void compute(unsigned long **a, unsigned long **b, unsigned long **c,
             unsigned long **d, int N) {
  for (int i = 1; i < N; i++) {
    for (int j = 1; j < N; j++) {
      a[i][j] = 3 * b[i][j];
      b[i][j + 1] = c[i][j] * c[i][j];
      c[i][j - 1] = a[i][j] * d[i][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    120c <compute+0x10c>
movl   $0x1,-0x2c(%rbp)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
cmp    -0x24(%rbp),%eax
jge    11f9 <compute+0xf9>
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
imul   $0x3,(%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
imul   (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x10(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
add    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x8(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x20(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
movslq -0x2c(%rbp),%rcx
imul   (%rax,%rcx,8),%rdx
mov    -0x18(%rbp),%rax
movslq -0x28(%rbp),%rcx
mov    (%rax,%rcx,8),%rax
mov    -0x2c(%rbp),%ecx
sub    $0x1,%ecx
movslq %ecx,%rcx
mov    %rdx,(%rax,%rcx,8)
mov    -0x2c(%rbp),%eax
add    $0x1,%eax
mov    %eax,-0x2c(%rbp)
jmp    1132 <compute+0x32>
jmp    11fe <compute+0xfe>
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     11f4 <compute+0xf4>
mov    %r8d,%r11d
lea    0x1(%r11),%rax
mov    %rax,-0x8(%rsp)
lea    -0x1(%r11),%r9
mov    $0x1,%r10d
jmp    113d <compute+0x3d>
nopl   0x0(%rax)
add    $0x1,%r10
cmp    %r11,%r10
je     11f4 <compute+0xf4>
mov    (%rsi,%r10,8),%r15
mov    (%rdi,%r10,8),%r13
mov    (%rdx,%r10,8),%r8
mov    (%rcx,%r10,8),%r14
lea    0x8(%r15),%r12
lea    (%r8,%r11,8),%rax
cmp    %rax,%r12
jae    11b0 <compute+0xb0>
mov    -0x8(%rsp),%rax
lea    (%r15,%rax,8),%rax
cmp    %rax,%r8
jae    11b0 <compute+0xb0>
mov    $0x1,%eax
nopl   (%rax)
mov    -0x8(%r12,%rax,8),%rbx
lea    (%rbx,%rbx,2),%rbx
mov    %rbx,0x0(%r13,%rax,8)
mov    (%r8,%rax,8),%rbx
imul   %rbx,%rbx
mov    %rbx,(%r12,%rax,8)
mov    (%r14,%rax,8),%rbx
imul   0x0(%r13,%rax,8),%rbx
mov    %rbx,-0x8(%r8,%rax,8)
lea    0x1(%rax),%rbx
mov    %rbx,%rax
cmp    %rbx,%r11
jne    1170 <compute+0x70>
jmp    1130 <compute+0x30>
nopw   0x0(%rax,%rax,1)
mov    0x8(%r15),%rbx
xor    %eax,%eax
cs nopw 0x0(%rax,%rax,1)
lea    (%rbx,%rbx,2),%rbx
mov    %rbx,0x8(%r13,%rax,8)
mov    0x8(%r8,%rax,8),%rbx
imul   %rbx,%rbx
mov    %rbx,0x10(%r15,%rax,8)
mov    0x8(%r14,%rax,8),%rbp
imul   0x8(%r13,%rax,8),%rbp
mov    %rbp,(%r8,%rax,8)
add    $0x1,%rax
cmp    %rax,%r9
jne    11c0 <compute+0xc0>
jmp    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 = %101, %5
%14 = load i32, i32* %11
%15 = load i32, i32* %10
%16 = icmp slt i32 %14, %15
br i1 %16, label %17, label %104
17: ; preds = %13
store i32 1, i32* %12
br label %18
18: ; preds = %97, %17
%19 = load i32, i32* %12
%20 = load i32, i32* %10
%21 = icmp slt i32 %19, %20
br i1 %21, label %22, label %100
22: ; preds = %18
%23 = load i64**, i64*** %7
%24 = load i32, i32* %11
%25 = sext i32 %24 to i64
%26 = getelementptr inbounds i64*, i64** %23, i64 %25
%27 = load i64*, i64** %26
%28 = load i32, i32* %12
%29 = sext i32 %28 to i64
%30 = getelementptr inbounds i64, i64* %27, i64 %29
%31 = load i64, i64* %30
%32 = mul i64 3, %31
%33 = load i64**, i64*** %6
%34 = load i32, i32* %11
%35 = sext i32 %34 to i64
%36 = getelementptr inbounds i64*, i64** %33, i64 %35
%37 = load i64*, i64** %36
%38 = load i32, i32* %12
%39 = sext i32 %38 to i64
%40 = getelementptr inbounds i64, i64* %37, i64 %39
store i64 %32, i64* %40
%41 = load i64**, i64*** %8
%42 = load i32, i32* %11
%43 = sext i32 %42 to i64
%44 = getelementptr inbounds i64*, i64** %41, i64 %43
%45 = load i64*, i64** %44
%46 = load i32, i32* %12
%47 = sext i32 %46 to i64
%48 = getelementptr inbounds i64, i64* %45, i64 %47
%49 = load i64, i64* %48
%50 = load i64**, i64*** %8
%51 = load i32, i32* %11
%52 = sext i32 %51 to i64
%53 = getelementptr inbounds i64*, i64** %50, i64 %52
%54 = load i64*, i64** %53
%55 = load i32, i32* %12
%56 = sext i32 %55 to i64
%57 = getelementptr inbounds i64, i64* %54, i64 %56
%58 = load i64, i64* %57
%59 = mul i64 %49, %58
%60 = load i64**, i64*** %7
%61 = load i32, i32* %11
%62 = sext i32 %61 to i64
%63 = getelementptr inbounds i64*, i64** %60, i64 %62
%64 = load i64*, i64** %63
%65 = load i32, i32* %12
%66 = add nsw i32 %65, 1
%67 = sext i32 %66 to i64
%68 = getelementptr inbounds i64, i64* %64, i64 %67
store i64 %59, i64* %68
%69 = load i64**, i64*** %6
%70 = load i32, i32* %11
%71 = sext i32 %70 to i64
%72 = getelementptr inbounds i64*, i64** %69, i64 %71
%73 = load i64*, i64** %72
%74 = load i32, i32* %12
%75 = sext i32 %74 to i64
%76 = getelementptr inbounds i64, i64* %73, i64 %75
%77 = load i64, i64* %76
%78 = load i64**, i64*** %9
%79 = load i32, i32* %11
%80 = sext i32 %79 to i64
%81 = getelementptr inbounds i64*, i64** %78, i64 %80
%82 = load i64*, i64** %81
%83 = load i32, i32* %12
%84 = sext i32 %83 to i64
%85 = getelementptr inbounds i64, i64* %82, i64 %84
%86 = load i64, i64* %85
%87 = mul i64 %77, %86
%88 = load i64**, i64*** %8
%89 = load i32, i32* %11
%90 = sext i32 %89 to i64
%91 = getelementptr inbounds i64*, i64** %88, i64 %90
%92 = load i64*, i64** %91
%93 = load i32, i32* %12
%94 = sub nsw i32 %93, 1
%95 = sext i32 %94 to i64
%96 = getelementptr inbounds i64, i64* %92, i64 %95
store i64 %87, i64* %96
br label %97
97: ; preds = %22
%98 = load i32, i32* %12
%99 = add nsw i32 %98, 1
store i32 %99, i32* %12
br label %18
100: ; preds = %18
br label %101
101: ; preds = %100
%102 = load i32, i32* %11
%103 = add nsw i32 %102, 1
store i32 %103, i32* %11
br label %13
104: ; 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 %47
7: ; preds = %5
%8 = zext i32 %4 to i64
%9 = add nuw nsw i64 %8, 1
br label %10
10: ; preds = %48, %7
%11 = phi i64 [ 1, %7 ], [ %49, %48 ]
%12 = getelementptr inbounds i64*, i64** %1, i64 %11
%13 = load i64*, i64** %12
%14 = getelementptr inbounds i64*, i64** %0, i64 %11
%15 = load i64*, i64** %14
%16 = getelementptr inbounds i64*, i64** %2, i64 %11
%17 = load i64*, i64** %16
%18 = getelementptr inbounds i64*, i64** %3, i64 %11
%19 = load i64*, i64** %18
%20 = getelementptr i64, i64* %13, i64 1
%21 = getelementptr i64, i64* %13, i64 %9
%22 = getelementptr i64, i64* %17, i64 %8
%23 = icmp ult i64* %20, %22
%24 = icmp ult i64* %17, %21
%25 = and i1 %23, %24
br i1 %25, label %26, label %44
26: ; preds = %10, %26
%27 = phi i64 [ %35, %26 ], [ 1, %10 ]
%28 = getelementptr inbounds i64, i64* %13, i64 %27
%29 = load i64, i64* %28
%30 = mul i64 %29, 3
%31 = getelementptr inbounds i64, i64* %15, i64 %27
store i64 %30, i64* %31
%32 = getelementptr inbounds i64, i64* %17, i64 %27
%33 = load i64, i64* %32
%34 = mul i64 %33, %33
%35 = add nuw nsw i64 %27, 1
%36 = getelementptr inbounds i64, i64* %13, i64 %35
store i64 %34, i64* %36
%37 = load i64, i64* %31
%38 = getelementptr inbounds i64, i64* %19, i64 %27
%39 = load i64, i64* %38
%40 = mul i64 %39, %37
%41 = add nsw i64 %27, -1
%42 = getelementptr inbounds i64, i64* %17, i64 %41
store i64 %40, i64* %42
%43 = icmp eq i64 %35, %8
br i1 %43, label %48, label %26
44: ; preds = %10
%45 = getelementptr i64, i64* %13, i64 1
%46 = load i64, i64* %45
br label %51
47: ; preds = %48, %5
ret void
48: ; preds = %51, %26
%49 = add nuw nsw i64 %11, 1
%50 = icmp eq i64 %49, %8
br i1 %50, label %47, label %10
51: ; preds = %44, %51
%52 = phi i64 [ %46, %44 ], [ %58, %51 ]
%53 = phi i64 [ 1, %44 ], [ %59, %51 ]
%54 = mul i64 %52, 3
%55 = getelementptr inbounds i64, i64* %15, i64 %53
store i64 %54, i64* %55
%56 = getelementptr inbounds i64, i64* %17, i64 %53
%57 = load i64, i64* %56
%58 = mul i64 %57, %57
%59 = add nuw nsw i64 %53, 1
%60 = getelementptr inbounds i64, i64* %13, i64 %59
store i64 %58, i64* %60
%61 = load i64, i64* %55
%62 = getelementptr inbounds i64, i64* %19, i64 %53
%63 = load i64, i64* %62
%64 = mul i64 %63, %61
%65 = add nsw i64 %53, -1
%66 = getelementptr inbounds i64, i64* %17, i64 %65
store i64 %64, i64* %66
%67 = icmp eq i64 %59, %8
br i1 %67, label %48, label %51
}