void compute(unsigned long **a, unsigned long **b, unsigned long **c,
             unsigned long **d, int N) {
  for (int j = 1; j < N; j++) {
    for (int i = 1; i < N; i++) {
      a[i][j] = a[i][j] * b[i][j];
      b[i][j + 1] = 2 * a[i][j] * c[i - 1][j];
      c[i][j] = 3 * d[i][j];
      d[i][j] = 2 * c[i + 1][j];
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<compute>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
mov    %rcx,-0x20(%rbp)
mov    %r8d,-0x24(%rbp)
movl   $0x1,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
jge    1241 <compute+0x141>
movl   $0x1,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
jge    122e <compute+0x12e>
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
imul   (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
shl    $0x1,%rdx
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
imul   (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
imul   $0x3,(%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
shl    $0x1,%rdx
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1132 <compute+0x32>
jmp    1233 <compute+0x133>
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    111f <compute+0x1f>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<compute>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
cmp    $0x2,%r8d
jl     119d <compute+0x9d>
mov    %r8d,%eax
mov    (%rdx),%rbp
mov    %rbp,-0x8(%rsp)
mov    0x8(%rdx),%r10
mov    %rax,%r9
lea    -0x1(%rax),%r11
mov    $0x1,%r15d
lea    0x1(%r15),%r14
xor    %ebx,%ebx
mov    %r10,%rax
mov    -0x8(%rsp),%r12
xchg   %ax,%ax
mov    0x8(%rdi,%rbx,8),%r13
mov    0x8(%rsi,%rbx,8),%rbp
mov    0x0(%rbp,%r15,8),%r8
imul   0x0(%r13,%r15,8),%r8
mov    %r8,0x0(%r13,%r15,8)
imul   (%r12,%r15,8),%r8
add    %r8,%r8
mov    %r8,0x0(%rbp,%r14,8)
mov    0x8(%rcx,%rbx,8),%r8
mov    (%r8,%r15,8),%rbp
lea    0x0(%rbp,%rbp,2),%rbp
mov    %rbp,(%rax,%r15,8)
mov    %rax,%r12
mov    0x10(%rdx,%rbx,8),%rax
mov    (%rax,%r15,8),%rbp
add    %rbp,%rbp
mov    %rbp,(%r8,%r15,8)
add    $0x1,%rbx
cmp    %rbx,%r11
jne    1140 <compute+0x40>
mov    %r14,%r15
cmp    %r9,%r14
jne    1130 <compute+0x30>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

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

LLVM IR (-O2):
define void @compute(i64** nocapture %0, i64** nocapture %1, i64** nocapture %2, i64** nocapture %3, i32 %4) {
%6 = icmp sgt i32 %4, 1
br i1 %6, label %7, label %15
7: ; preds = %5
%8 = zext i32 %4 to i64
%9 = load i64*, i64** %2
%10 = getelementptr inbounds i64*, i64** %2, i64 1
%11 = load i64*, i64** %10
br label %12
12: ; preds = %16, %7
%13 = phi i64 [ 1, %7 ], [ %14, %16 ]
%14 = add nuw nsw i64 %13, 1
br label %18
15: ; preds = %16, %5
ret void
16: ; preds = %18
%17 = icmp eq i64 %14, %8
br i1 %17, label %15, label %12
18: ; preds = %12, %18
%19 = phi i64* [ %11, %12 ], [ %44, %18 ]
%20 = phi i64* [ %9, %12 ], [ %19, %18 ]
%21 = phi i64 [ 1, %12 ], [ %42, %18 ]
%22 = getelementptr inbounds i64*, i64** %0, i64 %21
%23 = load i64*, i64** %22
%24 = getelementptr inbounds i64, i64* %23, i64 %13
%25 = load i64, i64* %24
%26 = getelementptr inbounds i64*, i64** %1, i64 %21
%27 = load i64*, i64** %26
%28 = getelementptr inbounds i64, i64* %27, i64 %13
%29 = load i64, i64* %28
%30 = mul i64 %29, %25
store i64 %30, i64* %24
%31 = shl i64 %30, 1
%32 = getelementptr inbounds i64, i64* %20, i64 %13
%33 = load i64, i64* %32
%34 = mul i64 %31, %33
%35 = getelementptr inbounds i64, i64* %27, i64 %14
store i64 %34, i64* %35
%36 = getelementptr inbounds i64*, i64** %3, i64 %21
%37 = load i64*, i64** %36
%38 = getelementptr inbounds i64, i64* %37, i64 %13
%39 = load i64, i64* %38
%40 = mul i64 %39, 3
%41 = getelementptr inbounds i64, i64* %19, i64 %13
store i64 %40, i64* %41
%42 = add nuw nsw i64 %21, 1
%43 = getelementptr inbounds i64*, i64** %2, i64 %42
%44 = load i64*, i64** %43
%45 = getelementptr inbounds i64, i64* %44, i64 %13
%46 = load i64, i64* %45
%47 = shl i64 %46, 1
store i64 %47, i64* %38
%48 = icmp eq i64 %42, %8
br i1 %48, label %16, label %18
}