Google Cloud N4A VM徹底検証：N4・C4A・AWS M8gと比較

DoiTのようなGoogle Cloud Premier Partnerに身を置く醍醐味のひとつは、新しいテクノロジーにいち早く触れられることです。今回取り上げるのは、

Googleの新しいN4Aインスタンスファミリー。Google Axion Processorsを搭載したArmベースの汎用VMです。

N4Aは、GoogleのArmプロセッサー戦略における新たな一手であり、明確な位置づけを持っています。2024年10月にリリースされたC4Aがパフォーマンス特化型のAxion搭載インスタンスファミリーであるのに対し、N4Aはコスト最適化型のArm汎用ファミリーとして、まったく異なるアプローチを取っています。これによりGoogleは、Axionで「better together（組み合わせて最適化）」戦略を実現できるようになりました。

• C4A＝レイテンシー重視のworkloads向けパフォーマンス最適化Arm（1vCPU/4GBで時間単価$0.0449）
• N4A＝汎用コンピュートフリート向けコスト最適化Arm（1vCPU/4GBで時間単価$0.0385）

N4Aオプションが表示されたCompute Engineの画面

N4AシリーズについてのGoogle Cloud公式ドキュメント

汎用workloads向けのN4A

ここ数日、N4AをN4、C4A、そしてAWSのGraviton4搭載M8gと徹底的に比較してみました。N4Aがあなたのインフラに加えるだけの価値があるのか——テスト結果から見えてきたことをご紹介します。

テストに使用したVMのCLI一覧

本記事のベンチマークはすべて、以下の構成で実施しました。

• N4：n4-standard-8（Intel Xeon 第5世代 — Emerald Rapids）
• N4A：n4a-standard-8（Google Axion / Arm Neoverse N3）
• C4A：c4a-standard-8（Google Axion / Arm Neoverse V2）
• M8g：m8g.2xlarge（AWS Graviton4 / Arm Neoverse V2）

環境設定

• OS：Debian GNU/Linux 13（trixie）

（ArmインスタンスはARM64、N4はx86_64）

• カーネル：6.12.48+deb13-cloud-arm64
• 新規インスタンス、カスタムチューニングなし

使用ツール

Sysbench：CPU演算性能の測定

• 8スレッドのマルチスレッドテスト
• 実行時間120秒
• 素数計算（最大20000）
• 主要指標：イベント数/秒

7-Zip：実環境に近い圧縮workloadの測定

• マルチスレッドの圧縮/解凍
• 圧縮・解凍の両方の性能を計測
• 主要指標：総合MIPSレーティング

OpenSSL：暗号処理性能の測定

• ハードウェア暗号アクセラレーションを検証（Armの強み）
• AES-256-GCMおよびSHA256アルゴリズム
• 主要指標：MB/秒スループット

すべてのテストを複数回実行し、中央値を結果として採用しています。スクリプトはこちらのGistで公開しています。

SysbenchによるCPU性能

素数計算による純粋なCPU演算スループット（数値が高いほど優秀）。

N4Aが最も高い素のCPU性能を発揮し、C4A（+13.7%）とM8g（+21.7%）の両方を上回りました。Neoverse N3アーキテクチャの演算性能の高さが際立っています。

SysbenchによるCPU性能

価格性能比

ArmインスタンスはIntel x86の2.4〜3倍の演算性能を示しました。N4AのN3アーキテクチャはC4AのV2より約14%高い性能を発揮しており、汎用workloadsにおける優れた演算効率を裏付けています。

7-Zip圧縮

クラウドworkloadsで頻繁に発生する、実環境に近い圧縮/解凍性能（数値が高いほど優秀）。

圧縮workloadsではC4Aが首位、その他は同程度の性能でした。解凍タスクでは予想通り、すべてのArmインスタンスがN4を大きく上回っています（75〜87%向上）。

7-Zip 圧縮/解凍 MIPSレーティング

• C4A：圧縮768 / 解凍8977
• M8g：圧縮772 / 解凍8361
• N4A：圧縮770 / 解凍8471
• N4：圧縮729 / 解凍5114

7-Zip 総合パフォーマンス

C4Aのパフォーマンス最適化は、圧縮workloadsで明確に表れています。N4Aはコスト最適化モデルでありながらM8gと肩を並べる性能を発揮し、優れたバランスを示しました。圧縮処理におけるArmの一貫した優位性（x86比75%以上）は、アーキテクチャ効率の高さを物語っています。

OpenSSLによる暗号処理性能

ハードウェアアクセラレーションを活用した暗号処理性能。

AES-256-GCMではC4Aが首位、続く2位はN4（44.5 GB/s）で、M8gとN4Aの両方を上回りました。AES暗号化workloadsでも十分な競争力を維持しています。

OpenSSL AES-256-GCM性能

一方、SHA256ハッシュ処理ではN4Aが首位（19.2 GB/s）に立ち、N4の2.8倍の性能を記録しました。

OpenSSL SHA256性能

ハードウェアアクセラレーションの効果はアルゴリズムによって大きく異なります。SHA256ハッシュ処理ではArmが明確な優位性（2〜3倍）を示しましたが、AES-256-GCM暗号化はもう少し複雑な様相です。

N4 Intelをベースラインに、Arm勢（N4A、C4A、M8g）を比較してみましょう。

Arm同士の比較

各種ストレステストにおけるN4、N4A、C4A、M8gの相対パフォーマンス（%）

N4Aの強み

• CPU演算（C4A比+13.7%）とSHA256ハッシュ（C4A比+34%）でリード
• 7-Zip圧縮でも十分な競争力
• AES-256-GCMスループットは控えめ（C4A比-51%）
• カスタムマシンタイプ（CMT）によるライトサイジングでコスト最適化が可能。これは現行のArmプラットフォームの中でもN4A独自の強みです——たとえばGraviton 4は事前定義されたインスタンスサイズしか提供されていません。

C4Aの強み

• AES-256-GCM暗号化（N4A比+102%）と7-Zip圧縮（N4A比+6%）でリード
• CPU性能も高水準だが、N4Aには一歩及ばず

M8gの位置づけ

• 多くのベンチマークで中間的なポジション
• CPUおよびハッシュ処理性能ではN4A、C4Aの両方を下回る

N4AはNeoverse N3が掲げる通り、コスト最適化された価格帯で効率性と演算workloadsに最適化されています。一方、Neoverse V2を搭載したC4Aは、パフォーマンス重視の価格帯で帯域幅集約型処理の最大スループットに最適化されています。

なぜN4AはSHA256でリードしAES-256-GCMでは劣るのか？

暗号処理の結果は、アーキテクチャ上のトレードオフも浮き彫りにしています。

N4AはSHA256ハッシュ処理ではリード（C4A比+34%）する一方、AES-256-GCM暗号化では大きく差をつけられています（C4A比-51%）。

AES-256-GCM——暗号化と認証を統合したスループット集約型のAEAD暗号

• 高いメモリ帯域幅と並列処理が必要
• 幅広い実行パイプラインとデュアル発行の暗号命令で性能を発揮

SHA256——演算集約型の反復ハッシュ処理

• 並列性が限定的な逐次演算（1ブロックあたり64ラウンド）
• メモリ帯域幅は低く、効率的な命令実行が効いてくる

暗号処理の種類によって最適なアーキテクチャは変わります。workloadに合わせて最適なインスタンスを選びましょう。