+ *                                                                         *
+ *                                                                         *
+ *      This version copyright (c) The University of Edinburgh, 2001.      *
+ *                         All rights reserved.                            *
+ *                                                                         *
+ **************************************************************************/
+
+import java.io.*;
+
+public class JGFMolDynBench {
+  public int ITERS;
+  public double LENGTH;
+  public double m;
+  public double mu;
+  public double kb;
+  public double TSIM;
+  public double deltat;
+
+  public int PARTSIZE;
+
+  public double[] epot;
+  public double[] vir;
+  public double[] ek;
+
+  int size,mm;
+  int[] datasizes;
+
+  public int interactions;
+  public int[] interacts;
+
+  public int nthreads;
+  public JGFInstrumentor instr;
+
+  public JGFMolDynBench(int nthreads, JGFInstrumentor instr) {
+    this.nthreads=nthreads;
+    this.instr = instr;
+  }
+
+  public void JGFsetsize(int size){
+    this.size = size;
+  }
+
+  public void JGFinitialise(){
+    interactions = 0;
+    datasizes = new int[2];
+    datasizes[0] = 8;
+    datasizes[1] = 13;
+
+    mm = datasizes[size];
+    PARTSIZE = mm*mm*mm*4;
+    ITERS = 100;
+    LENGTH = 50e-10;
+    m = 4.0026;
+    mu = 1.66056e-27;
+    kb = 1.38066e-23;
+    TSIM = 50;
+    deltat = 5e-16;
+
+    //initialise();
+  }
+
+  public void JGFapplication() { 
+    // Create new arrays 
+    epot = new double [nthreads];
+    vir  = new double [nthreads];
+    ek   = new double [nthreads];
+
+    interacts = new int [nthreads];
+
+    double sh_force [][] = new double[3][PARTSIZE];
+    double sh_force2 [][][] = new double[3][nthreads][PARTSIZE];
+
+    // spawn threads 
+    Thread thobjects[] = new Thread [nthreads];
+    TournamentBarrier br= new TournamentBarrier(nthreads);
+    //Barrier br = new Barrier(nthreads);
+
+    for(int i=1;i<nthreads;i++) {
+      thobjects[i] = new mdRunner(i,mm,sh_force,sh_force2,br,instr,nthreads,this);
+      thobjects[i].start();
+    }
+
+    thobjects[0] = new mdRunner(0,mm,sh_force,sh_force2,br,instr,nthreads,this);
+    thobjects[0].run();
+
+    for(int i=1;i<nthreads;i++) {
+      try {
+        thobjects[i].join();
+      }
+      catch (InterruptedException e) {}
+    }
+  } 
+
+  public void JGFvalidate(){
+    double[] refval = new double[2];
+    refval[0] = 1731.4306625334357;
+    refval[1] = 7397.392307839352;
+    double dev = Math.abs(ek[0] - refval[size]);
+    if (dev > 1.0e-10 ){
+      System.out.println("Validation failed");
+      System.out.println("Kinetic Energy = " + ek[0] + "  " + dev + "  " + size);
+    }
+  }
+}
+
+class mdRunner extends Thread {
+
+  double count;
+  int id,i,j,k,lg,mdsize,move,mm;
+  double l,rcoff,rcoffs,side,sideh,hsq,hsq2,vel,velt;
+  double a,r,sum,tscale,sc,ekin,ts,sp;
+  double den;
+  double tref;
+  double h;
+  double vaver,vaverh,rand;
+  double etot,temp,pres,rp;
+  double u1,u2,v1,v2,s, xx, yy, zz;
+  double xvelocity, yvelocity, zvelocity;
+
+  double [][] sh_force;
+  double [][][] sh_force2;
+
+  int ijk,npartm,iseed,tint;
+  int irep;
+  int istop;
+  int iprint;
+  int movemx;
+
+  TournamentBarrier br;
+  //Barrier br;
+  random randnum;
+  JGFInstrumentor instr;
+  JGFMolDynBench mymd;
+  int nthreads;
+
+  particle[] one;
+
+  public mdRunner(int id, int mm, double [][] sh_force, double [][][] sh_force2,TournamentBarrier br, 
+  //public mdRunner(int id, int mm, double [][] sh_force, double [][][] sh_force2,Barrier br, 
+      JGFInstrumentor instr, int nthreads, JGFMolDynBench mymd) {
+    this.id=id;
+    this.mm=mm;
+    this.sh_force=sh_force;
+    this.sh_force2=sh_force2;
+    this.br=br;
+    this.instr = instr;
+    this.nthreads = nthreads;
+    this.mymd = mymd;
+    count = 0.0;
+    den = 0.83134;
+    tref = 0.722;
+    h = 0.064;
+    irep = 10;
+    istop = 19;
+    iprint = 10;
+    movemx = 50;
+  } 
+
+  public void run() {
+
+    /* Parameter determination */
+
+    mdsize = mymd.PARTSIZE;
+    one = new particle [mdsize];
+    l = mymd.LENGTH;
+
+    side = Math.pow((mdsize/den),0.3333333);
+    rcoff = mm/4.0;
+
+    a = side/mm;
+    sideh = side*0.5;
+    hsq = h*h;
+    hsq2 = hsq*0.5;
+    npartm = mdsize - 1;
+    rcoffs = rcoff * rcoff;
+    tscale = 16.0 / (1.0 * mdsize - 1.0);
+    vaver = 1.13 * Math.sqrt(tref / 24.0);
+    vaverh = vaver * h;
+
+    /* Particle Generation */
+
+    xvelocity = 0.0;
+    yvelocity = 0.0;
+    zvelocity = 0.0;
+
+    ijk = 0;
+    for (lg=0; lg<=1; lg++) {
+      for (i=0; i<mm; i++) {
+        for (j=0; j<mm; j++) {
+          for (k=0; k<mm; k++) {
+            one[ijk] = new particle((i*a+lg*a*0.5),(j*a+lg*a*0.5),(k*a),
+                xvelocity,yvelocity,zvelocity,sh_force,sh_force2,id,this);
+            ijk = ijk + 1;
+          }
+        }
+      }
+    }
+    for (lg=1; lg<=2; lg++) {
+      for (i=0; i<mm; i++) {
+        for (j=0; j<mm; j++) {
+          for (k=0; k<mm; k++) {
+            one[ijk] = new particle((i*a+(2-lg)*a*0.5),(j*a+(lg-1)*a*0.5),
+                (k*a+a*0.5),xvelocity,yvelocity,zvelocity,sh_force,sh_force2,id,this);
+            ijk = ijk + 1;
+          }
+        }
+      }
+    }
+
+
+    /* Initialise velocities */
+
+    iseed = 0;
+    v1 = 0.0;
+    v2 = 0.0;
+
+    randnum = new random(iseed,v1,v2);
+
+    for (i=0; i<mdsize; i+=2) {
+      r  = randnum.seed();
+      one[i].xvelocity = r*randnum.v1;
+      one[i+1].xvelocity  = r*randnum.v2;
+    }
+
+    for (i=0; i<mdsize; i+=2) {
+      r  = randnum.seed();
+      one[i].yvelocity = r*randnum.v1;
+      one[i+1].yvelocity  = r*randnum.v2;
+    }
+
+    for (i=0; i<mdsize; i+=2) {
+      r  = randnum.seed();
+      one[i].zvelocity = r*randnum.v1;
+      one[i+1].zvelocity  = r*randnum.v2;
+    }
+
+
+    /* velocity scaling */
+
+    ekin = 0.0;
+    sp = 0.0;
+
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+      sp = sp + one[i].xvelocity;
+    }
+    sp = sp / mdsize;
+
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+      one[i].xvelocity = one[i].xvelocity - sp;
+      ekin = ekin + one[i].xvelocity*one[i].xvelocity;
+    }
+
+    sp = 0.0;
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+      sp = sp + one[i].yvelocity;
+    }
+    sp = sp / mdsize;
+
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+      one[i].yvelocity = one[i].yvelocity - sp;
+      ekin = ekin + one[i].yvelocity*one[i].yvelocity;
+    }
+
+
+    sp = 0.0;
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+      sp = sp + one[i].zvelocity;
+    }
+    sp = sp / mdsize;
+
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+      one[i].zvelocity = one[i].zvelocity - sp;
+      ekin = ekin + one[i].zvelocity*one[i].zvelocity;
+    }
+
+    ts = tscale * ekin;
+    sc = h * Math.sqrt(tref/ts);
+
+
+    for(i=0;i<mdsize;i++) {
+
+      one[i].xvelocity = one[i].xvelocity * sc;     
+      one[i].yvelocity = one[i].yvelocity * sc;     
+      one[i].zvelocity = one[i].zvelocity * sc;     
+
+    }
+
+
+    /* Synchronise threads and start timer before MD simulation */
+
+    br.DoBarrier(id);
+    //Barrier.enterBarrier(br);
+    if (id == 0) JGFInstrumentor.startTimer("Section3:MolDyn:Run", instr.timers);
+   // Barrier.enterBarrier(br);
+    br.DoBarrier(id);
+
+
+    /* MD simulation */
+
+    move = 0;
+    for (move=0;move<movemx;move++) {
+
+      /* move the particles and update velocities */
+
+      for (i=0;i<mdsize;i++) {
+        one[i].domove(side,i);       
+      }
+
+      /* Barrier */
+      br.DoBarrier(id);
+      //Barrier.enterBarrier(br);
+
+      if(id==0) {
+        for(j=0;j<3;j++) {
+          for (i=0;i<mdsize;i++) {
+            sh_force[j][i] = 0.0;
+          }
+        }
+      }
+
+      mymd.epot[id] = 0.0;
+      mymd.vir[id] = 0.0;
+      mymd.interacts[id] = 0;
+
+      /* Barrier */
+      //Barrier.enterBarrier(br);
+      br.DoBarrier(id);
+
+
+
+      /* compute forces */
+
+      for (i=0+id;i<mdsize;i+=nthreads) {
+        one[i].force(side,rcoff,mdsize,i,xx,yy,zz,mymd); 
+      }
+
+      /* Barrier */
+      //Barrier.enterBarrier(br);
+      br.DoBarrier(id);
+
+      /* update force arrays */
+
+      if(id == 0) {
+        for(int k=0;k<3;k++) {
+          for(i=0;i<mdsize;i++) {
+            for(j=0;j<nthreads;j++) {
+              sh_force[k][i] += sh_force2[k][j][i];
+            }
+          }
+        }
+      }
+
+      if(id == 0) {
+        for(int k=0;k<3;k++) {
+          for(i=0;i<mdsize;i++) {
+            for(j=0;j<nthreads;j++) {
+              sh_force2[k][j][i] = 0.0;
+            }
+          }
+        }
+      }
+
+      if(id==0) {
+        for(j=1;j<nthreads;j++) {
+          mymd.epot[0] += mymd.epot[j];
+          mymd.vir[0] += mymd.vir[j];
+        }
+        for(j=1;j<nthreads;j++) {       
+          mymd.epot[j] = mymd.epot[0];
+          mymd.vir[j] = mymd.vir[0];
+        }
+        for(j=0;j<nthreads;j++) {
+          mymd.interactions += mymd.interacts[j]; 
+        }
+      }
+
+      /* Barrier */
+      //Barrier.enterBarrier(br);
+      br.DoBarrier(id);
+
+      if(id == 0) {
+        for (j=0;j<3;j++) {
+          for (i=0;i<mdsize;i++) {
+            sh_force[j][i] = sh_force[j][i] * hsq2;
+          }
+        }
+      }
+
+      sum = 0.0;
+
+      /* Barrier */
+      //Barrier.enterBarrier(br);
+      br.DoBarrier(id);
+
+      /*scale forces, update velocities */
+
+      for (i=0;i<mdsize;i++) {
+        sum = sum + one[i].mkekin(hsq2,i);  
+      }
+
+      ekin = sum/hsq;
+
+      vel = 0.0;
+      count = 0.0;
+
+      /* average velocity */
+
+      for (i=0;i<mdsize;i++) {
+        velt = one[i].velavg(vaverh,h);
+        if(velt > vaverh) { count = count + 1.0; }
+        vel = vel + velt;                    
+      }
+
+      vel = vel / h;
+
+      /* temperature scale if required */
+
+      if((move < istop) && (((move+1) % irep) == 0)) {
+        sc = Math.sqrt(tref / (tscale*ekin));
+        for (i=0;i<mdsize;i++) {
+          one[i].dscal(sc,1);
+        }
+        ekin = tref / tscale;
+      }
+
+      /* sum to get full potential energy and virial */
+
+      if(((move+1) % iprint) == 0) {
+        mymd.ek[id] = 24.0*ekin;
+        mymd.epot[id] = 4.0*mymd.epot[id];
+        etot = mymd.ek[id] + mymd.epot[id];
+        temp = tscale * ekin;
+        pres = den * 16.0 * (ekin - mymd.vir[id]) / mdsize;
+        vel = vel / mdsize; 
+        rp = (count / mdsize) * 100.0;
+      }
+
+      //Barrier.enterBarrier(br);
+      br.DoBarrier(id);
+    }
+
+
+    //Barrier.enterBarrier(br);
+    br.DoBarrier(id);
+    if (id == 0) JGFInstrumentor.stopTimer("Section3:MolDyn:Run", instr.timers);
+
+  }
+
+}
+
+
+
+
+class particle {
+
+  public double xcoord, ycoord, zcoord;
+  public double xvelocity,yvelocity,zvelocity;
+  int part_id;
+  int id;
+  double [][] sh_force;
+  double [][][] sh_force2;
+  mdRunner runner;
+
+  public particle(double xcoord, double ycoord, double zcoord, double xvelocity,
+      double yvelocity,double zvelocity,double [][] sh_force, 
+      double [][][] sh_force2,int id,mdRunner runner) {
+
+    this.xcoord = xcoord; 
+    this.ycoord = ycoord; 
+    this.zcoord = zcoord;
+    this.xvelocity = xvelocity;
+    this.yvelocity = yvelocity;
+    this.zvelocity = zvelocity;
+    this.sh_force = sh_force;
+    this.sh_force2 = sh_force2;
+    this.id=id;
+    this.runner=runner;
+  }
+
+  public void domove(double side,int part_id) {
+
+    xcoord = xcoord + xvelocity + sh_force[0][part_id];
+    ycoord = ycoord + yvelocity + sh_force[1][part_id];
+    zcoord = zcoord + zvelocity + sh_force[2][part_id];
+
+    if(xcoord < 0) { xcoord = xcoord + side; } 
+    if(xcoord > side) { xcoord = xcoord - side; }
+    if(ycoord < 0) { ycoord = ycoord + side; }
+    if(ycoord > side) { ycoord = ycoord - side; }
+    if(zcoord < 0) { zcoord = zcoord + side; }
+    if(zcoord > side) { zcoord = zcoord - side; }
+
+    xvelocity = xvelocity + sh_force[0][part_id];
+    yvelocity = yvelocity + sh_force[1][part_id];
+    zvelocity = zvelocity + sh_force[2][part_id];
+
+  }
+
+  public void force(double side, double rcoff,int mdsize,int x, double xx, double yy, double zz, JGFMolDynBench mymd) {
+
+    double sideh;
+    double rcoffs;
+
+    double fxi,fyi,fzi;
+    double rd,rrd,rrd2,rrd3,rrd4,rrd6,rrd7,r148;
+    double forcex,forcey,forcez;
+
+    sideh = 0.5*side; 
+    rcoffs = rcoff*rcoff;
+
+    fxi = 0.0;
+    fyi = 0.0;
+    fzi = 0.0;
+
+    for (int i=x+1;i<mdsize;i++) {
+      xx = this.xcoord - runner.one[i].xcoord;
+      yy = this.ycoord - runner.one[i].ycoord;
+      zz = this.zcoord - runner.one[i].zcoord;
+
+      if(xx < (-sideh)) { xx = xx + side; }
+      if(xx > (sideh))  { xx = xx - side; }
+      if(yy < (-sideh)) { yy = yy + side; }
+      if(yy > (sideh))  { yy = yy - side; }
+      if(zz < (-sideh)) { zz = zz + side; }
+      if(zz > (sideh))  { zz = zz - side; }
+
+
+      rd = xx*xx + yy*yy + zz*zz;
+
+      if(rd <= rcoffs) {
+        rrd = 1.0/rd;
+        rrd2 = rrd*rrd;
+        rrd3 = rrd2*rrd;
+        rrd4 = rrd2*rrd2;
+        rrd6 = rrd2*rrd4;
+        rrd7 = rrd6*rrd;
+        mymd.epot[id] = mymd.epot[id] + (rrd6 - rrd3);
+        r148 = rrd7 - 0.5*rrd4;
+        mymd.vir[id] = mymd.vir[id] - rd*r148;
+        forcex = xx * r148;
+        fxi = fxi + forcex;
+
+        sh_force2[0][id][i] = sh_force2[0][id][i] - forcex;
+
+        forcey = yy * r148;
+        fyi = fyi + forcey;
+
+        sh_force2[1][id][i] = sh_force2[1][id][i] - forcey;
+
+        forcez = zz * r148;
+        fzi = fzi + forcez;
+
+        sh_force2[2][id][i] = sh_force2[2][id][i] - forcez;
+
+        mymd.interacts[id]++;
+      }
+
+    }
+
+    sh_force2[0][id][x] = sh_force2[0][id][x] + fxi;
+    sh_force2[1][id][x] = sh_force2[1][id][x] + fyi;
+    sh_force2[2][id][x] = sh_force2[2][id][x] + fzi;
+
+  }
+
+  public double mkekin(double hsq2,int part_id) {
+
+    double sumt = 0.0; 
+
+    xvelocity = xvelocity + sh_force[0][part_id]; 
+    yvelocity = yvelocity + sh_force[1][part_id]; 
+    zvelocity = zvelocity + sh_force[2][part_id]; 
+
+    sumt = (xvelocity*xvelocity)+(yvelocity*yvelocity)+(zvelocity*zvelocity);
+    return sumt;
+  }
+
+  public double velavg(double vaverh,double h) {
+
+    double velt;
+    double sq;
+
+    sq = Math.sqrt(xvelocity*xvelocity + yvelocity*yvelocity +
+        zvelocity*zvelocity);
+
+    velt = sq;
+    return velt;
+  }
+
+  public void dscal(double sc,int incx) {
+
+    xvelocity = xvelocity * sc;
+    yvelocity = yvelocity * sc;   
+    zvelocity = zvelocity * sc;   
+
+
+
+  }
+
+}
+
+class random {
+
+  public int iseed;
+  public double v1,v2;
+
+  public random(int iseed,double v1,double v2) {
+    this.iseed = iseed;
+    this.v1 = v1;
+    this.v2 = v2;
+  }
+
+  public double update() {
+
+    double rand;
+    double scale= 4.656612875e-10;
+
+    int is1,is2,iss2;
+    int imult=16807;
+    int imod = 2147483647;
+
+    if (iseed<=0) { iseed = 1; }
+
+    is2 = iseed % 32768;
+    is1 = (iseed-is2)/32768;
+    iss2 = is2 * imult;
+    is2 = iss2 % 32768;
+    is1 = (is1*imult+(iss2-is2)/32768) % (65536);
+
+    iseed = (is1*32768+is2) % imod;
+
+    rand = scale * iseed;
+
+    return rand;
+
+  }
+
+  public double seed() {
+
+    double s,u1,u2,r;
+    s = 1.0;
+    do {
+      u1 = update();
+      u2 = update();
+
+      v1 = 2.0 * u1 - 1.0;
+      v2 = 2.0 * u2 - 1.0;
+      s = v1*v1 + v2*v2;
+
+    } while (s >= 1.0);
+
+    r = Math.sqrt(-2.0*Math.log(s)/s);
+
+    return r;
+
+  }
+}
+
+