void gemm(double m1[1024 * 1024], double m2[1024 * 1024],
          double prod[1024 * 1024]) {
  int i, j, k;
  int k_col, i_col;
  double mult;
outer:
  for (i = 0; i < 1024; i++) {
  middle:
    for (j = 0; j < 1024; j++) {
      i_col = i * 1024;
      double sum = 0;
    inner:
      for (k = 0; k < 1024; k++) {
        k_col = k * 1024;
        mult = m1[i_col + k] * m2[k_col + j];
        sum += mult;
      }
      prod[i_col + j] = sum;
    }
  }
}


x86 assembly (clang, -O0):
<gemm>:
push   %rbp
mov    %rsp,%rbp
mov    %rdi,-0x8(%rbp)
mov    %rsi,-0x10(%rbp)
mov    %rdx,-0x18(%rbp)
movl   $0x0,-0x1c(%rbp)
cmpl   $0x400,-0x1c(%rbp)
jge    11e9 <gemm+0xe9>
jmp    1129 <gemm+0x29>
movl   $0x0,-0x20(%rbp)
cmpl   $0x400,-0x20(%rbp)
jge    11d6 <gemm+0xd6>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
shl    $0xa,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
xorps  %xmm0,%xmm0
movsd  %xmm0,-0x40(%rbp)
movl   $0x0,-0x24(%rbp)
cmpl   $0x400,-0x24(%rbp)
jge    11b1 <gemm+0xb1>
mov    -0x24(%rbp),%eax
shl    $0xa,%eax
mov    %eax,-0x28(%rbp)
mov    -0x8(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
add    -0x24(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
mov    -0x10(%rbp),%rax
mov    -0x28(%rbp),%ecx
add    -0x20(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
mulsd  (%rax,%rcx,8),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x38(%rbp)
movsd  -0x38(%rbp),%xmm0
addsd  -0x40(%rbp),%xmm0
movsd  %xmm0,-0x40(%rbp)
mov    -0x24(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x24(%rbp)
jmp    1155 <gemm+0x55>
movsd  -0x40(%rbp),%xmm0
mov    -0x18(%rbp),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
add    -0x20(%rbp),%ecx
movslq %ecx,%rcx
movsd  %xmm0,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x20(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x20(%rbp)
jmp    1130 <gemm+0x30>
jmp    11db <gemm+0xdb>
mov    -0x1c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x1c(%rbp)
jmp    1117 <gemm+0x17>
pop    %rbp
ret

x86 assembly (clang, -O2):
<gemm>:
add    $0x2000,%rsi
add    $0x8,%rdi
xor    %r8d,%r8d
xchg   %ax,%ax
mov    %r8,%r9
shl    $0xa,%r9
mov    %rsi,%r10
xor    %r11d,%r11d
nopl   (%rax)
xorpd  %xmm0,%xmm0
mov    %r10,%rax
xor    %ecx,%ecx
nopl   0x0(%rax)
movsd  -0x8(%rdi,%rcx,8),%xmm1
mulsd  -0x2000(%rax),%xmm1
ff
addsd  %xmm0,%xmm1
movsd  (%rdi,%rcx,8),%xmm0
mulsd  (%rax),%xmm0
addsd  %xmm1,%xmm0
add    $0x2,%rcx
add    $0x4000,%rax
cmp    $0x400,%rcx
jne    1130 <gemm+0x30>
lea    (%r11,%r9,1),%rax
movsd  %xmm0,(%rdx,%rax,8)
add    $0x1,%r11
add    $0x8,%r10
cmp    $0x400,%r11
jne    1120 <gemm+0x20>
add    $0x1,%r8
add    $0x2000,%rdi
cmp    $0x400,%r8
jne    1110 <gemm+0x10>
ret

LLVM IR (-O0):
define void @gemm(double* %0, double* %1, double* %2) {
%4 = alloca double*
%5 = alloca double*
%6 = alloca double*
%7 = alloca i32
%8 = alloca i32
%9 = alloca i32
%10 = alloca i32
%11 = alloca i32
%12 = alloca double
%13 = alloca double
store double* %0, double** %4
store double* %1, double** %5
store double* %2, double** %6
br label %14
14: ; preds = %3
store i32 0, i32* %7
br label %15
15: ; preds = %66, %14
%16 = load i32, i32* %7
%17 = icmp slt i32 %16, 1024
br i1 %17, label %18, label %69
18: ; preds = %15
br label %19
19: ; preds = %18
store i32 0, i32* %8
br label %20
20: ; preds = %62, %19
%21 = load i32, i32* %8
%22 = icmp slt i32 %21, 1024
br i1 %22, label %23, label %65
23: ; preds = %20
%24 = load i32, i32* %7
%25 = mul nsw i32 %24, 1024
store i32 %25, i32* %11
store double 0.000000e+00, double* %13
br label %26
26: ; preds = %23
store i32 0, i32* %9
br label %27
27: ; preds = %51, %26
%28 = load i32, i32* %9
%29 = icmp slt i32 %28, 1024
br i1 %29, label %30, label %54
30: ; preds = %27
%31 = load i32, i32* %9
%32 = mul nsw i32 %31, 1024
store i32 %32, i32* %10
%33 = load double*, double** %4
%34 = load i32, i32* %11
%35 = load i32, i32* %9
%36 = add nsw i32 %34, %35
%37 = sext i32 %36 to i64
%38 = getelementptr inbounds double, double* %33, i64 %37
%39 = load double, double* %38
%40 = load double*, double** %5
%41 = load i32, i32* %10
%42 = load i32, i32* %8
%43 = add nsw i32 %41, %42
%44 = sext i32 %43 to i64
%45 = getelementptr inbounds double, double* %40, i64 %44
%46 = load double, double* %45
%47 = fmul double %39, %46
store double %47, double* %12
%48 = load double, double* %12
%49 = load double, double* %13
%50 = fadd double %49, %48
store double %50, double* %13
br label %51
51: ; preds = %30
%52 = load i32, i32* %9
%53 = add nsw i32 %52, 1
store i32 %53, i32* %9
br label %27
54: ; preds = %27
%55 = load double, double* %13
%56 = load double*, double** %6
%57 = load i32, i32* %11
%58 = load i32, i32* %8
%59 = add nsw i32 %57, %58
%60 = sext i32 %59 to i64
%61 = getelementptr inbounds double, double* %56, i64 %60
store double %55, double* %61
br label %62
62: ; preds = %54
%63 = load i32, i32* %8
%64 = add nsw i32 %63, 1
store i32 %64, i32* %8
br label %20
65: ; preds = %20
br label %66
66: ; preds = %65
%67 = load i32, i32* %7
%68 = add nsw i32 %67, 1
store i32 %68, i32* %7
br label %15
69: ; preds = %15
ret void
}

LLVM IR (-O2):
define void @gemm(double* nocapture %0, double* nocapture %1, double* nocapture writeonly %2) {
br label %4
4: ; preds = %3, %38
%5 = phi i64 [ 0, %3 ], [ %39, %38 ]
%6 = shl nsw i64 %5, 10
br label %7
7: ; preds = %4, %33
%8 = phi i64 [ 0, %4 ], [ %36, %33 ]
br label %9
9: ; preds = %9, %7
%10 = phi i64 [ 0, %7 ], [ %31, %9 ]
%11 = phi double [ 0.000000e+00, %7 ], [ %30, %9 ]
%12 = shl nuw nsw i64 %10, 10
%13 = add nuw nsw i64 %10, %6
%14 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %13
%15 = load double, double* %14
%16 = add nuw nsw i64 %12, %8
%17 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %16
%18 = load double, double* %17
%19 = fmul double %15, %18
%20 = fadd double %11, %19
%21 = or i64 %10, 1
%22 = shl nuw nsw i64 %21, 10
%23 = add nuw nsw i64 %21, %6
%24 = getelementptr inbounds double, double* %0, i64 %23
%25 = load double, double* %24
%26 = add nuw nsw i64 %22, %8
%27 = getelementptr inbounds double, double* %1, i64 %26
%28 = load double, double* %27
%29 = fmul double %25, %28
%30 = fadd double %20, %29
%31 = add nuw nsw i64 %10, 2
%32 = icmp eq i64 %31, 1024
br i1 %32, label %33, label %9
33: ; preds = %9
%34 = add nuw nsw i64 %8, %6
%35 = getelementptr inbounds double, double* %2, i64 %34
store double %30, double* %35
%36 = add nuw nsw i64 %8, 1
%37 = icmp eq i64 %36, 1024
br i1 %37, label %38, label %7
38: ; preds = %33
%39 = add nuw nsw i64 %5, 1
%40 = icmp eq i64 %39, 1024
br i1 %40, label %41, label %4
41: ; preds = %38
ret void
}