void ata_v2(void *pa, void *pata, int m, int n, int n_large) {
  register int i, j, k;
  double *a = (double *)pa;
  double *ata = (double *)pata;
  for (i = 0; i < n; i++) {
    for (j = 0; j < n; j++) {
      *(ata + i * n_large + j) = 0.0;
      for (k = 0; k < m; k++)
        *(ata + i * n_large + j) +=
            *(a + k * n_large + i) * *(a + k * n_large + j);
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<ata_v2>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %edx,-0x14(%rbp)
mov    %ecx,-0x18(%rbp)
mov    %r8d,-0x1c(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x30(%rbp)
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    %rax,-0x38(%rbp)
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
mov    -0x20(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    121b <ata_v2+0x11b>
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
cmp    -0x18(%rbp),%eax
jge    1208 <ata_v2+0x108>
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
movl   $0x0,-0x28(%rbp)
mov    -0x28(%rbp),%eax
cmp    -0x14(%rbp),%eax
jge    11f5 <ata_v2+0xf5>
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x20(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x30(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm2
mov    -0x38(%rbp),%rax
mov    -0x20(%rbp),%ecx
imul   -0x1c(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
shl    $0x3,%rcx
add    %rcx,%rax
movslq -0x24(%rbp),%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm1
mulsd  %xmm2,%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x28(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
jmp    1174 <ata_v2+0x74>
jmp    11fa <ata_v2+0xfa>
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1140 <ata_v2+0x40>
jmp    120d <ata_v2+0x10d>
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    112d <ata_v2+0x2d>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<ata_v2>:
push   %rbp
push   %r15
push   %r14
push   %r13
push   %r12
push   %rbx
mov    %rsi,-0x8(%rsp)
mov    %rdi,-0x20(%rsp)
test   %ecx,%ecx
jle    1245 <ata_v2+0x145>
movslq %r8d,%r12
mov    %ecx,%r11d
mov    %edx,%r9d
mov    %r9d,%r15d
and    $0xfffffffe,%r15d
mov    -0x20(%rsp),%r13
lea    0x0(,%r12,8),%rax
add    %r13,%rax
mov    %r12,-0x18(%rsp)
shl    $0x4,%r12
xor    %r14d,%r14d
mov    %rax,-0x10(%rsp)
mov    -0x20(%rsp),%rdi
jmp    1175 <ata_v2+0x75>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
xchg   %ax,%ax
add    $0x1,%r14
add    $0x8,%rax
add    $0x8,%r13
cmp    %r11,%r14
je     1245 <ata_v2+0x145>
mov    %r14,%rcx
imul   -0x18(%rsp),%rcx
mov    -0x8(%rsp),%rsi
lea    (%rsi,%rcx,8),%rcx
mov    -0x20(%rsp),%rbx
mov    -0x10(%rsp),%rbp
xor    %r10d,%r10d
jmp    11b1 <ata_v2+0xb1>
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
add    $0x1,%r10
add    $0x8,%rbp
add    $0x8,%rbx
cmp    %r11,%r10
je     1160 <ata_v2+0x60>
movq   $0x0,(%rcx,%r10,8)
test   %edx,%edx
jle    11a0 <ata_v2+0xa0>
xorpd  %xmm0,%xmm0
cmp    $0x1,%edx
jne    11d0 <ata_v2+0xd0>
xor    %esi,%esi
jmp    121a <ata_v2+0x11a>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
xor    %r8d,%r8d
xor    %esi,%esi
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
nop
movsd  0x0(%r13,%r8,1),%xmm1
mulsd  (%rbx,%r8,1),%xmm1
addsd  %xmm0,%xmm1
movsd  %xmm1,(%rcx,%r10,8)
movsd  (%rax,%r8,1),%xmm0
mulsd  0x0(%rbp,%r8,1),%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
movsd  %xmm0,(%rcx,%r10,8)
add    $0x2,%rsi
add    %r12,%r8
cmp    %rsi,%r15
jne    11e0 <ata_v2+0xe0>
test   $0x1,%r9b
je     11a0 <ata_v2+0xa0>
imul   -0x18(%rsp),%rsi
lea    (%rdi,%rsi,8),%rsi
movsd  (%rsi,%r14,8),%xmm1
mulsd  (%rsi,%r10,8),%xmm1
addsd  %xmm0,%xmm1
movsd  %xmm1,(%rcx,%r10,8)
jmp    11a0 <ata_v2+0xa0>
pop    %rbx
pop    %r12
pop    %r13
pop    %r14
pop    %r15
pop    %rbp
ret

LLVM IR (-O0):
define void @ata_v2(i8* %0, i8* %1, i32 %2, i32 %3, i32 %4) {
%6 = alloca i8*
%7 = alloca i8*
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca i32
%13 = alloca i32
%14 = alloca double*
%15 = alloca double*
store i8* %0, i8** %6
store i8* %1, i8** %7
store i32 %2, i32* %8
store i32 %3, i32* %9
store i32 %4, i32* %10
%16 = load i8*, i8** %6
%17 = bitcast i8* %16 to double*
store double* %17, double** %14
%18 = load i8*, i8** %7
%19 = bitcast i8* %18 to double*
store double* %19, double** %15
store i32 0, i32* %11
br label %20
20: ; preds = %83, %5
%21 = load i32, i32* %11
%22 = load i32, i32* %9
%23 = icmp slt i32 %21, %22
br i1 %23, label %24, label %86
24: ; preds = %20
store i32 0, i32* %12
br label %25
25: ; preds = %79, %24
%26 = load i32, i32* %12
%27 = load i32, i32* %9
%28 = icmp slt i32 %26, %27
br i1 %28, label %29, label %82
29: ; preds = %25
%30 = load double*, double** %15
%31 = load i32, i32* %11
%32 = load i32, i32* %10
%33 = mul nsw i32 %31, %32
%34 = sext i32 %33 to i64
%35 = getelementptr inbounds double, double* %30, i64 %34
%36 = load i32, i32* %12
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds double, double* %35, i64 %37
store double 0.000000e+00, double* %38
store i32 0, i32* %13
br label %39
39: ; preds = %75, %29
%40 = load i32, i32* %13
%41 = load i32, i32* %8
%42 = icmp slt i32 %40, %41
br i1 %42, label %43, label %78
43: ; preds = %39
%44 = load double*, double** %14
%45 = load i32, i32* %13
%46 = load i32, i32* %10
%47 = mul nsw i32 %45, %46
%48 = sext i32 %47 to i64
%49 = getelementptr inbounds double, double* %44, i64 %48
%50 = load i32, i32* %11
%51 = sext i32 %50 to i64
%52 = getelementptr inbounds double, double* %49, i64 %51
%53 = load double, double* %52
%54 = load double*, double** %14
%55 = load i32, i32* %13
%56 = load i32, i32* %10
%57 = mul nsw i32 %55, %56
%58 = sext i32 %57 to i64
%59 = getelementptr inbounds double, double* %54, i64 %58
%60 = load i32, i32* %12
%61 = sext i32 %60 to i64
%62 = getelementptr inbounds double, double* %59, i64 %61
%63 = load double, double* %62
%64 = load double*, double** %15
%65 = load i32, i32* %11
%66 = load i32, i32* %10
%67 = mul nsw i32 %65, %66
%68 = sext i32 %67 to i64
%69 = getelementptr inbounds double, double* %64, i64 %68
%70 = load i32, i32* %12
%71 = sext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds double, double* %69, i64 %71
%73 = load double, double* %72
%74 = call double @llvm.fmuladd.f64(double %53, double %63, double %73)
store double %74, double* %72
br label %75
75: ; preds = %43
%76 = load i32, i32* %13
%77 = add nsw i32 %76, 1
store i32 %77, i32* %13
br label %39
78: ; preds = %39
br label %79
79: ; preds = %78
%80 = load i32, i32* %12
%81 = add nsw i32 %80, 1
store i32 %81, i32* %12
br label %25
82: ; preds = %25
br label %83
83: ; preds = %82
%84 = load i32, i32* %11
%85 = add nsw i32 %84, 1
store i32 %85, i32* %11
br label %20
86: ; preds = %20
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @ata_v2(i8* nocapture %0, i8* nocapture %1, i32 %2, i32 %3, i32 %4) {
%6 = bitcast i8* %0 to double*
%7 = bitcast i8* %1 to double*
%8 = icmp sgt i32 %3, 0
br i1 %8, label %9, label %65
9: ; preds = %5
%10 = icmp sgt i32 %2, 0
%11 = sext i32 %4 to i64
%12 = zext i32 %3 to i64
%13 = zext i32 %2 to i64
%14 = and i64 %13, 1
%15 = icmp eq i32 %2, 1
%16 = and i64 %13, 4294967294
%17 = icmp eq i64 %14, 0
br label %18
18: ; preds = %62, %9
%19 = phi i64 [ 0, %9 ], [ %63, %62 ]
%20 = mul nsw i64 %19, %11
%21 = getelementptr inbounds double, double* %7, i64 %20
br label %22
22: ; preds = %18, %59
%23 = phi i64 [ 0, %18 ], [ %60, %59 ]
%24 = getelementptr inbounds double, double* %21, i64 %23
store double 0.000000e+00, double* %24
br i1 %10, label %25, label %59
25: ; preds = %22
br i1 %15, label %48, label %26
26: ; preds = %25, %26
%27 = phi double [ %44, %26 ], [ 0.000000e+00, %25 ]
%28 = phi i64 [ %45, %26 ], [ 0, %25 ]
%29 = phi i64 [ %46, %26 ], [ 0, %25 ]
%30 = mul nsw i64 %28, %11
%31 = getelementptr inbounds double, double* %6, i64 %30
%32 = getelementptr inbounds double, double* %31, i64 %19
%33 = load double, double* %32
%34 = getelementptr inbounds double, double* %31, i64 %23
%35 = load double, double* %34
%36 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %33, double %35, double %27)
store double %36, double* %24
%37 = or i64 %28, 1
%38 = mul nsw i64 %37, %11
%39 = getelementptr inbounds double, double* %6, i64 %38
%40 = getelementptr inbounds double, double* %39, i64 %19
%41 = load double, double* %40
%42 = getelementptr inbounds double, double* %39, i64 %23
%43 = load double, double* %42
%44 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %41, double %43, double %36)
store double %44, double* %24
%45 = add nuw nsw i64 %28, 2
%46 = add i64 %29, 2
%47 = icmp eq i64 %46, %16
br i1 %47, label %48, label %26
48: ; preds = %26, %25
%49 = phi double [ 0.000000e+00, %25 ], [ %44, %26 ]
%50 = phi i64 [ 0, %25 ], [ %45, %26 ]
br i1 %17, label %59, label %51
51: ; preds = %48
%52 = mul nsw i64 %50, %11
%53 = getelementptr inbounds double, double* %6, i64 %52
%54 = getelementptr inbounds double, double* %53, i64 %19
%55 = load double, double* %54
%56 = getelementptr inbounds double, double* %53, i64 %23
%57 = load double, double* %56
%58 = tail call double @llvm.fmuladd.f64(double %55, double %57, double %49)
store double %58, double* %24
br label %59
59: ; preds = %51, %48, %22
%60 = add nuw nsw i64 %23, 1
%61 = icmp eq i64 %60, %12
br i1 %61, label %62, label %22
62: ; preds = %59
%63 = add nuw nsw i64 %19, 1
%64 = icmp eq i64 %63, %12
br i1 %64, label %65, label %18
65: ; preds = %62, %5
ret void
}