​NPU nedir ve ne işe yarar?

Son zamanlarda elektronik cihazlarımızın içine NPU adı verilen yeni bir donanım birimi girdi. Yeni çıkan telefon, tablet ve bilgisayarlarda bulunuyor. Hâliyle kullanıcılar da NPU nedir diye soruyorlar. CPU ve GPU nedir biliyoruz da bunu yeni duyuyoruz. Fakat bu konuda Türkçe olarak tatmin edici bir bilgi bulmak zor. Okumakta olduğunuz bu yazının sorularınıza cevap olacağını umuyoruz.

​İşlemci türleri hakkında kısa bilgi

Eskiden başta bilgisayar olmak üzere elektronik cihazlarda tek bir işlemci birimi bulunurdu. Günümüzde bile pek çok cihazda durum böyledir.

Bu birimin adı CPU’dur. Açılımı Central Process Unit’tir. Türkçesi Merkezî İşlem Birimi olup halk arasında işlemci olarak da bilinir. Bilgisayarın beyni sayılır ve temel bütün işlemleri yürütür.

Öte yandan zaman içinde farklı amaçlara yönelik işlemci türleri de çıktı. Bu tür işlemciler sistemdeki temel işlemleri değil, belirli bir konudaki işlemleri yürütüyorlar. Böylece CPU’nun da yükünün bir kısmını üzerine alıp daha büyük bir performansla bu işlemi yürütüyorlar.

Bu işlemci türlerinden en yaygın bilineni GPU’dur. Açılımı Graphics Processing Unit’dir. Türkçesi Grafik İşlemci Birimi olup yaygın olarak ekran kartı olarak da adlandırılır.

​Peki NPU nedir?

Gelelim NPU nedir sorusunun cevabına. NPU’nın açılımı Neural Processing Unit’tir. Türkçeye yaygın olarak Nöral İşlem Birimi olarak çevrilir. Tam Türkçe bir çeviri ise Sinirsel Ağ İşlem Birimi’dir. İngilizce kaynaklarda AI Accelerator yani Yapay Zekâ Hızlandırıcı olarak da geçmektedir.

Bu diğer isim bize NPU’nun ne amaçla kullanıldığını açıklıyor. Henüz bilim kurgu filmlerindeki seviyeye ulaşmış olmasa da yapay zekâ çağına girmiş bulunuyoruz. Deep Learning (Derin Öğrenme), Machine Learning (Makine Öğrenmesi) gibi uygulamalar sayesinde artık yazılımları doğrudan bir amaç için programlamak yerine o yazılımın, süreci kendi kendisine öğrenmesi mümkün ve bunun çok başarılı örnekler var.

Fakat bu yeni çağda yapay zekâ işlemlerini yürütmek için alışılageldik CPU ve GPU’lar ihtiyaca yanıt veremez olmuşlardı. Dahası CPU ve GPU ile yüksek kapasite gerektiren bir iş yaparken diğer işleri yapmak sorun olabiliyordu.

Öte yandan insan beynini taklit eden yapay sinir ağları üzerinde yapılan çalışmalar yapay zekânın çalışabileceği donanımsal temeli de ortaya çıkarmıştı. Böylece NPU doğdu. NPU’nın avantajları:

  • GPU’lara kıyasla Makine Öğrenimi görevlerinin hesaplanmasını yaklaşık 10 kat hızlandırır.
  • GPU’lar ve CPU’lara kıyasla Makine Öğrenimi görevleri için düşük güç tüketir ve kaynak kullanımını iyileştirir.

​Yapay sinir ağları

NPU’ların yapay zekâ işlemlerinde CPU ve GPU’dan çok daha başarılı olmasının nedeni, yapay sinir ağlarına dayanan bir teknoloji olmasıdır. İnsan beynini ve sinir ağını taklit eden bir donanımsal sistem sayesinde yapay zekâ uygulamaları tabiri caizse bu donanımın üzerinde düşünebilme işlemi gerçekleştiriyor.

Hâlâ gelişme sürecinde olan ama artık elektronik cihazlarımıza girmeye başlayan NPU teknolojisi, yapay zekâ devriminde önemli bir rol oynamaktadır.

Bunu sağlayan belli bazı özellikler var. FPGA (sahada programlanabilir kapı dizileri) donanımları, çerçeveleri ve yazılımları yan yana getirmeyi kolaylaştırıyor.

ASIC (uygulamaya özel entegre devre) daha spesifik bir tasarım sayesinde verimlilikte 10’a varan bir faktör elde ediyor. Burada optimize edilmiş bellek kullanımı ve daha düşük hassasiyetli aritmetik kullanımı gibi stratejiler devreye giriyor. Bunların yanı sıra kayan nokta biçimleri gibi burada ayrıntısına girmemin boyumuzu aşacağı özellikler de var.

Buradaki en önemli özellik, alışılageldik Von Neumann mimarisinin bir kenara bırakılmış olması ve faz değişimli bellek dizilerine dayanan, insan beyninin sinaptik ağını temel alan yeni bir mimarisinin kullanılmakta olmasıdır.

Araştırmacılar, doğrusal denklem sistemlerini tek bir işlemle birkaç on nanosaniye içinde çözmenin bir yolunu buldular. Algoritmaları, Ohm yasası ve Kirchhoff yasası ile tek adımda matris-vektör çarpımı yaparak, zaman ve enerji açısından yüksek verimlilikle çalışan analog dirençli belleklerle bellek içi hesaplamaya dayanmakta. Araştırmacılar, çapraz nokta dirençli hafızalara sahip bir geri besleme devresinin doğrusal denklem sistemleri, matris özvektörleri ve diferansiyel denklemler gibi cebirsel problemleri tek adımda çözebileceğini gösterdi. Böyle bir yaklaşım, geleneksel algoritmalara kıyasla hesaplama sürelerini büyük ölçüde iyileştiriyor.

2020 yılı itibariyle atomik olarak ince yarı iletkenlerin kullanılmasına yönelik yapılan araştırmalar makine öğrenmesi için umut verici olarak kabul edilmekte.

​NPU nedir? – kullanım kullanım alanları nelerdir?

NPU nedir sorusunu cevapladık. Peki bu NPU’lara hangi alanlarda ihtiyaç oluyor? Aslında pek çok alanda oluyor ama biz sadece en bilinen örnekleri anmakla yetineceğiz. Bunlar;

  • Otonom arabalar.
  • Yüz tanıma sistemleri.
  • Sağlıkta teşhis ve tedavi.
  • Cep telefonlarında asistanlar ve kamera kalitesi iyileştirme.

​2020’de öne çıkan NPU’lu tüketici elektroniği – NPU nedir?

2020 yılında cep telefonu markaları da artık NPU’ları yongalarına dâhil etmekte. Apple’ın iPhone 12’de kullandığı A14 Bionic işlemcilerinde bir adet NPU var. Aynı zamanda bu yıl duyurulan M1 işlemci Macbook modelleri de dünyanın ilk NPU’lu kişisel bilgisayarı olma özelliğine sahip.

Huawei, Mate 40 telefonlarında kullandığı ve P50 telefonlarında da kullanacağı Kirin 9000 ve Kirin 9000E serisi işlemcileri bu sene duyurdu. Bu işlemcilerin içinde de NPU bulunuyor.

Samsung; Galaxy S20, S20+, S20 Ultra ve Z Flip model telefonlarında NPU bulunduruyor.

Tüketici elektroniği dışında ise endüstriyel ve bulut bilişim sistemleriden NPU’nun çok sayıda örneği bulunmakta.

Okuyun: EBANX araştırmasına göre Latin Amerika’da e ticaret 200 milyar dolara ulaştı ve 2020’de en hızlı büyüyen ikinci pazar oldu

​NPU nedir? – Özet

Özet geçmek gerekirse telefon, laptop ve diğer elektronik cihazlarımızda sadece CPU ve GPU’nun bulunduğu dönem artık sona ermekte. Yapay zekâ çağına girmiş bulunuyoruz. Dolayısıyla sinirsel ağ işlem birimleri artık cebimizdeki cihazlarda bile bulunur hâle geldi. NPU sayesinde artık yapay zekâyı cebimizde taşıyoruz ve elektronik markaları da bu işlemci türünün olduğu ürünler üretiyorlar.

NPU nedir sorusuna böylece cevap vermiş oluyoruz. Düşüncelerinizi aşağıdaki yorum alanını kullanarak bize iletebilirsiniz.

NPU nedir? – ​Kaynaklar