void matmul_ref(float A[128][128], float B[128][128], float C[128][128]) {
  int i, j, k;
  for (i = 0; i < 128; i++)
    for (j = 0; j < 128; j++)
      for (k = 0; k < 128; k++)
        C[i][j] += A[i][k] * B[k][j];
}


x86 assembly (clang, -O0):
<matmul_ref>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x80,-0x1c(%rbp)
jge    11d5 <matmul_ref+0xd5>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
cmpl   $0x80,-0x20(%rbp)
jge    11c2 <matmul_ref+0xc2>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
cmpl   $0x80,-0x24(%rbp)
jge    11af <matmul_ref+0xaf>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
shl    $0x9,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
shl    $0x9,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm2
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x1c(%rbp),%rcx
shl    $0x9,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
movss  (%rax,%rcx,4),%xmm1
mulss  %xmm2,%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    113f <matmul_ref+0x3f>
jmp    11b4 <matmul_ref+0xb4>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    112b <matmul_ref+0x2b>
jmp    11c7 <matmul_ref+0xc7>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1117 <matmul_ref+0x17>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<matmul_ref>:
add    $0x4,%rdi
add    $0x200,%rsi
xor    %r8d,%r8d
xchg   %ax,%ax
mov    %rsi,%r9
xor    %r10d,%r10d
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
mov    %r8,%rax
shl    $0x9,%rax
add    %rdx,%rax
lea    (%rax,%r10,4),%r11
movss  (%rax,%r10,4),%xmm0
mov    %r9,%rax
xor    %ecx,%ecx
nopl   0x0(%rax)
movss  -0x4(%rdi,%rcx,4),%xmm1
mulss  -0x200(%rax),%xmm1
ff
addss  %xmm0,%xmm1
movss  %xmm1,(%r11)
movss  (%rdi,%rcx,4),%xmm0
mulss  (%rax),%xmm0
addss  %xmm1,%xmm0
movss  %xmm0,(%r11)
add    $0x2,%rcx
add    $0x400,%rax
cmp    $0x80,%rcx
jne    1140 <matmul_ref+0x40>
add    $0x1,%r10
add    $0x4,%r9
cmp    $0x80,%r10
jne    1120 <matmul_ref+0x20>
add    $0x1,%r8
add    $0x200,%rdi
cmp    $0x80,%r8
jne    1110 <matmul_ref+0x10>
ret

LLVM IR (-O0):
define void @matmul_ref([128 x float]* %0, [128 x float]* %1, [128 x float]* %2) {
%4 = alloca [128 x float]*
%5 = alloca [128 x float]*
%6 = alloca [128 x float]*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
store [128 x float]* %0, [128 x float]** %4
store [128 x float]* %1, [128 x float]** %5
store [128 x float]* %2, [128 x float]** %6
store i32 0, i32* %7
br label %10
10: ; preds = %55, %3
%11 = load i32, i32* %7
%12 = icmp slt i32 %11, 128
br i1 %12, label %13, label %58
13: ; preds = %10
store i32 0, i32* %8
br label %14
14: ; preds = %51, %13
%15 = load i32, i32* %8
%16 = icmp slt i32 %15, 128
br i1 %16, label %17, label %54
17: ; preds = %14
store i32 0, i32* %9
br label %18
18: ; preds = %47, %17
%19 = load i32, i32* %9
%20 = icmp slt i32 %19, 128
br i1 %20, label %21, label %50
21: ; preds = %18
%22 = load [128 x float]*, [128 x float]** %4
%23 = load i32, i32* %7
%24 = sext i32 %23 to i64
%25 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %22, i64 %24
%26 = load i32, i32* %9
%27 = sext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %25, i64 0, i64 %27
%29 = load float, float* %28
%30 = load [128 x float]*, [128 x float]** %5
%31 = load i32, i32* %9
%32 = sext i32 %31 to i64
%33 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %30, i64 %32
%34 = load i32, i32* %8
%35 = sext i32 %34 to i64
%36 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %33, i64 0, i64 %35
%37 = load float, float* %36
%38 = load [128 x float]*, [128 x float]** %6
%39 = load i32, i32* %7
%40 = sext i32 %39 to i64
%41 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %38, i64 %40
%42 = load i32, i32* %8
%43 = sext i32 %42 to i64
%44 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %41, i64 0, i64 %43
%45 = load float, float* %44
%46 = call float @llvm.fmuladd.f32(float %29, float %37, float %45)
store float %46, float* %44
br label %47
47: ; preds = %21
%48 = load i32, i32* %9
%49 = add nsw i32 %48, 1
store i32 %49, i32* %9
br label %18
50: ; preds = %18
br label %51
51: ; preds = %50
%52 = load i32, i32* %8
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %8
br label %14
54: ; preds = %14
br label %55
55: ; preds = %54
%56 = load i32, i32* %7
%57 = add nsw i32 %56, 1
store i32 %57, i32* %7
br label %10
58: ; preds = %10
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @matmul_ref([128 x float]* nocapture %0, [128 x float]* nocapture %1, [128 x float]* nocapture %2) {
br label %4
4: ; preds = %3, %29
%5 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %30, %29 ]
br label %6
6: ; preds = %4, %26
%7 = phi i64 [ 0, %4 ], [ %27, %26 ]
%8 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %2, i64 %5, i64 %7
%9 = load float, float* %8
br label %10
10: ; preds = %10, %6
%11 = phi float [ %9, %6 ], [ %23, %10 ]
%12 = phi i64 [ 0, %6 ], [ %24, %10 ]
%13 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %0, i64 %5, i64 %12
%14 = load float, float* %13
%15 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %1, i64 %12, i64 %7
%16 = load float, float* %15
%17 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %14, float %16, float %11)
store float %17, float* %8
%18 = or i64 %12, 1
%19 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %0, i64 %5, i64 %18
%20 = load float, float* %19
%21 = getelementptr inbounds [128 x float], [128 x float]* %1, i64 %18, i64 %7
%22 = load float, float* %21
%23 = tail call float @llvm.fmuladd.f32(float %20, float %22, float %17)
store float %23, float* %8
%24 = add nuw nsw i64 %12, 2
%25 = icmp eq i64 %24, 128
br i1 %25, label %26, label %10
26: ; preds = %10
%27 = add nuw nsw i64 %7, 1
%28 = icmp eq i64 %27, 128
br i1 %28, label %29, label %6
29: ; preds = %26
%30 = add nuw nsw i64 %5, 1
%31 = icmp eq i64 %30, 128
br i1 %31, label %32, label %4
32: ; preds = %29
ret void
}