xref: /petsc/src/mat/impls/cufft/cufft.cu (revision 1cc06b555e92f8ec64db10330b8bbd830e5bc876)
1e133240eSMatthew G Knepley 
2e133240eSMatthew G Knepley /*
3e133240eSMatthew G Knepley     Provides an interface to the CUFFT package.
4c4762a1bSJed Brown     Testing examples can be found in ~src/mat/tests
5e133240eSMatthew G Knepley */
6e133240eSMatthew G Knepley 
70e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petscdevice_cuda.h>
8af0996ceSBarry Smith #include <petsc/private/matimpl.h> /*I "petscmat.h" I*/
9e133240eSMatthew G Knepley 
10e133240eSMatthew G Knepley typedef struct {
11e133240eSMatthew G Knepley   PetscInt      ndim;
12e133240eSMatthew G Knepley   PetscInt     *dim;
13e133240eSMatthew G Knepley   cufftHandle   p_forward, p_backward;
14e133240eSMatthew G Knepley   cufftComplex *devArray;
15e133240eSMatthew G Knepley } Mat_CUFFT;
16e133240eSMatthew G Knepley 
17d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatMult_SeqCUFFT(Mat A, Vec x, Vec y)
18d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
19e133240eSMatthew G Knepley   Mat_CUFFT    *cufft    = (Mat_CUFFT *)A->data;
20e133240eSMatthew G Knepley   cufftComplex *devArray = cufft->devArray;
21e133240eSMatthew G Knepley   PetscInt      ndim = cufft->ndim, *dim = cufft->dim;
22e133240eSMatthew G Knepley   PetscScalar  *x_array, *y_array;
23e133240eSMatthew G Knepley 
24e133240eSMatthew G Knepley   PetscFunctionBegin;
259566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(x, &x_array));
269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(y, &y_array));
27e133240eSMatthew G Knepley   if (!cufft->p_forward) {
28e133240eSMatthew G Knepley     /* create a plan, then execute it */
29e133240eSMatthew G Knepley     switch (ndim) {
30d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 1:
31d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       PetscCallCUFFT(cufftPlan1d(&cufft->p_forward, dim[0], CUFFT_C2C, 1));
32d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
33d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 2:
34d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       PetscCallCUFFT(cufftPlan2d(&cufft->p_forward, dim[0], dim[1], CUFFT_C2C));
35d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
36d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 3:
37d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       PetscCallCUFFT(cufftPlan3d(&cufft->p_forward, dim[0], dim[1], dim[2], CUFFT_C2C));
38d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
39d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     default:
40d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_USER, "Cannot create plan for %" PetscInt_FMT "-dimensional transform", ndim);
41e133240eSMatthew G Knepley     }
42e133240eSMatthew G Knepley   }
43e133240eSMatthew G Knepley   /* transfer to GPU memory */
449566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUDA(cudaMemcpy(devArray, x_array, sizeof(cufftComplex) * dim[ndim], cudaMemcpyHostToDevice));
45e133240eSMatthew G Knepley   /* execute transform */
469566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUFFT(cufftExecC2C(cufft->p_forward, devArray, devArray, CUFFT_FORWARD));
47e133240eSMatthew G Knepley   /* transfer from GPU memory */
489566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUDA(cudaMemcpy(y_array, devArray, sizeof(cufftComplex) * dim[ndim], cudaMemcpyDeviceToHost));
499566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(y, &y_array));
509566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(x, &x_array));
513ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
52e133240eSMatthew G Knepley }
53e133240eSMatthew G Knepley 
54d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatMultTranspose_SeqCUFFT(Mat A, Vec x, Vec y)
55d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
56e133240eSMatthew G Knepley   Mat_CUFFT    *cufft    = (Mat_CUFFT *)A->data;
57e133240eSMatthew G Knepley   cufftComplex *devArray = cufft->devArray;
58e133240eSMatthew G Knepley   PetscInt      ndim = cufft->ndim, *dim = cufft->dim;
59e133240eSMatthew G Knepley   PetscScalar  *x_array, *y_array;
60e133240eSMatthew G Knepley 
61e133240eSMatthew G Knepley   PetscFunctionBegin;
629566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(x, &x_array));
639566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(y, &y_array));
64e133240eSMatthew G Knepley   if (!cufft->p_backward) {
65e133240eSMatthew G Knepley     /* create a plan, then execute it */
66e133240eSMatthew G Knepley     switch (ndim) {
67d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 1:
68d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       PetscCallCUFFT(cufftPlan1d(&cufft->p_backward, dim[0], CUFFT_C2C, 1));
69d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
70d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 2:
71d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       PetscCallCUFFT(cufftPlan2d(&cufft->p_backward, dim[0], dim[1], CUFFT_C2C));
72d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
73d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 3:
74d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       PetscCallCUFFT(cufftPlan3d(&cufft->p_backward, dim[0], dim[1], dim[2], CUFFT_C2C));
75d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
76d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     default:
77d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_USER, "Cannot create plan for %" PetscInt_FMT "-dimensional transform", ndim);
78e133240eSMatthew G Knepley     }
79e133240eSMatthew G Knepley   }
80e133240eSMatthew G Knepley   /* transfer to GPU memory */
819566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUDA(cudaMemcpy(devArray, x_array, sizeof(cufftComplex) * dim[ndim], cudaMemcpyHostToDevice));
82e133240eSMatthew G Knepley   /* execute transform */
839566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUFFT(cufftExecC2C(cufft->p_forward, devArray, devArray, CUFFT_INVERSE));
84e133240eSMatthew G Knepley   /* transfer from GPU memory */
859566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUDA(cudaMemcpy(y_array, devArray, sizeof(cufftComplex) * dim[ndim], cudaMemcpyDeviceToHost));
869566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(y, &y_array));
879566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(x, &x_array));
883ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
89e133240eSMatthew G Knepley }
90e133240eSMatthew G Knepley 
91d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatDestroy_SeqCUFFT(Mat A)
92d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
93e133240eSMatthew G Knepley   Mat_CUFFT *cufft = (Mat_CUFFT *)A->data;
94e133240eSMatthew G Knepley 
95e133240eSMatthew G Knepley   PetscFunctionBegin;
969566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(cufft->dim));
979566063dSJacob Faibussowitsch   if (cufft->p_forward) PetscCallCUFFT(cufftDestroy(cufft->p_forward));
989566063dSJacob Faibussowitsch   if (cufft->p_backward) PetscCallCUFFT(cufftDestroy(cufft->p_backward));
999566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUDA(cudaFree(cufft->devArray));
1009566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(A->data));
1019566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectChangeTypeName((PetscObject)A, 0));
1023ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
103e133240eSMatthew G Knepley }
104e133240eSMatthew G Knepley 
105e133240eSMatthew G Knepley /*@
10611a5261eSBarry Smith   MatCreateSeqCUFFT - Creates a matrix object that provides `MATSEQCUFFT` via the NVIDIA package CuFFT
107e133240eSMatthew G Knepley 
108d083f849SBarry Smith   Collective
109e133240eSMatthew G Knepley 
110e133240eSMatthew G Knepley   Input Parameters:
11111a5261eSBarry Smith + comm - MPI communicator, set to `PETSC_COMM_SELF`
112e133240eSMatthew G Knepley . ndim - the ndim-dimensional transform
1132ef1f0ffSBarry Smith - dim  - array of size `ndim`, dim[i] contains the vector length in the i-dimension
114e133240eSMatthew G Knepley 
115e133240eSMatthew G Knepley   Output Parameter:
116e133240eSMatthew G Knepley . A - the matrix
117e133240eSMatthew G Knepley 
1182ef1f0ffSBarry Smith   Options Database Key:
1192ef1f0ffSBarry Smith . -mat_cufft_plannerflags - set CuFFT planner flags
120e133240eSMatthew G Knepley 
121e133240eSMatthew G Knepley   Level: intermediate
12211a5261eSBarry Smith 
123*1cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATSEQCUFFT`
124e133240eSMatthew G Knepley @*/
125d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatCreateSeqCUFFT(MPI_Comm comm, PetscInt ndim, const PetscInt dim[], Mat *A)
126d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
127e133240eSMatthew G Knepley   Mat_CUFFT *cufft;
1285f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscInt   m = 1;
129e133240eSMatthew G Knepley 
130e133240eSMatthew G Knepley   PetscFunctionBegin;
1315f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(ndim >= 0, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_USER, "ndim %" PetscInt_FMT " must be > 0", ndim);
1325f80ce2aSJacob Faibussowitsch   if (ndim) PetscValidIntPointer(dim, 3);
1335f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(A, 4);
1349566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatCreate(comm, A));
1355f80ce2aSJacob Faibussowitsch   for (PetscInt d = 0; d < ndim; ++d) {
1365f80ce2aSJacob Faibussowitsch     PetscCheck(dim[d] >= 0, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_USER, "dim[%" PetscInt_FMT "]=%" PetscInt_FMT " must be > 0", d, dim[d]);
137e133240eSMatthew G Knepley     m *= dim[d];
138e133240eSMatthew G Knepley   }
1399566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetSizes(*A, m, m, m, m));
1409566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectChangeTypeName((PetscObject)*A, MATSEQCUFFT));
141e133240eSMatthew G Knepley 
1424dfa11a4SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscNew(&cufft));
143e133240eSMatthew G Knepley   (*A)->data = (void *)cufft;
1449566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc1(ndim + 1, &cufft->dim));
1459566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscArraycpy(cufft->dim, dim, ndim));
1462205254eSKarl Rupp 
147e133240eSMatthew G Knepley   cufft->ndim       = ndim;
148e133240eSMatthew G Knepley   cufft->p_forward  = 0;
149e133240eSMatthew G Knepley   cufft->p_backward = 0;
150e133240eSMatthew G Knepley   cufft->dim[ndim]  = m;
151e133240eSMatthew G Knepley 
152e133240eSMatthew G Knepley   /* GPU memory allocation */
1539566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallCUDA(cudaMalloc((void **)&cufft->devArray, sizeof(cufftComplex) * m));
154e133240eSMatthew G Knepley 
155e133240eSMatthew G Knepley   (*A)->ops->mult          = MatMult_SeqCUFFT;
156e133240eSMatthew G Knepley   (*A)->ops->multtranspose = MatMultTranspose_SeqCUFFT;
157e133240eSMatthew G Knepley   (*A)->assembled          = PETSC_TRUE;
158e133240eSMatthew G Knepley   (*A)->ops->destroy       = MatDestroy_SeqCUFFT;
159e133240eSMatthew G Knepley 
1605f80ce2aSJacob Faibussowitsch   /* get runtime options ...what options????? */
161d0609cedSBarry Smith   PetscOptionsBegin(comm, ((PetscObject)(*A))->prefix, "CUFFT Options", "Mat");
162d0609cedSBarry Smith   PetscOptionsEnd();
1633ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
164e133240eSMatthew G Knepley }
165