Google と Google Cloud Platform のインフラについて

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Google Cloud Platformの基礎知識

Google と Google Cloud Platform の
インフラについて

髄一のスペックを誇る Google Cloud Platform を支えているインフラについて紹介いたします。

Google Cloud Platform を支えるハードウェア

Google は、Google 検索やYoutubeなどのサービスが有名なため、一般的にソフトウェアに強い企業だと思われています。しかし、こうした世界規模のサービスを運用するためには、強力なハードウェアが必要であることは間違いありません。

自社で開発したハードウェア機器

Google は、品質の高いハードルを設けており、データセンター自体の建屋やサーバーラックを自社で建設し、サーバー自体もハードウェアドライブとメモリ以外は、自社で開発、最適化するという徹底したこだわりを貫いています。しかも、ハードウェアのサイズも通常のサーバーメーカーとは違う、 Google サイズでオリジナルのもので生産されています。その台数は世界的なサーバメーカーに匹敵するほどの量で、圧倒的な規模での生産が行われており、サーバーの生産量世界第5位と言われています。

また、ネットワーク機器やネットワークの回線もオリジナルで用意しています。ラック間は1PBでつながっていて、レイテンシーが非常に短く、通常のTCP/IPで到達できないネットワーク技術になります。
これらの独自技術は、例えば、NICのマザーボードのバスのボトルネックが解消しているため、通常のアーキテクチャで考えられない速度がでることが特徴です。

これらの技術と同時に、すべての機器がカーボンニュートラルな素材が用いられたり、エネルギーの35%以上は再利用可能資源が利用されたりなど、環境への配慮も欠かすことがありません。このようなサービスへと最適化されたハードの開発により、スペック、経済性、環境配慮のすべてを世界最高クラスで実現しているのです。

Google のファシリティ

Google は、"The Datacenter as a Computer (ひとつのコンピュータとしてのデータセンター)"という理念に基づいて、データセンターのファシリティ全体を完全にデザインしています。しかも、ひとつのデータセンター単位だけでなく、完全にコントロールされたバックボーンネットワークによって、世界中のデータセンターがひとつのコンピュータのように稼働しているのです。プログラムのように分割・結合の操作が可能なネットワーク、第三者機関から認証を受けた世界最高峰のセキュリティ、高い効率を保ちながら50%以下のエネルギーで稼働することを可能にするエネルギーシステムなど、あらゆる側面がこの理念をささえているのです。

Google Cloud Platformを支えるネットワーク

Googleは、ファイバーケーブルの敷設からネットワークスイッチの開発までのすべての工程を自社で行っており、Google Cloud Platformは、このネットワーク環境を直接利用することができます。中でも特徴的なものとして、ここではFASTERケーブルとJupiterネットワークを紹介いたします。

日米間を高速でつなぐFASTERケーブル

2016年下半期の Google Cloud Platform 日本リージョン開設に先立って、Googleをはじめとするコンソーシアムは、太平洋を横断して日米間をつなぐ最新の海底ケーブル、「FASTER」を敷設しました。「FASTER」は60TB/秒もの高速な帯域幅を実現し、さらに三重県と千葉県の2カ所で国内ネットワークと接続することで災害時への冗長化対策も取られています。このネットワークの導入により、Google Cloud Platform の利用が国内でも進んでいくことは間違いないでしょう。

Jupiterネットワーク

Google は、Jupiterと呼ばれるネットワークファブリックを用いることで、データセンター間、リージョン間の高速な通信を可能にしています。Jupiterは多段構成によって広い帯域幅が確保され、その速度は1PB/秒を超えると発表されています。インターネット全体の通信量が200TB/秒であることを考えれば、これが驚異的な速度であるということは明らかでしょう。その特徴としては、グローバルから一定の速度で帰ってくるので、海外でのサービスリリースをするようなプロジェクトには特に有効活用がされております。

Google Cloud Platformを支えるその他の技術

以上のようなハードやネットワーク技術へのこだわりは、"The Datacenter as a Computer(ひとつのコンピュータとしてのデータセンター)"という Google の理念の元に統合されています。この理念をさらに力強く補完する技術として、コンテナ、分散処理、ライブ・マイグレーションというGoogleの三つの技術を紹介します。

Google Cloud Platform を支えるその他の技術

以上のようなハードやネットワーク技術へのこだわりは、"The Datacenter as a Computer(ひとつのコンピュータとしてのデータセンター)"という Google の理念の元に統合されています。この理念をさらに力強く補完する技術として、コンテナ、分散処理、ライブ・マイグレーションという Google の三つの技術を紹介します。

コンテナ技術

Google を特徴付ける技術の代表的なものとして、コンテナ関連技術が頻繁に挙げられます。Google は、Gmail、Google 検索、Youtube等のすべてのサービスを、VM上で直接動作させるのではなく、コンテナという仮想レイヤーに乗せて稼働させています。サーバはこのコンテナレイヤーによって物理的リソースの柔軟性が高めています。Google は、このコンテナ技術の特性を最大限活かすために、Borgと呼ばれるコンテナのクラスタ管理ツールや、Borgから派生したコンテナオーケストレーションツールのKubernatesを開発し、社内およびクラウドサービスとして使用しています。このコンテナは、10年近く1週間につき約数十億個を構築しては潰していることから、コンテナ技術については、世界的にも最も得意な企業の1社と言えるでしょう。
クラウドの利用者は、この恩恵をコスト面だけでなく、利用や展開の柔軟性や速度などの面でも受け取ることができるでしょう。

分散処理技術

"The Datacenter as a Computer"の理念を完成させるのは、Google が最も情熱を注いでいる分散処理技術です。GFS、MapReduce、BigTable、Chubby、Colossus、Dremel(BigQuery)など、これまでの分散処理領域をリードしてきたシステムはすべて Google が開発してきました。現在では、世界中にあるデータセンターをまたいで、世界規模での分散処理を実現しています。Google Cloud Platform の利用者は、単に仮想マシンの利用のレベルから、ビックデータの高速な分析まで、Google の研究の成果を様々な形で利用することができるのです。

ライブ・マイグレーション

データセンターの最適化によって可能となったライブ・マイグレーションは、Google Cloud Platform を他のクラウドから差別化する大きな要因となっています。たとえば、OSやミドルウェアに脆弱性が発見された場合、Google Cloud Platform 以外のクラウドでは、パッチ適応や、メンテナンスのためにサーバの停止や再起動が課されることがあります。しかし、このようなプロセスは致命的な障害を伴いかねません。例えば、メンテナンスで東京リージョンから大阪リージョンに移してメンテナンスが終わったら東京リージョンに戻すような運用をしているクラウドサービスがほとんどとなります。
Google では、同一ゾーンの他サーバへの移行が自動的に行われるライブマイグレーションの機能のおかげで、こうした停止期間は必要ありません。つまり、ライブマイグレーションをHyper-Visorごと移行し、カーネルレベルのメンテナンスをオフタイム無しで無停電にリアルタイムに実現できる技術で、安心してサービス継続することが可能となります。

Google Cloud Platform の基礎知識を網羅

PDFのキャプチャが入ります。

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