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AlloyDB ScaNN 如何将向量搜索扩展到 100 亿向量

Google Cloud:Databases(RSSAioga 编辑团队2026-08-20T16:00:00.000Z热度 72

AlloyDB 的 ScaNN 索引现已支持超过 100 亿向量的规模,通过全新的四层树架构(预览版)实现,将查询复杂度从 O(N^1/2) 降至 O(N^1/4)。内部测试中...

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今日 AI 情报摘要

AlloyDB 的 ScaNN 索引现已支持超过 100 亿向量的规模,通过全新的四层树架构(预览版)实现,将查询复杂度从 O(N^1/2) 降至 O(N^1/4)。

内部测试中,该架构在 100 亿向量规模下可实现 p95 延迟不超过 51 毫秒、召回率达 95%。 该功能可通过快速入门指南部署,新用户可享受 30 天免费试用。 🔗 阅读原文 via AIHOT · https://aihot.virxact.com/items/cmt1r7jjh05lgroovc4zwypj6

中文正文 · AI 翻译

通向职场人工智能的前门

为了满足企业级自主 AI 应用的需求,底层向量数据库通常在扩展方面难以高效应对,因为现代用例可能扩展到数十亿个向量。

作为一个完全托管的兼容 PostgreSQL 的数据库服务,AlloyDB:https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/overview 专为处理高需求企业工作负载而设计。它将 Google 的基础设施与商业数据库的可靠性结合,提供高可用性、可扩展性,并包含先进的分析引擎,非常适合自主 AI 用例。其中一个关键部分是其 ScaNN 索引:https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index,现在可在 100 亿向量的规模下高效运行。这是通过一次重大的架构改进实现的:创新的四级树(预览):https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index#four-level-tree-index 并配合高效的内存使用。

扩展到 100 亿向量的工作负载会带来显著的内存和计算挑战。此前的 AlloyDB ScaNN 基于树的索引仅限于二级:https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index#two-level-tree-index 或三级:https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index#three-level-tree-index 树结构,尝试扩展这些结构会导致多个瓶颈:

计算强度增加:更大的树结构在索引构建和查询遍历过程中需要更多操作。

内存限制:处理 100 亿向量所需的采样过程很容易超过系统可用的内存容量。

在最近的 AlloyDB ScaNN 版本中,四级树(预览版)的引入:https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index#four-level-tree-index 是主要创新。该架构如图 1 所示,采用自上而下的策略优化精度与构建效率之间的平衡。为了保持高性能并减轻召回损失,系统集成了关键增强功能,例如 Top-K 分支、SOAR:https://research.google/blog/soar-new-algorithms-for-even-faster-vector-search-with-scann/#:~:text=ScaNN%20is%20open%2Dsourced%20on%20GitHub%20and%20can%20be%20easily%20installed%20via%20Pip.,质心调整:https://arxiv.org/abs/1908.10396 以及平衡树形结构。

https://storage.googleapis.com/gweb-cloudblog-publish/images/1_fpfICUj.max-1000x1000.jpg

图 1. AlloyDB ScaNN 四级树架构

这一设计有两个主要优点:

1. 通过分层划分减少计算强度

四级架构通过使用分层划分在查询时限制扫描向量的数量,从而显著降低计算强度。与遍历平坦或分割不良的空间不同,多层级层次结构呈指数级缩小搜索路径。图 2 展示了不同树级别的搜索空间,说明结构分层如何优化遍历效率:

https://storage.googleapis.com/gweb-cloudblog-publish/images/2_LWwXC70.max-1000x1000.jpg

图 2. 二级、三级和四级树的搜索空间

二级:利用粗粒度划分引导查询,基本搜索复杂度为 O( N 1/2 )。

三级:引入中间层进一步细分簇群,将探索范围缩小至 O( N 1/3 )。

四级:实施精细、高粒度的分区,将遍历效率优化至 O( N 1/4 ),足以处理超过 100 亿个向量。

通过在数据集扩展时动态增加分层层数,AlloyDB ScaNN 保持超低查询延迟,并避免计算规模壁垒影响性能。

实现 100 亿向量规模需要高内存效率。AlloyDB ScaNN 使用以下策略最大化内存管理性能:

平衡树形结构构建:四层树利用平衡配置来规避限制训练数据集大小的内存限制。这种平衡的架构能有效利用减少的采样量来构建高保真度的树分区。

采样优化:当系统遇到内存限制时,会生成一个考虑性能和准确性的精简采样集。

通过在内部测试中利用创新的四层树架构,我们能够实现以下性能结果:

AlloyDB 可以使用其 ScaNN 索引扩展至超过 100 亿个向量。

立即体验 AlloyDB ScaNN 的四层树(预览版):https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index#four-level-tree-index 架构。您可以通过我们的快速入门指南部署 AlloyDB 的 ScaNN:https://cloud.google.com/alloydb/docs/quickstart/create-and-connect 来设置实例。有关优化的高速向量搜索,请参阅官方 ScaNN 文档:https://docs.cloud.google.com/alloydb/docs/ai/create-scann-index。新用户还可以通过我们的 30 天免费试用计划探索 AlloyDB:https://console.cloud.google.com/alloydb/create-trial-cluster?_gl=1*qsd2cd*_up*MQ..&gclid=CjwKCAjwooq3BhB3EiwAYqYoEh91xxGzv4xrmyMJJ_BPfF4X8cv-I3kINwvnMI2pADozFQPsrHnaOhoCbioQAvD_BwE&gclsrc=aw.ds:https://cloud.google.com/blog/products/databases/run-your-postgresql-database-in-an-alloydb-free-trial-cluster。我们迫不及待想听听你们的成果!

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作者:Niranjan Shivprasad • 阅读时间:6 分钟

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情报判断

Aioga 编辑摘要

Google Cloud 表示,AlloyDB 的 ScaNN 索引通过处于预览阶段的四层树架构,可在 100 亿向量规模下高效运行。材料称,该架构旨在改善大规模向量检索中的计算与内存压力。

背景分析

正文指出,面向企业级智能体 AI 应用的向量数据库,可能需要处理数十亿级向量。此前 AlloyDB ScaNN 树索引仅提供两层或三层配置;扩展至 100 亿向量时,索引构建、查询遍历和采样内存都会形成瓶颈。

Aioga 观点

Aioga 判断,这次更新的重点不只是提高可承载的向量数量,而是以更深的树结构重构大规模检索路径。摘要中的复杂度变化和内部测试指标值得关注,但均应视为厂商披露的预览版性能信息。

影响与后续

对需要在 PostgreSQL 兼容托管数据库中部署大规模向量搜索的团队而言,四层树提供了新的索引选择。材料称其结合 Top-K branch、SOAR、质心调整与平衡树形,以兼顾准确性和构建效率;实际收益可能取决于数据与查询负载。 计划评估该能力的团队,应先确认四层树仍处于预览阶段,并依据官方快速入门与索引配置文档建立代表性测试。重点对比召回率、p95 延迟、索引构建成本和内存占用,避免直接将内部测试结果外推至生产环境。

来源与版权说明

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