double vec_mat_vec_mult_2d(int unused, int lin_size, double *x) {
  double sum = 0.0;
  for (int grid_row = 0; grid_row < lin_size; grid_row++) {
    for (int grid_col = 0; grid_col < lin_size; grid_col++) {
      int index = grid_row * lin_size + grid_col;
      sum += x[index] * (4.0) * x[index];
      if (0 < grid_row)
        sum += x[index] * (-1.0) * x[index - lin_size];
      if (grid_row < lin_size - 1)
        sum += x[index] * (-1.0) * x[index + lin_size];
      if (0 < grid_col)
        sum += x[index] * (-1.0) * x[index - 1];
      if (grid_col < lin_size - 1)
        sum += x[index] * (-1.0) * x[index + 1];
    }
  }
  return sum;
}


x86 assembly (clang, -O0):
<vec_mat_vec_mult_2d>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %edi,-0x4(%rbp)
mov    %esi,-0x8(%rbp)
mov    %rdx,-0x10(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    12bf <vec_mat_vec_mult_2d+0x1bf>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0x8(%rbp),%eax
jge    12ac <vec_mat_vec_mult_2d+0x1ac>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
imul   -0x8(%rbp),%eax
add    -0x20(%rbp),%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  0xea7(%rip),%xmm0
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x18(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
xor    %eax,%eax
cmp    -0x1c(%rbp),%eax
jge    11c1 <vec_mat_vec_mult_2d+0xc1>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  0xe70(%rip),%xmm0
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
sub    -0x8(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x18(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
mov    -0x1c(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    120b <vec_mat_vec_mult_2d+0x10b>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  0xe26(%rip),%xmm0
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    -0x8(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x18(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
xor    %eax,%eax
cmp    -0x20(%rbp),%eax
jge    124f <vec_mat_vec_mult_2d+0x14f>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  0xde2(%rip),%xmm0
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x18(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
mov    -0x8(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
cmp    %ecx,%eax
jge    1299 <vec_mat_vec_mult_2d+0x199>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  0xd98(%rip),%xmm0
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x24(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
movsd  -0x18(%rbp),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x18(%rbp)
jmp    129e <vec_mat_vec_mult_2d+0x19e>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    1130 <vec_mat_vec_mult_2d+0x30>
jmp    12b1 <vec_mat_vec_mult_2d+0x1b1>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    111d <vec_mat_vec_mult_2d+0x1d>
movsd  -0x18(%rbp),%xmm0
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<vec_mat_vec_mult_2d>:
push   %r14
push   %rbx
test   %esi,%esi
jle    122b <vec_mat_vec_mult_2d+0x12b>
lea    -0x1(%rsi),%eax
mov    %esi,%r11d
lea    0x0(,%r11,8),%r8
mov    %rdx,%r10
sub    %r8,%r10
lea    (%rdx,%r11,8),%r9
xorpd  %xmm3,%xmm3
xor    %edi,%edi
movsd  0xecf(%rip),%xmm1
mov    %rdx,%rcx
jmp    115a <vec_mat_vec_mult_2d+0x5a>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%rdi
add    %r8,%rcx
add    %r8,%r10
add    %r8,%r9
movapd %xmm0,%xmm3
cmp    %r11,%rdi
je     122f <vec_mat_vec_mult_2d+0x12f>
mov    %rdi,%r14
imul   %r11,%r14
movsd  (%rdx,%r14,8),%xmm2
movapd %xmm2,%xmm0
mulsd  %xmm1,%xmm0
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm3,%xmm0
test   %rdi,%rdi
je     118f <vec_mat_vec_mult_2d+0x8f>
mov    %r14,%rbx
sub    %r11,%rbx
movsd  (%rdx,%rbx,8),%xmm3
mulsd  %xmm2,%xmm3
subsd  %xmm3,%xmm0
cmp    %rax,%rdi
jae    11a5 <vec_mat_vec_mult_2d+0xa5>
lea    (%r14,%r11,1),%rbx
movsd  (%rdx,%rbx,8),%xmm3
mulsd  %xmm2,%xmm3
subsd  %xmm3,%xmm0
cmp    $0x1,%esi
je     1140 <vec_mat_vec_mult_2d+0x40>
mulsd  0x8(%rdx,%r14,8),%xmm2
subsd  %xmm2,%xmm0
mov    $0x1,%ebx
movapd %xmm0,%xmm3
jmp    11d1 <vec_mat_vec_mult_2d+0xd1>
add    $0x1,%rbx
movapd %xmm0,%xmm3
cmp    %rbx,%r11
je     1140 <vec_mat_vec_mult_2d+0x40>
movsd  (%rcx,%rbx,8),%xmm2
movapd %xmm2,%xmm0
mulsd  %xmm1,%xmm0
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm3,%xmm0
test   %rdi,%rdi
je     11f9 <vec_mat_vec_mult_2d+0xf9>
movsd  (%r10,%rbx,8),%xmm3
mulsd  %xmm2,%xmm3
subsd  %xmm3,%xmm0
cmp    %rax,%rdi
jae    120c <vec_mat_vec_mult_2d+0x10c>
movsd  (%r9,%rbx,8),%xmm3
mulsd  %xmm2,%xmm3
subsd  %xmm3,%xmm0
movsd  -0x8(%rcx,%rbx,8),%xmm3
mulsd  %xmm2,%xmm3
subsd  %xmm3,%xmm0
cmp    %rax,%rbx
jae    11c0 <vec_mat_vec_mult_2d+0xc0>
mulsd  0x8(%rcx,%rbx,8),%xmm2
subsd  %xmm2,%xmm0
jmp    11c0 <vec_mat_vec_mult_2d+0xc0>
xorpd  %xmm0,%xmm0
pop    %rbx
pop    %r14
ret

LLVM IR (-O0):
define double @vec_mat_vec_mult_2d(i32 %0, i32 %1, double* %2) {
%4 = alloca i32
%5 = alloca i32
%6 = alloca double*
%7 = alloca double
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
store i32 %0, i32* %4
store i32 %1, i32* %5
store double* %2, double** %6
store double 0.000000e+00, double* %7
store i32 0, i32* %8
br label %11
11: ; preds = %121, %3
%12 = load i32, i32* %8
%13 = load i32, i32* %5
%14 = icmp slt i32 %12, %13
br i1 %14, label %15, label %124
15: ; preds = %11
store i32 0, i32* %9
br label %16
16: ; preds = %117, %15
%17 = load i32, i32* %9
%18 = load i32, i32* %5
%19 = icmp slt i32 %17, %18
br i1 %19, label %20, label %120
20: ; preds = %16
%21 = load i32, i32* %8
%22 = load i32, i32* %5
%23 = mul nsw i32 %21, %22
%24 = load i32, i32* %9
%25 = add nsw i32 %23, %24
store i32 %25, i32* %10
%26 = load double*, double** %6
%27 = load i32, i32* %10
%28 = sext i32 %27 to i64
%29 = getelementptr inbounds double, double* %26, i64 %28
%30 = load double, double* %29
%31 = fmul double %30, 4.000000e+00
%32 = load double*, double** %6
%33 = load i32, i32* %10
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds double, double* %32, i64 %34
%36 = load double, double* %35
%37 = load double, double* %7
%38 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %31, double %36, double %37)
store double %38, double* %7
%39 = load i32, i32* %8
%40 = icmp slt i32 0, %39
br i1 %40, label %41, label %57
41: ; preds = %20
%42 = load double*, double** %6
%43 = load i32, i32* %10
%44 = sext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds double, double* %42, i64 %44
%46 = load double, double* %45
%47 = fmul double %46, -1.000000e+00
%48 = load double*, double** %6
%49 = load i32, i32* %10
%50 = load i32, i32* %5
%51 = sub nsw i32 %49, %50
%52 = sext i32 %51 to i64
%53 = getelementptr inbounds double, double* %48, i64 %52
%54 = load double, double* %53
%55 = load double, double* %7
%56 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %47, double %54, double %55)
store double %56, double* %7
br label %57
57: ; preds = %41, %20
%58 = load i32, i32* %8
%59 = load i32, i32* %5
%60 = sub nsw i32 %59, 1
%61 = icmp slt i32 %58, %60
br i1 %61, label %62, label %78
62: ; preds = %57
%63 = load double*, double** %6
%64 = load i32, i32* %10
%65 = sext i32 %64 to i64
%66 = getelementptr inbounds double, double* %63, i64 %65
%67 = load double, double* %66
%68 = fmul double %67, -1.000000e+00
%69 = load double*, double** %6
%70 = load i32, i32* %10
%71 = load i32, i32* %5
%72 = add nsw i32 %70, %71
%73 = sext i32 %72 to i64
%74 = getelementptr inbounds double, double* %69, i64 %73
%75 = load double, double* %74
%76 = load double, double* %7
%77 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %68, double %75, double %76)
store double %77, double* %7
br label %78
78: ; preds = %62, %57
%79 = load i32, i32* %9
%80 = icmp slt i32 0, %79
br i1 %80, label %81, label %96
81: ; preds = %78
%82 = load double*, double** %6
%83 = load i32, i32* %10
%84 = sext i32 %83 to i64
%85 = getelementptr inbounds double, double* %82, i64 %84
%86 = load double, double* %85
%87 = fmul double %86, -1.000000e+00
%88 = load double*, double** %6
%89 = load i32, i32* %10
%90 = sub nsw i32 %89, 1
%91 = sext i32 %90 to i64
%92 = getelementptr inbounds double, double* %88, i64 %91
%93 = load double, double* %92
%94 = load double, double* %7
%95 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %87, double %93, double %94)
store double %95, double* %7
br label %96
96: ; preds = %81, %78
%97 = load i32, i32* %9
%98 = load i32, i32* %5
%99 = sub nsw i32 %98, 1
%100 = icmp slt i32 %97, %99
br i1 %100, label %101, label %116
101: ; preds = %96
%102 = load double*, double** %6
%103 = load i32, i32* %10
%104 = sext i32 %103 to i64
%105 = getelementptr inbounds double, double* %102, i64 %104
%106 = load double, double* %105
%107 = fmul double %106, -1.000000e+00
%108 = load double*, double** %6
%109 = load i32, i32* %10
%110 = add nsw i32 %109, 1
%111 = sext i32 %110 to i64
%112 = getelementptr inbounds double, double* %108, i64 %111
%113 = load double, double* %112
%114 = load double, double* %7
%115 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %107, double %113, double %114)
store double %115, double* %7
br label %116
116: ; preds = %101, %96
br label %117
117: ; preds = %116
%118 = load i32, i32* %9
%119 = add nsw i32 %118, 1
store i32 %119, i32* %9
br label %16
120: ; preds = %16
br label %121
121: ; preds = %120
%122 = load i32, i32* %8
%123 = add nsw i32 %122, 1
store i32 %123, i32* %8
br label %11
124: ; preds = %11
%125 = load double, double* %7
ret double %125
}

LLVM IR (-O2):
define double @vec_mat_vec_mult_2d(i32 %0, i32 %1, double* nocapture %2) {
%4 = icmp sgt i32 %1, 0
br i1 %4, label %5, label %43
5: ; preds = %3
%6 = add nsw i32 %1, -1
%7 = zext i32 %1 to i64
%8 = zext i32 %6 to i64
%9 = zext i32 %1 to i64
%10 = icmp eq i32 %1, 1
br label %11
11: ; preds = %45, %5
%12 = phi i64 [ 0, %5 ], [ %47, %45 ]
%13 = phi double [ 0.000000e+00, %5 ], [ %46, %45 ]
%14 = mul nsw i64 %12, %7
%15 = icmp eq i64 %12, 0
%16 = icmp ult i64 %12, %8
%17 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %14
%18 = load double, double* %17
%19 = fmul double %18, 4.000000e+00
%20 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %19, double %18, double %13)
br i1 %15, label %27, label %21
21: ; preds = %11
%22 = fneg double %18
%23 = sub nsw i64 %14, %7
%24 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %23
%25 = load double, double* %24
%26 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %22, double %25, double %20)
br label %27
27: ; preds = %21, %11
%28 = phi double [ %26, %21 ], [ %20, %11 ]
br i1 %16, label %29, label %35
29: ; preds = %27
%30 = fneg double %18
%31 = add nuw nsw i64 %14, %7
%32 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %31
%33 = load double, double* %32
%34 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %30, double %33, double %28)
br label %35
35: ; preds = %27, %29
%36 = phi double [ %34, %29 ], [ %28, %27 ]
br i1 %10, label %45, label %37
37: ; preds = %35
%38 = fneg double %18
%39 = add nuw nsw i64 %14, 1
%40 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %39
%41 = load double, double* %40
%42 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %38, double %41, double %36)
br label %49
43: ; preds = %45, %3
%44 = phi double [ 0.000000e+00, %3 ], [ %46, %45 ]
ret double %44
45: ; preds = %85, %35
%46 = phi double [ %36, %35 ], [ %86, %85 ]
%47 = add nuw nsw i64 %12, 1
%48 = icmp eq i64 %47, %9
br i1 %48, label %43, label %11
49: ; preds = %37, %85
%50 = phi i64 [ 1, %37 ], [ %87, %85 ]
%51 = phi double [ %42, %37 ], [ %86, %85 ]
%52 = add nuw nsw i64 %50, %14
%53 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %52
%54 = load double, double* %53
%55 = fmul double %54, 4.000000e+00
%56 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %55, double %54, double %51)
br i1 %15, label %63, label %57
57: ; preds = %49
%58 = fneg double %54
%59 = sub nsw i64 %52, %7
%60 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %59
%61 = load double, double* %60
%62 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %58, double %61, double %56)
br label %63
63: ; preds = %57, %49
%64 = phi double [ %62, %57 ], [ %56, %49 ]
br i1 %16, label %65, label %71
65: ; preds = %63
%66 = fneg double %54
%67 = add nuw nsw i64 %52, %7
%68 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %67
%69 = load double, double* %68
%70 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %66, double %69, double %64)
br label %71
71: ; preds = %65, %63
%72 = phi double [ %70, %65 ], [ %64, %63 ]
%73 = fneg double %54
%74 = add nsw i64 %52, -1
%75 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %74
%76 = load double, double* %75
%77 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %73, double %76, double %72)
%78 = icmp ult i64 %50, %8
br i1 %78, label %79, label %85
79: ; preds = %71
%80 = fneg double %54
%81 = add nuw nsw i64 %52, 1
%82 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %81
%83 = load double, double* %82
%84 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %80, double %83, double %77)
br label %85
85: ; preds = %79, %71
%86 = phi double [ %84, %79 ], [ %77, %71 ]
%87 = add nuw nsw i64 %50, 1
%88 = icmp eq i64 %87, %9
br i1 %88, label %45, label %49
}