Есть ли эффективный способ суммирования по numpy-разделениям?

На самом деле вы не будете использовать массив в numpy, если это не последний шаг.

Numpy может обрабатывать вашу операцию изначально с помощью numpy.add.reduceat (незначительное отличие от вашей функции заключается в том, как определяются точки останова, вам нужно будет добавить split с 0):

arr = np.arange(20)
breakpoints = np.array([2, 5, 10, 12])

def split_sum(a: np.ndarray, breakpoints: np.ndarray) -> np.ndarray:
    return np.array([np.sum(subarr) for subarr in np.split(a, breakpoints)])

split_sum(arr, breakpoints)
# array([  1,   9,  35,  21, 124])

np.add.reduceat(arr, np.r_[0, breakpoints])
# array([  1,   9,  35,  21, 124])