コンピューティング

カスタムキューで Compute Engine VM のパフォーマンスを向上させる

2023年12月4日

Google Cloud Japan Team

※この投稿は米国時間 2023 年 11 月 18 日に、Google Cloud blog に投稿されたものの抄訳です。

Compute Engine で vNIC ごとのカスタムキューを活用

高帯域幅のアプリケーションや、トラフィックが多い AI / ML ワークロード、ネットワーク仮想アプライアンス（NVA）を実行している場合、VM が負荷に対応できることが不可欠です。しかし、デフォルトのキュー割り当てでは、VM の可能性を最大限に引き出すことや、現在のニーズに応えることができない場合があります。以前のブログ投稿では、Google Cloud で Tier_1 ネットワーキングを使用して Compute Engine VM の帯域幅を増やす方法を説明しました。今回は、仮想ネットワークインターフェースカード（vNIC）ごとにカスタムキューを割り当てることによって、Compute Engine VM でのネットワークパフォーマンスを最大化する新機能をご紹介します。

課題: 制限のあるキュー割り当て

交通需要の多い活気ある街で、交通量の多い道路に車線を追加すれば、交通渋滞の緩和に役立ちます。同じように、vNIC ではキューが輻輳する可能性があります。これまでは、Compute Engine VM 上の各 vNIC には、デフォルトのキュー割り当てに基づいて、固定数のネットワークキューが割り当てられていました。つまり、各 vNIC で使用できるキューの数には制限があり、要求の厳しいワークロードの場合にパフォーマンスが低下する可能性がありました。

たとえば、8 枚の vNIC を持つ n2-standard-128 VM の場合、vNIC あたり最大 8 個のキュー（Tx / Rx）しか割り当てられません。これは、この VM で使用可能なキュー最大数の半分でしかありません。そのため、より大きな VM に垂直スケーリングを行うか、vNIC の数を減らして各 vNIC に十分な数のキューを割り当てるようにするかのトレードオフを余儀なくされていました。双方の選択肢とも、スケーリング方法として最適とは言えず、費用の増加にもつながっていました。

解決策: vNIC ごとのカスタムキュー

このたび、vNIC ごとにカスタムキューを活用できるようになりました。この機能により、ドライバのタイプごとにサポートされる最大数までのネットワークキューを、各 vNIC に手動で割り当てることができます。virtIO ドライバの場合はキューの最大数は 32 で、gVNIC ドライバの場合は 16 です。

ご検討いただきたいユーザー

この機能は特に、以下を実行しているユーザーに有用です。

高帯域幅のアプリケーション: 高スループットが必要なアプリケーションの場合、カスタムキューによって各 vNIC で処理できるトラフィック量を増やして、パフォーマンスを大きく向上させることができます。
トラフィックが多い AI / ML ワークロード: AI / ML ワークロードでは、大量のデータが生成されることがよくありますが、カスタムキューを活用すれば VM でボトルネックを生じさせることなく、こうしたデータを効率的に処理して転送することができます。
ネットワーク仮想アプライアンス（NVA）: NVA では通常、複数のネットワークインターフェースが使用されるため、カスタムキューによって、各インターフェースが最適に動作するために必要なリソースを確保できるようになります。

カスタムキューのメリット

ネットワークパフォーマンスの最大化: 使用可能なネットワークキューすべてを利用することで、VM のパフォーマンス全体を大きく向上させることができます。
リソース使用率の最適化: カスタムキューを使用することで、VM のネットワークリソースを特定のニーズに合わせて調整できるので、使用率を効率化して不要な費用を回避できます。
シームレスなスケーリング: カスタムキューを使用すると、ネットワークパフォーマンスを損なうことなく、VM をさらに効果的にスケーリングできます。
費用対効果の高いソリューション: カスタムキューは Tier_1 高帯域幅ネットワーキングと第 2 世代の GCE VM に含まれているため、追加費用なしでこの優れた機能をご利用いただけます。

カスタムキューとオーバーサブスクリプション

前述のとおり、gVNIC の場合のカスタムキューの割り当てでは、vNIC あたり最大 16 個のキューを割り当てることができますが、すべての vNIC のキュー合計数が VM 上の vCPU の数を超えてはなりません。
ただし、gVNIC ドライバとともに N2、N2D、C2、または C2D VM を使用していて、Tier_1 ネットワーキングが有効になっている場合は、キューをオーバーサブスクライブできます。つまり、すべての vNIC のキュー合計数が vCPU の数を超えるとしても、vNIC あたり最大 16 個のネットワークキューを割り当てることができます。
効果的なキューのオーバーサブスクリプションにより、VM あたりのキュー合計数を vNIC の数の 16 倍にまで増加できます。
Google Cloud は、インライン NVA によって実現される総スループットを測定するために、8 種類の VPC ネットワークに接続された NVA として構成したマルチ NIC VM を使用してベンチマークテストを実施しました。
デフォルトのキュー割り当てを使用した場合、総スループットを NVA VM の規定のスループットの約 50% に押し上げることができた一方、キューをオーバーサブスクライブした場合は、NVA VM の規定のスループットの約 99% という満杯に近い数値が出ました。もちろん、スループットの結果は変動するでしょうから、お使いのネットワークで試してみて、実現できることをご確認ください。

カスタムキューの使用を今すぐ開始しましょう

Compute Engine VM で仮想ネットワークインターフェースカードごとにカスタムキューを割り当てられる機能は、最新のワークロードが持つネットワークパフォーマンスのニーズに対処するにあたって大きな前進となります。カスタムキューの割り当てを有効にすることで、追加の費用を発生させることなく大きなパフォーマンス向上を実現できます。この機能は特に、高帯域幅のアプリケーションやトラフィックが多い AI / ML ワークロードをご使用の組織や、ネットワーク効率と費用削減の最大化を目指している組織に有用です。gcloud、Terraform、または REST API を使用してすぐに利用を開始しましょう。