double residual_jacobi_optimized(double *u, double *uold, unsigned sizex,
                                 unsigned sizey) {
  unsigned i, j;
  double unew, diff, sum = 0.0;
  for (j = 1; j < sizex - 1; j++) {
    for (i = 1; i < sizey - 1; i++) {
      unew = 0.25 * (u[i + (j - 1) * sizey] + u[i + (j + 1) * sizey] +
                     u[(i - 1) + j * sizey] + u[(i + 1) + j * sizey]);
      diff = unew - u[i + j * sizey];
      sum += diff * diff;
    }
  }
  return sum;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<residual_jacobi_optimized>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x38(%rbp)
movl   $0x1,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
mov    -0x14(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jae    1221 <residual_jacobi_optimized+0x121>
movl   $0x1,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    -0x18(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jae    120e <residual_jacobi_optimized+0x10e>
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    -0x20(%rbp),%edx
sub    $0x1,%edx
imul   -0x18(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
mov    %ecx,%ecx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    -0x20(%rbp),%edx
add    $0x1,%edx
imul   -0x18(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
mov    %ecx,%ecx
addsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
mov    -0x20(%rbp),%edx
imul   -0x18(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
mov    %ecx,%ecx
addsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
mov    -0x20(%rbp),%edx
imul   -0x18(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
mov    %ecx,%ecx
addsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
movsd  0xe46(%rip),%xmm0
mulsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x28(%rbp)
movsd  -0x28(%rbp),%xmm0
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x1c(%rbp),%ecx
mov    -0x20(%rbp),%edx
imul   -0x18(%rbp),%edx
add    %edx,%ecx
mov    %ecx,%ecx
subsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x30(%rbp)
movsd  -0x30(%rbp),%xmm0
movsd  -0x30(%rbp),%xmm2
movsd  -0x38(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x38(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1139 <residual_jacobi_optimized+0x39>
jmp    1213 <residual_jacobi_optimized+0x113>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    1121 <residual_jacobi_optimized+0x21>
movsd  -0x38(%rbp),%xmm0
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<residual_jacobi_optimized>:
push   %r14
push   %rbx
add    $0xffffffff,%edx
xorpd  %xmm0,%xmm0
cmp    $0x2,%edx
jb     11b3 <residual_jacobi_optimized+0xb3>
lea    -0x1(%rcx),%r9d
lea    -0x1(%r9),%r8
mov    $0x1,%eax
xorpd  %xmm0,%xmm0
movsd  0xed4(%rip),%xmm1
jmp    113e <residual_jacobi_optimized+0x3e>
xchg   %ax,%ax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,%r10d
mov    %r10d,%eax
cmp    %edx,%r10d
je     11b3 <residual_jacobi_optimized+0xb3>
cmp    $0x1,%r9d
jbe    1130 <residual_jacobi_optimized+0x30>
lea    -0x1(%rax),%r11d
imul   %ecx,%r11d
lea    0x1(%rax),%r10d
mov    %r10d,%esi
imul   %ecx,%esi
imul   %ecx,%eax
add    $0x1,%esi
add    $0x1,%r11d
mov    %r8,%r14
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nopl   (%rax)
mov    %r11d,%ebx
movsd  (%rdi,%rbx,8),%xmm2
mov    %esi,%ebx
addsd  (%rdi,%rbx,8),%xmm2
mov    %eax,%ebx
addsd  (%rdi,%rbx,8),%xmm2
lea    0x1(%rax),%ebx
add    $0x2,%eax
addsd  (%rdi,%rax,8),%xmm2
mulsd  %xmm1,%xmm2
subsd  (%rdi,%rbx,8),%xmm2
mulsd  %xmm2,%xmm2
addsd  %xmm2,%xmm0
add    $0x1,%esi
add    $0x1,%r11d
mov    %ebx,%eax
add    $0xffffffffffffffff,%r14
jne    1170 <residual_jacobi_optimized+0x70>
jmp    1136 <residual_jacobi_optimized+0x36>
pop    %rbx
pop    %r14
ret

LLVM IR (-O0):
define double @residual_jacobi_optimized(double* %0, double* %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = alloca double*
%6 = alloca double*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca double
%12 = alloca double
%13 = alloca double
store double* %0, double** %5
store double* %1, double** %6
store i32 %2, i32* %7
store i32 %3, i32* %8
store double 0.000000e+00, double* %13
store i32 1, i32* %10
br label %14
14: ; preds = %89, %4
%15 = load i32, i32* %10
%16 = load i32, i32* %7
%17 = sub i32 %16, 1
%18 = icmp ult i32 %15, %17
br i1 %18, label %19, label %92
19: ; preds = %14
store i32 1, i32* %9
br label %20
20: ; preds = %85, %19
%21 = load i32, i32* %9
%22 = load i32, i32* %8
%23 = sub i32 %22, 1
%24 = icmp ult i32 %21, %23
br i1 %24, label %25, label %88
25: ; preds = %20
%26 = load double*, double** %5
%27 = load i32, i32* %9
%28 = load i32, i32* %10
%29 = sub i32 %28, 1
%30 = load i32, i32* %8
%31 = mul i32 %29, %30
%32 = add i32 %27, %31
%33 = zext i32 %32 to i64
%34 = getelementptr inbounds double, double* %26, i64 %33
%35 = load double, double* %34
%36 = load double*, double** %5
%37 = load i32, i32* %9
%38 = load i32, i32* %10
%39 = add i32 %38, 1
%40 = load i32, i32* %8
%41 = mul i32 %39, %40
%42 = add i32 %37, %41
%43 = zext i32 %42 to i64
%44 = getelementptr inbounds double, double* %36, i64 %43
%45 = load double, double* %44
%46 = fadd double %35, %45
%47 = load double*, double** %5
%48 = load i32, i32* %9
%49 = sub i32 %48, 1
%50 = load i32, i32* %10
%51 = load i32, i32* %8
%52 = mul i32 %50, %51
%53 = add i32 %49, %52
%54 = zext i32 %53 to i64
%55 = getelementptr inbounds double, double* %47, i64 %54
%56 = load double, double* %55
%57 = fadd double %46, %56
%58 = load double*, double** %5
%59 = load i32, i32* %9
%60 = add i32 %59, 1
%61 = load i32, i32* %10
%62 = load i32, i32* %8
%63 = mul i32 %61, %62
%64 = add i32 %60, %63
%65 = zext i32 %64 to i64
%66 = getelementptr inbounds double, double* %58, i64 %65
%67 = load double, double* %66
%68 = fadd double %57, %67
%69 = fmul double 2.500000e-01, %68
store double %69, double* %11
%70 = load double, double* %11
%71 = load double*, double** %5
%72 = load i32, i32* %9
%73 = load i32, i32* %10
%74 = load i32, i32* %8
%75 = mul i32 %73, %74
%76 = add i32 %72, %75
%77 = zext i32 %76 to i64
%78 = getelementptr inbounds double, double* %71, i64 %77
%79 = load double, double* %78
%80 = fsub double %70, %79
store double %80, double* %12
%81 = load double, double* %12
%82 = load double, double* %12
%83 = load double, double* %13
%84 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %81, double %82, double %83)
store double %84, double* %13
br label %85
85: ; preds = %25
%86 = load i32, i32* %9
%87 = add i32 %86, 1
store i32 %87, i32* %9
br label %20
88: ; preds = %20
br label %89
89: ; preds = %88
%90 = load i32, i32* %10
%91 = add i32 %90, 1
store i32 %91, i32* %10
br label %14
92: ; preds = %14
%93 = load double, double* %13
ret double %93
}

LLVM IR (-O2):
define double @residual_jacobi_optimized(double* nocapture %0, double* nocapture readnone %1, i32 %2, i32 %3) {
%5 = add i32 %2, -1
%6 = icmp ugt i32 %5, 1
br i1 %6, label %7, label %59
7: ; preds = %4
%8 = add i32 %3, -1
%9 = icmp ugt i32 %8, 1
%10 = zext i32 %8 to i64
br label %11
11: ; preds = %7, %55
%12 = phi double [ 0.000000e+00, %7 ], [ %57, %55 ]
%13 = phi i32 [ 1, %7 ], [ %56, %55 ]
br i1 %9, label %16, label %14
14: ; preds = %11
%15 = add nuw i32 %13, 1
br label %55
16: ; preds = %11
%17 = add i32 %13, -1
%18 = mul i32 %17, %3
%19 = add nuw i32 %13, 1
%20 = mul i32 %19, %3
%21 = mul i32 %13, %3
br label %22
22: ; preds = %16, %22
%23 = phi i64 [ 1, %16 ], [ %41, %22 ]
%24 = phi double [ %12, %16 ], [ %53, %22 ]
%25 = trunc i64 %23 to i32
%26 = add i32 %18, %25
%27 = zext i32 %26 to i64
%28 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %27
%29 = load double, double* %28
%30 = add i32 %20, %25
%31 = zext i32 %30 to i64
%32 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %31
%33 = load double, double* %32
%34 = fadd double %29, %33
%35 = add i32 %21, %25
%36 = add i32 %35, -1
%37 = zext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %37
%39 = load double, double* %38
%40 = fadd double %34, %39
%41 = add nuw nsw i64 %23, 1
%42 = trunc i64 %41 to i32
%43 = add i32 %21, %42
%44 = zext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %44
%46 = load double, double* %45
%47 = fadd double %40, %46
%48 = fmul double %47, 2.500000e-01
%49 = zext i32 %35 to i64
%50 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %49
%51 = load double, double* %50
%52 = fsub double %48, %51
%53 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %52, double %52, double %24)
%54 = icmp eq i64 %41, %10
br i1 %54, label %55, label %22
55: ; preds = %22, %14
%56 = phi i32 [ %15, %14 ], [ %19, %22 ]
%57 = phi double [ %12, %14 ], [ %53, %22 ]
%58 = icmp eq i32 %56, %5
br i1 %58, label %59, label %11
59: ; preds = %55, %4
%60 = phi double [ 0.000000e+00, %4 ], [ %57, %55 ]
ret double %60
}