AI活用の急速な一般化を受け、さまざまなAI処理をエッジ（デバイス）側にて実行できるプロセッサである、NPUを搭載するPCやスマートフォンが登場しています。

また、既存環境でのAI活用では、AI処理の実行速度やPCにかかる負荷、さらに多大な電力消費など、多くの課題が指摘されていますが、NPUはそれらを解消する手段となるハードウェアとしても期待されています。

本記事では、NPUの概要や搭載デバイスにて何ができるのかを考察していきます。

 

NPUとは？CPU・GPUとの違い

NPU（Neural network Processing Unit）とは、AIによる推論処理の高速化を目的に設計されたプロセッサです。ニューラルネットワークの計算に最適化されており、「AIプロセッサ」「AIアクセラレーター」とも呼ばれています。

わかりやすく説明すると、NPUはAIが実行する予測や分析処理などに特化したプロセッサです。データセンター（サーバー側）に接続することなく、ローカル環境（エッジ側）にてAI処理に求められる複数の演算をリアルタイムに実行できる点や、エネルギー効率が高く消費電力を軽減できる点が大きな特徴といえます。

これまでは、PCやスマートフォンなどにおける各種処理を担うプロセッサには、CPU（Central Processing Unit）やGPU（Graphics Processing Unit）が用いられてきました。

なおCPUとは、「PCの頭脳」としてすべてのプログラムの実行を制御するプロセッサです。GPUはグラフィック処理に特化したプロセッサで、CPUと比較してグラフィック処理を高速化できるだけでなく、同時に複数の演算処理を実行する能力に優れています。

このように、NPUは本格的に到来したAI時代において、重要な役割を果たすプロセッサとして注目されているハードウェアです。

また、高い並列処理能力という特徴から、AI・機械学習分野ではGPUも広く活用されていますが、GPUとNPUの違いには、処理を行う「場所」も挙げられます。GPUでのAI処理はデータセンター（サーバー）で実行される一方、NPUではPCやスマートフォンなどエッジ側にてAI処理がなされます。

 

TOPS（Trillions of Operations Per Second）とは

TOPS（Trillions of Operations Per Second）とは、プロセッサの計算能力を示す指標で、1秒あたりに何兆回の演算をできるかを数値化した単位です。たとえば40 TOPSのプロセッサは、秒速40兆回の演算が可能な能力があるということです。

TOPＳは、NPUやGPUなどAI処理を実行するプロセッサにおいて、その性能を評価するために用いられています。高いTOPS値はより効率的な計算処理能力を意味することから、ユーザーが使用目的に応じた最適なプロセッサを選ぶ際の参考値になります。

 

NPU搭載PC（AI PC）ができること

NPUを搭載したPCなどのデバイスは、次のような多くの分野・場面にて、その性能を発揮します。

• AIによる写真や画像の処理
• グラフィック性能の向上
• 高速で正確な音声アシスタントの実現
• 文書やドキュメントの自動要約
• 動画制作などアプリの作業効率向上
• 消費電力の省力化
• プライバシー保護の強化

 

AIによる写真や画像の処理

NPUを搭載したPCは、画像認識や補正、エフェクト追加など、写真や画像に関連するAI処理をエッジ側で高速に実行できます。

一方、NPU非搭載のPCでは、これらの処理はネットワークを経由して実行されています。つまりPCへのNPUの搭載は、AI処理のリアルタイム化、高精度化に大きく貢献するということです。

 

グラフィック性能の向上

近年のアプリケーションには、さまざまな機能にAIが活用されています。しかし、それはAI処理のためにCPUやGPUへの負荷が高まるということと同義です。

そこでPCにNPUを搭載し、AI処理をNPUが担うようになれば、GPUはグラフィック処理にリソースを割けるようになります。NPUとGPUが分業することで、具体的には次のようなグラフィック性能の向上効果が期待されます。

• リアルタイムレンダリング：ゲームやVRコンテンツにおいて、よりリアルで滑らかな映像を提供する
• 画像生成：AIを利用した新しい画像の生成や、既存画像の高解像度化を迅速に実行する

 

高速で正確な音声アシスタントの実現

PCへのNPUの搭載は、音声アシスタントの応答速度や精度の改善にも貢献します。

NPU搭載PCは、ユーザーの音声を迅速かつ正確にテキストに変換するリアルタイム音声認識や、複雑な質問に対しても正確に理解し、適切な応答を生成する自然言語処理に優れていることから、生産性の向上にも寄与するでしょう。

 

文書やドキュメントの自動要約

NPUの高度な自然言語処理能力は、大量の文書やドキュメントを迅速に分析し、重要なポイントを抽出して要約するプロセスにおいても極めて有効です。

たとえば議事録の自動要約など、これまではクラウドサービスを使用して対応していたタスクを、エッジ側でいつでも行えるようになります。

 

動画制作などアプリの作業効率向上

動画制作においてもNPUの能力は大いに活用され、GPUとの組み合わせにより、AIを活用した動画編集やエンコードを迅速化します。

たとえば、動画編集においてシーンが変わる箇所を探す作業は、人力では多くの時間が割かれてしまいます。しかし、この作業をAIが担うことにより、シーン転換や自動カットの提案による自動編集や、動画にリアルタイムでエフェクトやフィルターを追加するといったリアルタイムエフェクト適用にも対応できるようになります。

 

消費電力の省力化

CPUやGPUを用いたAI処理では、プロセッサにかかる負荷の高さから多くの電力を必要とします。一方、NPU搭載PCではAI処理タスクにおけるCPUやGPUの負荷が軽減されるため、消費電力も省力化されます。

PCのバッテリー消費が抑えられることで、デバイスの連続使用時間が増加するほか、バッテリーの長寿命化にも貢献します。

 

プライバシー保護の強化

PCにNPUを搭載することで、これまではネットワークを介していたAI処理が、エッジ側にて完結するようになります。

これは、プライバシーに関連する内容も含め、情報をデータセンターにアップロードする必要が無くなるということです。NPUの搭載は、プライバシー保護の強化という観点でも有効といえます。

 

AI PCやAIスマホを発表しているメーカーと活用事例

NPUを搭載する、いわゆる「AI PC」「AI スマートフォン」を発表しているメーカーの具体的な取り組みと活用事例を確認していきましょう。

 

Intelの取り組み

Intelは、CPU・GPU・NPUが統合されたプロセッサ「Core™ Ultra」をリリースして、大きな話題を集めました。これはAI PCの先駆けともいえる取り組みで、すでにPCメーカー各社からCore Ultra搭載のデバイスが発売されています。

なお、Core Ultra搭載のPCは、生成AIの効率性最大70％向上、グラフィックス性能最大2倍向上、さらに省電力性最大25%向上といったように、性能や省電力性における大幅なアドバンテージを掲げています。また、同社はNPUを搭載したIntelベースPCが2025年までに1億台以上出荷される見通しを明らかにしています。

さらに同社ではローカルでのAI活用を推進する取り組みとして、画像認識や音声認識などのAIアプリケーション開発を手軽に開始できる「OpenVINO™ ツールキット」を無償で提供しています。

参考：インテル® Core™ Ultra プロセッサー・ファミリー・OpenVINO™ ツールキットとは｜インテル株式会社

 

Microsoftの取り組み

Microsoftは、AI機能を統合したPCやデバイス、ソフトウェアの提供に注力しています。同社は2024年2月、Intelと共同にてAI PCの定義を次のように策定しました。

• AIコンパニオン「Microsoft Copilot」に対応していること
• 「Copilotキー」を搭載すること
• CPUとGPUに加えてNPUを搭載すること

これらを実現したものが、2024年6月にリリースされた「Copilot+ PC」です。「Surface Laptop（第7世代）」には、秒速45兆回の演算能力（405TOPS）を備えたNPUが搭載されています。

参考：Microsoft Copilot・Copilot+ PC Surface Laptop｜日本マイクロソフト株式会社

 

Appleの取り組み

かねてからNPUをデバイスに搭載してきたAppleは、2024年6月、日常的に生成AIを活用できるソリューション「Apple Intelligence」を発表しました。

同社の取り組みのポイントは、まさに「日常的に活用できる」、洗練された操作性にあります。デバイス内のメールや写真、さらにはスケジュール、ウォレットといった個人的な背景を理解し、Apple Intelligenceがそれらに応じた文章や画像を作成したり、質問に答えたりといったように、AIがいわば優秀な秘書のように機能するというものです。

これは昨今の生成AI活用において欠けていた視点でもあり、UXの細部にまでこだわりぬくAppleならではのプロダクトと評価できるでしょう。

Apple IntelligenceはiOS 18、iPad OS 18、macOS Sequoiaに搭載され、2024年秋以降にリリースされるデバイスにて、各種生成AIの利用が実現される見通しです。

参考：iPhone、iPad、Macの中心にパワフルな生成モデルを据えるパーソナルインテリジェンスシステム、Apple Intelligenceが登場｜Apple Inc.