ベクトル インデックスのサイズと制限以下の維持

Azure AI 検索では、ベクトル フィールドごとに、そのフィールドで指定されたアルゴリズム パラメーターを使用して内部ベクトル インデックスを構築します。 Azure AI 検索では、ベクトル インデックスのサイズにクォータが課せられるため、常に制限以下に維持されるように、ベクトル サイズを見積もり、監視する方法を理解する必要があります。

Note

用語に関する注意。 内部的には、検索インデックスの物理データ構造には、生のコンテンツ (トークン化されていないコンテンツを必要とする検索パターンに使用)、転置インデックス (検索可能なテキスト フィールドに使用)、ベクトル インデックス (検索可能なベクトル フィールドに使用) が含まれます。 この記事では、各ベクトル フィールドをサポートする内部ベクトル インデックスの制限について説明します。

ヒント

ベクトル最適化手法が、一般提供されるようになりました。 狭いデータ型、スカラーとバイナリ量子化、冗長ストレージの除去などの機能を使って、ベクトル クォータとストレージ クォータを超えないようにします。

クォータとベクトル インデックスのサイズに関する重要なポイント

• ベクトル インデックスのサイズはバイト単位で測定されます。

• ベクトル クォータは、メモリの制約に基づいています。 すべての検索可能なベクトル インデックスをメモリに読み込む必要があります。 同時に、他のランタイム操作用の十分なメモリも必要です。 ベクトル クォータは、システム全体が安定し、すべてのワークロードに対してバランスが保たれるようにするために存在します。

• ベクトル インデックスは、すべてのインデックスはディスク クォータに従うという意味で、ディスク クォータの対象でもあります。 ベクトル インデックス用の個別のディスク クォータはありません。

• ベクトル クォータは、パーティションごとに検索サービス全体に適用されます。つまり、パーティションを追加すると、ベクトル クォータが上がります。 パーティションごとのベクトル クォータは、新しいサービスでは高くなります。 詳細については、「ベクトル インデックス サイズの制限」を参照してください。

パーティションのサイズと数量を確認する方法

検索サービスの制限が不明な場合、その情報を取得するには、次の 2 つの方法があります。

• Azure portal で、検索サービスの [概要] ページにある [プロパティ] タブと [使用状況] タブの両方に、パーティションのサイズとストレージが表示されます。さらに、ベクトル クォータとベクトル インデックス サイズも表示されます。

• Azure portal の [スケール] ページでは、パーティションの数とサイズを確認できます。

サービス作成日を確認する方法

2024 年 4 月 3 日より後に作成された新しいサービスでは、同じレベルの請求レートで古いサービスの 5 から 10 倍のベクトル ストレージが提供されます。 サービスが古い場合、新しいサービスを作成してコンテンツを移行することを検討してください。

1. Azure portal で、検索サービスを含むリソース グループを開きます。

2. 左側のペインの [設定] で、[デプロイ] を選択します。

3. 検索サービス デプロイの場所を見つけます。 デプロイが多数ある場合は、フィルターを使用して "検索" を探します。

4. デプロイを選択します。 複数のデプロイがある場合は、一つずつクリックして、それがご利用の検索サービスであるかどうかを確認します。

   

5. デプロイの詳細を展開します。 "作成済み" の表記と作成日が表示されるはずです。

   

6. 検索サービスの古さがわかったので、以下でサービスの作成方法に基づくベクトル クォータの制限を確認します: ベクトル インデックス サイズの制限。

ベクトル インデックス サイズを取得する方法

ベクトル メトリックの要求は、データ プレーン操作です。 Azure portal、REST API、または Azure SDK を使用して、サービス統計情報と個々のインデックスを通して、サービス レベルでベクトルの使用状況を取得できます。

ポータル

使用状況の情報は、[概要] ページの [使用状況] タブで確認できます。ポータル ページは数分ごとに更新されるため、インデックスを更新したばかりの場合は、少し待ってから結果を確認してください。

次のスクリーンショットは、1 つのパーティションと 1 つのレプリカ用に構成された古い Standard 1 (S1) 検索サービスを対象にしています。

• ストレージ クォータはディスクの制約であり、検索サービス上のすべてのインデックス (ベクトルと非ベクトル) を含みます。
• ベクトル インデックス サイズ クォータはメモリ制約です。 これは、検索サービスの各ベクトル フィールドに対して作成されたすべての内部ベクトル インデックスを読み込むのに必要なメモリ量です。

このスクリーンショットは、インデックス (ベクトルと非ベクトル) が使用可能なディスク ストレージのうち約 460 MB を消費することを示しています。 ベクトル インデックスは、サービス レベルでほぼ 93 メガバイトのメモリを消費します。

パーティションを追加または削除すると、ストレージ インデックスとベクトル インデックス サイズの両方のクォータが増減します。 パーティション数を変更すると、タイルにストレージ クォータとベクトル クォータの対応する変更が表示されます。

Note

ディスク上では、ベクトル インデックスは 93 メガバイトではありません。 ディスク上でのベクトル インデックスは、メモリ内のベクトル インデックスの約 3 倍の領域を占有します。 詳細については、「ベクトル フィールドがディスク ストレージに与える影響」を参照してください。

REST

データ プレーン REST API (新しい API はすべてベクトル使用の統計情報を提供します):

• GET Service Statistics は、検索サービスのクォータと使用状況をすべて返します。
• GET Index Statistics は、特定のインデックスの使用状況を返します。

使用量とクォータはバイト単位で報告されます。

GET サービス統計は次のとおりです。

GET {{baseUrl}}/servicestats?api-version=2024-07-01  HTTP/1.1
    Content-Type: application/json
    api-key: {{apiKey}}

応答には、ベクトル インデックスと非ベクトル インデックスを区別しない storageSize のメトリックが含まれます。 vectorIndexSize 統計情報には、サービス レベルでの使用状況とクォータが表示されます。

{
    "@odata.context": "https://my-demo.search.windows.net/$metadata#Microsoft.Azure.Search.V2023_11_01.ServiceStatistics",
    "counters": {
        "documentCount": {
            "usage": 15377,
            "quota": null
        },
        "indexesCount": {
            "usage": 13,
            "quota": 15
        },
        . . .
        "storageSize": {
            "usage": 39862913,
            "quota": 2147483648
        },
        . . .
        "vectorIndexSize": {
            "usage": 2685436,
            "quota": 1073741824
        }
    },
    "limits": {
        "maxFieldsPerIndex": 1000,
        "maxFieldNestingDepthPerIndex": 10,
        "maxComplexCollectionFieldsPerIndex": 40,
        "maxComplexObjectsInCollectionsPerDocument": 3000
    }
}

GET インデックス統計を送信して、ディスク上のインデックスの物理サイズと、ベクトル フィールドのメモリ内サイズを取得することもできます。

GET {{baseUrl}}/indexes/vector-healthplan-idx/stats?api-version=2024-07-01  HTTP/1.1
    Content-Type: application/json
    api-key: {{apiKey}}

応答には、インデックス レベルでの使用状況情報が含まれます。 この例は、正常性計画 PDF をチャンクしてベクトル化する、「統合ベクトル化のクイック スタート」で作成されたインデックスに基づいています。 各チャンクは documentCount に寄与します。

{
    "@odata.context": "https://my-demo.search.windows.net/$metadata#Microsoft.Azure.Search.V2023_11_01.IndexStatistics",
    "documentCount": 147,
    "storageSize": 4592870,
    "vectorIndexSize": 915484
}

ベクトル インデックスのサイズに影響を与える要因

内部ベクトル インデックスのサイズに影響を与える 3 つの主要なコンポーネントがあります。

• 生のデータのサイズ
• 選択したアルゴリズムからのオーバーヘッド
• インデックス内のドキュメントの削除または更新によるオーバーヘッド

生のデータのサイズ

各ベクトルは通常、Collection(Edm.Single) 型のフィールド内の単精度浮動小数点数の配列です。

ベクトル データ構造体には、データの "生のサイズ" として次の計算で表されるストレージが必要です。 この "生のサイズ" を使用して、ベクトル フィールドのベクトル インデックス サイズの要件を推定します。

1 つのベクトルのストレージのサイズは、その次元によって決まります。 1 つのベクトルのサイズに、そのベクトル フィールドを含むドキュメントの数を乗算して、"生のサイズ" を取得します。

raw size = (number of documents) * (dimensions of vector field) * (size of data type)

EDM データ型	データ型のサイズ
Collection(Edm.Single)	4 バイト
Collection(Edm.Half)	2 バイト
Collection(Edm.Int16)	2 バイト
Collection(Edm.SByte)	1 バイト

選択したアルゴリズムに起因するメモリ オーバーヘッド

すべての近似最近傍 (ANN) アルゴリズムは、効率的な検索を実現するために、メモリ内に追加のデータ構造体を生成します。 これらの構造体は、メモリ内で余分な領域を消費します。

HNSW アルゴリズムの場合、メモリ オーバーヘッドの範囲は 1% ～ 20% です。

ベクトルの生のサイズが増加するため、次元が高くなるとメモリ オーバーヘッドは小さくなりますが、追加のデータ構造体はグラフ内の接続に関する情報を格納するため固定サイズのままです。 その結果、追加のデータ構造体による影響は、全体のサイズに占める部分としては小さくなります。

HNSW パラメーター m の値を大きくすると、メモリ オーバーヘッドが大きくなります。これは、このパラメーターによって、インデックスの構築中に新しいベクトルごとに作成される双方向リンクの数が決まるためです。 これは、m がドキュメントあたり約 8 から 10 バイトに m を掛けた値であるためです。

次の表は、内部テストで観察されたオーバーヘッドの割合をまとめたものです。

ディメンション	HNSW パラメーター (m)	オーバーヘッドの割合
96	4	20%
200	4	8%
768	4	2%
1536	4	%1
3072	4	0.5%

これらの結果は、次元、HNSW パラメーター m、HNSW アルゴリズムのメモリ オーバーヘッドの関係を示しています。

インデックス内のドキュメントの削除または更新によるオーバーヘッド

ベクトル フィールドをもつドキュメントが削除または更新された場合 (更新は内部的に削除操作と挿入操作として表される)、基になるドキュメントは削除済みとしてマークされ、後続のクエリ中にスキップされます。 新しいドキュメントのインデックスが作成され、内部ベクトル インデックスが大きくなると、システムはこれらの削除されたドキュメントをクリーンアップし、リソースを回収します。 このことは、ドキュメントを削除してから、基になっているリソースが解放されるまでに、遅延が発生する可能性があることを示しています。

これは、"削除されたドキュメント率" と呼ばれます。 削除されたドキュメント率はサービスのインデックス作成特性によって変化するため、このパラメーターを推定する普遍的なヒューリスティックはなく、サービスについての有効な比率を返す API やスクリプトはありません。 削除されたドキュメント率は、お客様の半数で 10% 未満であることを確認しています。 削除や更新の頻度が高い傾向にある場合は、削除されたドキュメント率が高くなる可能性があります。

これが、ベクトル インデックスのサイズに影響を与えるもう 1 つの要因です。 残念ながら、現在の削除されたドキュメント率を表出させるメカニズムはありません。

メモリ内のデータの合計サイズの見積もり

これまで説明した要素を考慮して、ベクトル インデックスの合計サイズを見積もるには、次の計算を使用します。

(raw_size) * (1 + algorithm_overhead (in percent)) * (1 + deleted_docs_ratio (in percent))

たとえば、1,536 次元の一般的な Azure OpenAI モデル text-embedding-ada-002 を使用しているとして、raw_size を計算するとします。 これは、1 つのドキュメントが 1,536 Edm.Single (floats) または 6,144 バイトを消費することを意味しています (各 Edm.Single は 4 バイトであるため)。 単一の 1,536 次元ベクトル フィールドをもつ 1,000 のドキュメントは、合計で 1,000 ドキュメント x 1536 floats/doc = 1,536,000 floats、つまり 6,144,000 バイトを消費します。

複数のベクトル フィールドがある場合は、インデックス内の各ベクトル フィールドについてこの計算を実行し、それらすべてを加算する必要があります。 たとえば、2 つの 1,536 次元ベクトル フィールドがある 1,000 個のドキュメントでは、1,000 doc x 2 フィールド x 1536 floats/doc x 4 バイト/float = 12,288,000 バイトを消費します。

ベクトル インデックス サイズを取得するには、この raw_size に アルゴリズムのオーバーヘッドと削除されたドキュメント率を乗算します。 選択した HNSW パラメーターのアルゴリズム オーバーヘッドが 10% で、削除されたドキュメント率が 10% の場合、6.144 MB * (1 + 0.10) * (1 + 0.10) = 7.434 MB となります。

ベクトル フィールドがディスク ストレージに与える影響

この記事のほとんどは、メモリ内のベクトルのサイズに関する情報を提供します。 ディスク上のベクトル サイズについて知りたい場合、ベクトル データのディスク消費量は、メモリ内のベクトル インデックスのサイズの約 3 倍になります。 たとえば、vectorIndexSize使用量が 100 MB (1,000 万バイト) の場合、ベクトル インデックスを保存するために 300 MB 以上の storageSize クォータを使用したことになります。