Google Cloud、AlloyDB ScaNN で 100 億ベクトルのスケーラブルな検索を実現
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Google Cloud は、エンタープライズ向けエージェント型 AI アプリケーションの要件を満たすため、AlloyDB の ScaNN インデックスを 100 億ベクトル規模で効率的に運用可能にするアーキテクチャ改良を発表した。
AI深層分析を開く2026年8月21日 10:37
AI深層分析
キーポイント
100 億ベクトルスケールへの対応
AlloyDB の ScaNN インデックスが、従来の構造では困難だった 100 億ベクトルの大規模ワークロードを効率的に処理できるレベルまで拡張された。
4 レベルツリー構造の導入
2 段階または 3 段階のツリー構成では計算集約度が高まるボトルネックを解消するため、新しい 4 レベルツリー(プレビュー)が採用された。
メモリ使用効率の最適化
大規模なインデックス構築とクエリ走査における計算負荷を増加させることなく、効率的なメモリ利用を実現する技術的改良が行われた。
4段階ツリーアーキテクチャの導入
100億ベクトル規模でのメモリ制約に対処するため、精度と構築効率のバランスを最適化するトップダウン戦略を採用した4段階ツリーが新機能として追加された。
性能維持のための主要な技術強化
高いパフォーマンスとリコールロスの防止を実現するために、Top-Kブランチ、SOARアルゴリズム、セントロイド調整、およびバランスの取れたツリー形状が統合されている。
重要な引用
AlloyDB is engineered to handle demanding enterprise workloads.
ScaNN index, which now operates efficiently at a scale of 10 billion vectors.
This was achieved through a major architectural enhancement: an innovative four-level tree (preview) paired with efficient memory usage.
The introduction of a four-level tree is the primary innovation in the recent AlloyDB ScaNN release.
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ベクトル検索の処理規模が 100 億レベルに達することは、大規模なエージェント型 AI システムの実装において重要なマイルストーンである。Google は既存の PostgreSQL 互換性を維持しつつ、インフラの根本的な改良でこの課題を解決した。
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エンタープライズグレードのエージェント AI アプリケーションの需要に応えるため、基盤となるベクトルデータベースは、現代のユースケースが数十億規模のベクトルにスケールする中で、効果的に拡張できないという課題を抱えています。
完全マネージド型の PostgreSQL 互換データベースサービスである AlloyDB は、厳しいエンタープライズワークロードを処理するために設計されています。Google のインフラと商用データベースの信頼性を組み合わせることで、高い可用性とスケーラビリティを実現し、エージェント AI のユースケースに最適な最先端の分析エンジンも備えています。その中核となるのが ScaNN インデックス です。これは現在、100 億個ものベクトル規模でも効率的に動作します。この達成は、革新的な「4 レベルツリー(プレビュー)」four-level tree (preview) と効率的なメモリ使用を両立する、大規模なアーキテクチャの強化によるものです。
100 億ベクトル規模への挑戦
100 億個のベクトルを扱うワークロードにスケールするには、膨大なメモリと計算リソースが求められ、大きな課題となります。以前の AlloyDB ScaNN のツリーベースインデックスは、2 レベル または 3 レベル のツリー構成に制限されており、これらの構造を無理やり拡張しようとすると、いくつかのボトルネックが発生していました。
計算負荷の増大:より大きなツリー構造は、インデックス構築とクエリ走査の両方で、大幅に多くの演算を必要とします。
メモリ制約:100 億ベクトルを対象としたサンプリング処理では、システムの利用可能なメモリの容量を超えてしまうリスクが容易にあります。
解決策:4 レベル階層アーキテクチャ
最近の AlloyDB ScaNN リリースにおける主要な革新は、4 レベルツリー(プレビュー) の導入です。図 1 に示されるこのアーキテクチャは、精度と構築効率のバランスを最適化するためにトップダウン戦略を採用しています。高いパフォーマンスを維持し、検索結果の再現率低下を防ぐため、システムには Top-K ブランチ、SOAR、セントロイド調整、そしてバランスの取れたツリー形状といった重要な機能強化が統合されています。

この設計には、主に以下の 2 つの利点があります。
1. 階層型分割による計算負荷の削減
4 つの階層からなるアーキテクチャは、クエリ実行時にスキャンするベクトル量を制限するために階層的なパーティショニングを活用し、計算集約度を劇的に低下させます。フラットな空間や分割が不十分な空間を探索するのではなく、多層構造によって探索経路を指数関数的に絞り込みます。
図 2 は、異なるツリーレベルにおける探索空間を示しており、構造的な階層化がいかに走査効率を最適化するかを明確に示しています。

- 2 段階構成: 粗いパーティショニングを活用してクエリを誘導し、基本的な探索計算量を *O(N1/2)* に抑えます。
- 3 段階構成: 中間層を追加してクラスターをさらに細分化し、探索範囲を *O(N1/3)* にまで絞り込みます。
- 4 段階構成: 微細で高度に粒度の細かいパーティショニングを実装し、走査効率を *O(N1/4)* まで最適化。これにより、100 億本を超えるベクトル規模への対応も十分に可能になります。
データセットが拡大するにつれて階層構造を動的に拡張することで、AlloyDB ScaNN は極めて低いクエリレイテンシを維持し、計算規模の壁によるパフォーマンス低下を防ぎます。
2. 効率的なメモリ使用
100 億本規模のベクトルに対応するには、高いメモリエフィシエンシーが不可欠です。AlloyDB ScaNN は以下の戦略を採用し、メモリ管理性能を最大化しています:
平衡树形状の構築:4 層構成のツリーは、トレーニングデータの規模を制限するメモリの制約を回避するためにバランスの取れた構成を採用しています。このアーキテクチャにより、サンプリングサイズの削減を活用して、高忠実度のツリー分割を効果的に構築できます。
サンプリング最適化:システムがメモリ制限に直面した際、性能と精度を考慮した圧縮されたサンプリングセットを生成します。
パフォーマンステスト結果
内部テストにおいて、革新的な 4 レベルツリーアーキテクチャを活用することで、以下のパフォーマンス成果を実現しました。
- AlloyDB は ScaNN インデックスにより、100 億本以上のベクトルまでスケーリング可能です。
AlloyDB は、以下のような機能を提供します。
今日から始めましょう
AlloyDB ScaNN の 4 レベルツリー(プレビュー)アーキテクチャを、ぜひ今日から体験してください。ScaNN for AlloyDB をデプロイするには、クイックスタートガイド に従ってインスタンスを設定するだけで OK です。
最適化された高速ベクトル検索については、公式 ScaNN ドキュメント をご参照ください。新規ユーザーは、30 日間の無料トライアル プログラムを通じて AlloyDB の探索も可能です。
みなさんが何を作り上げるか、今から楽しみです!
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To satisfy the demands of enterprise-grade agentic AI applications, underlying vector databases often struggle to scale effectively as modern use cases can scale to billions of vectors.
As a fully managed PostgreSQL-compatible database service, AlloyDB is engineered to handle demanding enterprise workloads. Combining Google's infrastructure with the reliability of commercial databases, it delivers high availability, scalability, and includes a cutting-edge analytical engine, optimal for agentic AI use cases. A key part of this is its ScaNN index, which now operates efficiently at a scale of 10 billion vectors. This was achieved through a major architectural enhancement: an innovative four-level tree (preview) paired with efficient memory usage.
The 10 billion vector scale challenge
Scaling to a 10 billion vector workload presents significant memory and computational challenges. Previous AlloyDB ScaNN tree-based index was limited to two- or three-level tree configurations, and attempting to scale those structures led to several bottlenecks:
- Increased compute intensity: Larger tree structures demand significantly more operations for both index construction and query traversal.
- Memory constraints: The sampling processes required for 10 billion vectors can easily exceed the system's available memory capacity.
Solution: Four-level architecture
The introduction of a four-level tree (preview) is the primary innovation in the recent AlloyDB ScaNN release. This architecture, illustrated in Figure 1, employs a top-down strategy to optimize the balance between accuracy and build efficiency. To maintain high performance and mitigate recall loss, the system integrates key enhancements such as Top-K branch, SOAR, centroid adjustment and balanced tree shape.

This design has two primary benefits:
1. Reduced compute intensity via hierarchical partitioning
The four-level architecture drastically reduces compute intensity by using hierarchical partitioning to restrict the volume of vectors scanned during a query. Instead of traversing a flat or poorly segmented space, the multi-layered hierarchy narrows down the search path exponentially. Figure 2 illustrates the search spaces across different tree levels, demonstrating how structural layering optimizes traversal efficiency:

- Two-level: Utilizes coarse partitioning to guide queries, resulting in a basic search complexity of O(N1/2).
- Three-level: Introduces an intermediate layer to further subdivide clusters, narrowing exploration to O(N1/3).
- Four-level: Implements refined, highly granular partitions that optimize traversal efficiency down to O(N1/4), sufficiently allowing for more than 10-billion vectors.
By dynamically expanding hierarchical layers as the dataset expands, AlloyDB ScaNN maintains ultra-low query latency and avoids computational scale walls from impacting performance.
2. Efficient memory usage
Achieving a 10 billion vector scale requires high memory efficiency. AlloyDB ScaNN uses these strategies to maximize memory management performance:
- Balanced tree shape construction: The four-level tree utilizes a balanced configuration to circumvent memory limitations that restrict the size of training datasets. This balanced architecture effectively leverages reduced sampling sizes to construct high-fidelity tree partitions.
- Sampling optimization: When the system encounters memory limitations, it generates a condensed sampling set that considers performance and accuracy.
Performance test results
By leveraging the innovative four-level tree architecture in our internal tests, we are able to achieve the following performance results:
- AlloyDB can scale to over 10 billion vectors with its ScaNN index.
- AlloyDB can deliver
Get started today
Experience AlloyDB ScaNN's four-level tree (preview) architecture today. You can deploy ScaNN for AlloyDB by following our quickstart guide to set up an instance. For optimized, high-speed vector search, refer to the official ScaNN documentation. New users can also explore AlloyDB through our 30-day free trial program. We can’t wait to hear about what you build!
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