void foo(const int *__restrict__ zr_in, const int *__restrict__ zi_in,
         const int *__restrict__ zk_in, int *__restrict__ zr_out,
         int *__restrict__ zi_out, int *__restrict__ zk_out, int cr, int ci) {
  unsigned int pi;
  int tmp_r, tmp_i, tmp_k;
  for (pi = 0; pi < (512) * (512); pi++) {
    int zr = zr_in[pi];
    int zi = zi_in[pi];
    int zk = zk_in[pi];
    if (zr * zr + zi * zi >= 4) {
      tmp_r = zr;
      tmp_i = zi;
      tmp_k = zk;
    } else {
      tmp_r = (zr * zr - zi * zi + cr);
      tmp_i = (2 * zr * zi + ci);
      tmp_k = zk + 1;
    }
    zr_out[pi] = tmp_r;
    zi_out[pi] = tmp_i;
    zk_out[pi] = tmp_k;
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<foo>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    0x18(%rbp),%eax
mov    0x10(%rbp),%eax
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
mov    %r8,-0x28(%rbp)
mov    %r9,-0x30(%rbp)
movl   $0x0,-0x34(%rbp)
cmpl   $0x40000,-0x34(%rbp)
jae    11f1 <foo+0xf1>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x44(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x48(%rbp)
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    (%rax,%rcx,4),%eax
mov    %eax,-0x4c(%rbp)
mov    -0x44(%rbp),%eax
imul   -0x44(%rbp),%eax
mov    -0x48(%rbp),%ecx
imul   -0x48(%rbp),%ecx
add    %ecx,%eax
cmp    $0x4,%eax
jl     118d <foo+0x8d>
mov    -0x44(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x38(%rbp)
mov    -0x48(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
mov    -0x4c(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x40(%rbp)
jmp    11bc <foo+0xbc>
mov    -0x44(%rbp),%eax
imul   -0x44(%rbp),%eax
mov    -0x48(%rbp),%ecx
imul   -0x48(%rbp),%ecx
sub    %ecx,%eax
add    0x10(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x38(%rbp)
mov    -0x44(%rbp),%eax
shl    $0x1,%eax
imul   -0x48(%rbp),%eax
add    0x18(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x3c(%rbp)
mov    -0x4c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x40(%rbp)
mov    -0x38(%rbp),%edx
mov    -0x20(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x3c(%rbp),%edx
mov    -0x28(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x40(%rbp),%edx
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x34(%rbp),%ecx
mov    %edx,(%rax,%rcx,4)
mov    -0x34(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x34(%rbp)
jmp    1129 <foo+0x29>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<foo>:
pshufd $0x0,0x8(%rsp),%xmm11
movd   0x10(%rsp),%xmm1
pshufd $0x0,%xmm1,%xmm1
xor    %eax,%eax
movdqa 0xee2(%rip),%xmm8
movdqa 0xee9(%rip),%xmm9
pcmpeqd %xmm10,%xmm10
nopl   0x0(%rax)
movdqu (%rdi,%rax,1),%xmm7
movdqu (%rsi,%rax,1),%xmm6
movdqu (%rdx,%rax,1),%xmm5
movdqa %xmm7,%xmm2
pmuludq %xmm7,%xmm2
pshufd $0xe8,%xmm2,%xmm2
pshufd $0xf5,%xmm7,%xmm4
movdqa %xmm4,%xmm3
pmuludq %xmm4,%xmm3
pshufd $0xe8,%xmm3,%xmm3
punpckldq %xmm3,%xmm2
movdqa %xmm6,%xmm3
pmuludq %xmm6,%xmm3
pshufd $0xe8,%xmm3,%xmm0
pshufd $0xf5,%xmm6,%xmm3
pmuludq %xmm3,%xmm4
pmuludq %xmm3,%xmm3
pshufd $0xe8,%xmm3,%xmm3
punpckldq %xmm3,%xmm0
movdqa %xmm0,%xmm3
paddd  %xmm2,%xmm3
pxor   %xmm8,%xmm3
pcmpgtd %xmm9,%xmm3
paddd  %xmm11,%xmm2
psubd  %xmm0,%xmm2
movdqa %xmm7,%xmm0
pmuludq %xmm6,%xmm0
pshufd $0xe8,%xmm0,%xmm0
pshufd $0xe8,%xmm4,%xmm4
punpckldq %xmm4,%xmm0
paddd  %xmm0,%xmm0
paddd  %xmm1,%xmm0
paddd  %xmm3,%xmm5
psubd  %xmm10,%xmm5
movdqa %xmm3,%xmm4
pandn  %xmm0,%xmm4
pand   %xmm3,%xmm6
por    %xmm4,%xmm6
pand   %xmm3,%xmm7
pandn  %xmm2,%xmm3
por    %xmm7,%xmm3
movdqu %xmm3,(%rcx,%rax,1)
movdqu %xmm6,(%r8,%rax,1)
movdqu %xmm5,(%r9,%rax,1)
add    $0x10,%rax
cmp    $0x100000,%rax
jne    1130 <foo+0x30>
ret

LLVM IR (-O0):
define void @foo(i32* noalias %0, i32* noalias %1, i32* noalias %2, i32* noalias %3, i32* noalias %4, i32* noalias %5, i32 %6, i32 %7) {
%9 = alloca i32*
%10 = alloca i32*
%11 = alloca i32*
%12 = alloca i32*
%13 = alloca i32*
%14 = alloca i32*
%15 = alloca i32
%16 = alloca i32
%17 = alloca i32
%18 = alloca i32
%19 = alloca i32
%20 = alloca i32
%21 = alloca i32
%22 = alloca i32
%23 = alloca i32
store i32* %0, i32** %9
store i32* %1, i32** %10
store i32* %2, i32** %11
store i32* %3, i32** %12
store i32* %4, i32** %13
store i32* %5, i32** %14
store i32 %6, i32* %15
store i32 %7, i32* %16
store i32 0, i32* %17
br label %24
24: ; preds = %89, %8
%25 = load i32, i32* %17
%26 = icmp ult i32 %25, 262144
br i1 %26, label %27, label %92
27: ; preds = %24
%28 = load i32*, i32** %9
%29 = load i32, i32* %17
%30 = zext i32 %29 to i64
%31 = getelementptr inbounds i32, i32* %28, i64 %30
%32 = load i32, i32* %31
store i32 %32, i32* %21
%33 = load i32*, i32** %10
%34 = load i32, i32* %17
%35 = zext i32 %34 to i64
%36 = getelementptr inbounds i32, i32* %33, i64 %35
%37 = load i32, i32* %36
store i32 %37, i32* %22
%38 = load i32*, i32** %11
%39 = load i32, i32* %17
%40 = zext i32 %39 to i64
%41 = getelementptr inbounds i32, i32* %38, i64 %40
%42 = load i32, i32* %41
store i32 %42, i32* %23
%43 = load i32, i32* %21
%44 = load i32, i32* %21
%45 = mul nsw i32 %43, %44
%46 = load i32, i32* %22
%47 = load i32, i32* %22
%48 = mul nsw i32 %46, %47
%49 = add nsw i32 %45, %48
%50 = icmp sge i32 %49, 4
br i1 %50, label %51, label %55
51: ; preds = %27
%52 = load i32, i32* %21
store i32 %52, i32* %18
%53 = load i32, i32* %22
store i32 %53, i32* %19
%54 = load i32, i32* %23
store i32 %54, i32* %20
br label %73
55: ; preds = %27
%56 = load i32, i32* %21
%57 = load i32, i32* %21
%58 = mul nsw i32 %56, %57
%59 = load i32, i32* %22
%60 = load i32, i32* %22
%61 = mul nsw i32 %59, %60
%62 = sub nsw i32 %58, %61
%63 = load i32, i32* %15
%64 = add nsw i32 %62, %63
store i32 %64, i32* %18
%65 = load i32, i32* %21
%66 = mul nsw i32 2, %65
%67 = load i32, i32* %22
%68 = mul nsw i32 %66, %67
%69 = load i32, i32* %16
%70 = add nsw i32 %68, %69
store i32 %70, i32* %19
%71 = load i32, i32* %23
%72 = add nsw i32 %71, 1
store i32 %72, i32* %20
br label %73
73: ; preds = %55, %51
%74 = load i32, i32* %18
%75 = load i32*, i32** %12
%76 = load i32, i32* %17
%77 = zext i32 %76 to i64
%78 = getelementptr inbounds i32, i32* %75, i64 %77
store i32 %74, i32* %78
%79 = load i32, i32* %19
%80 = load i32*, i32** %13
%81 = load i32, i32* %17
%82 = zext i32 %81 to i64
%83 = getelementptr inbounds i32, i32* %80, i64 %82
store i32 %79, i32* %83
%84 = load i32, i32* %20
%85 = load i32*, i32** %14
%86 = load i32, i32* %17
%87 = zext i32 %86 to i64
%88 = getelementptr inbounds i32, i32* %85, i64 %87
store i32 %84, i32* %88
br label %89
89: ; preds = %73
%90 = load i32, i32* %17
%91 = add i32 %90, 1
store i32 %91, i32* %17
br label %24
92: ; preds = %24
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @foo(i32* noalias nocapture %0, i32* noalias nocapture %1, i32* noalias nocapture %2, i32* noalias nocapture writeonly %3, i32* noalias nocapture writeonly %4, i32* noalias nocapture writeonly %5, i32 %6, i32 %7) {
%9 = insertelement <4 x i32> poison, i32 %6, i64 0
%10 = shufflevector <4 x i32> %9, <4 x i32> poison, <4 x i32> zeroinitializer
%11 = insertelement <4 x i32> poison, i32 %7, i64 0
%12 = shufflevector <4 x i32> %11, <4 x i32> poison, <4 x i32> zeroinitializer
br label %13
13: ; preds = %13, %8
%14 = phi i64 [ 0, %8 ], [ %44, %13 ]
%15 = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i64 %14
%16 = bitcast i32* %15 to <4 x i32>*
%17 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %16
%18 = getelementptr inbounds i32, i32* %1, i64 %14
%19 = bitcast i32* %18 to <4 x i32>*
%20 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %19
%21 = getelementptr inbounds i32, i32* %2, i64 %14
%22 = bitcast i32* %21 to <4 x i32>*
%23 = load <4 x i32>, <4 x i32>* %22
%24 = mul nsw <4 x i32> %17, %17
%25 = mul nsw <4 x i32> %20, %20
%26 = add nuw nsw <4 x i32> %25, %24
%27 = icmp ugt <4 x i32> %26, <i32 3, i32 3, i32 3, i32 3>
%28 = add <4 x i32> %24, %10
%29 = sub <4 x i32> %28, %25
%30 = shl nsw <4 x i32> %17, <i32 1, i32 1, i32 1, i32 1>
%31 = mul nsw <4 x i32> %30, %20
%32 = add nsw <4 x i32> %31, %12
%33 = xor <4 x i1> %27, <i1 true, i1 true, i1 true, i1 true>
%34 = zext <4 x i1> %33 to <4 x i32>
%35 = add nsw <4 x i32> %23, %34
%36 = select <4 x i1> %27, <4 x i32> %20, <4 x i32> %32
%37 = select <4 x i1> %27, <4 x i32> %17, <4 x i32> %29
%38 = getelementptr inbounds i32, i32* %3, i64 %14
%39 = bitcast i32* %38 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %37, <4 x i32>* %39
%40 = getelementptr inbounds i32, i32* %4, i64 %14
%41 = bitcast i32* %40 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %36, <4 x i32>* %41
%42 = getelementptr inbounds i32, i32* %5, i64 %14
%43 = bitcast i32* %42 to <4 x i32>*
store <4 x i32> %35, <4 x i32>* %43
%44 = add nuw i64 %14, 4
%45 = icmp eq i64 %44, 262144
br i1 %45, label %46, label %13
46: ; preds = %13
ret void
}