GKE の GPU で vLLM を使用して Llama モデルをサービングする

Autopilot Standard

このチュートリアルでは、vLLM サービングフレームワークを使用し、Google Kubernetes Engine（GKE）で GPU を使用して Llama models 4 大規模言語モデル（LLM）のデプロイとサービングを行う方法について説明します。これにより、マネージド Kubernetes 環境における推論用 LLM の実用的なデプロイに関する基礎を学ぶことができます。vLLM を実行する事前構築済みコンテナを GKE にデプロイします。また、Hugging Face から Llama を読み込むように GKE を構成します。

このチュートリアルは、ML エンジニア、プラットフォームの管理者とオペレーターのほか、Kubernetes のコンテナオーケストレーション機能を使用して H200、H100、A100、L4 GPU ハードウェアで AI / ML ワークロードをサービングすることに関心があるデータと AI のスペシャリストを対象としています。 Google Cloud のコンテンツで使用されている一般的なロールとタスクの例の詳細については、一般的な GKE Enterprise ユーザーロールとタスクをご覧ください。

ML モデルを費用対効果の高い方法で迅速に構築してサービングする目的で設計された統合マネージド AI プラットフォームが必要な場合は、Vertex AI デプロイソリューションをお試しになることをおすすめします。

このページを読む前に、次のことをよく理解しておいてください。

背景

このセクションでは、このガイドで使用されている重要なテクノロジーについて説明します。

Llama

Llama は、テキスト生成、翻訳、質問応答など、さまざまな自然言語処理タスク用に設計された Meta の大規模言語モデルです。GKE は、この規模のモデルの分散トレーニングとサービングの実現に必要なインフラストラクチャを提供します。詳細については、Llama のドキュメントをご覧ください。

GPU

GPU を使用すると、ノードで実行される特定のワークロード（ML やデータ処理など）を高速化できます。GKE では、NVIDIA H200、H100、L4、A100 GPU を搭載したマシンタイプをはじめとする、さまざまなマシンタイプオプションをノード構成に使用できます。

vLLM

vLLM は、GPU のサービングスループットを向上できる、高度に最適化されたオープンソースの LLM サービングフレームワークであり、次のような機能を備えています。

PagedAttention による Transformer の実装の最適化
サービングスループットを全体的に向上させる連続的なバッチ処理
複数の GPU でのテンソル並列処理と分散サービング

詳細については、vLLM のドキュメントをご覧ください。

目標

Autopilot モードまたは Standard モードの GKE クラスタで環境を準備する。
vLLM コンテナをクラスタにデプロイする。
vLLM を使用して、curl とウェブチャットインターフェースを介して Llama 4 モデルをサービングする。

始める前に

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  Go to IAM
2. Select the project.
3. In the Principal column, find all rows that identify you or a group that you're included in. To learn which groups you're included in, contact your administrator.
4. For all rows that specify or include you, check the Role column to see whether the list of roles includes the required roles.
Grant the roles
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  [IAM] に移動
2. プロジェクトを選択します。
3. [ アクセスを許可] をクリックします。
4. [新しいプリンシパル] フィールドに、ユーザー ID を入力します。これは通常、Google アカウントのメールアドレスです。
5. [ロールを選択] リストでロールを選択します。
6. 追加のロールを付与するには、 [別のロールを追加] をクリックして各ロールを追加します。
7. [保存] をクリックします。

Hugging Face アカウントを作成します（まだ作成していない場合）。
プロジェクトに H100 GPU と H200 GPU に十分な割り当てがあることを確認します。詳細については、GPU 割り当てを計画すると GPU 割り当てをご覧ください。

モデルへのアクセス権を取得する

Hugging Face からモデルにアクセスするには、Hugging Face トークンが必要です。

トークンをまだ生成していない場合は、次の手順に沿って生成します。

[Your Profile] > [Settings] > [Access Tokens] の順にクリックします。
[New Token] を選択します。
任意の名前と、少なくとも Read ロールを指定します。
[Generate a token] を選択します。
トークンをクリップボードにコピーします。

環境を準備する

このチュートリアルでは、Cloud Shell を使用してGoogle Cloudでホストされているリソースを管理します。Cloud Shell には、このチュートリアルに必要な kubectl や gcloud CLI などのソフトウェアがプリインストールされています。

Cloud Shell を使用して環境を設定するには、次の操作を行います。

Google Cloud コンソールで（Cloud Shell をアクティブにする）をクリックして、Google Cloud コンソールで Cloud Shell セッションを起動します。これにより、 Google Cloud コンソールの下部ペインでセッションが起動します。
デフォルトの環境変数を設定します。
```
gcloud config set project PROJECT_ID
export PROJECT_ID=$(gcloud config get project)
export REGION=REGION
export CLUSTER_NAME=CLUSTER_NAME
export HF_TOKEN=HF_TOKEN
```
次の値を置き換えます。
- PROJECT_ID: Google Cloudプロジェクト ID。
- REGION: 使用するアクセラレータタイプをサポートするリージョン（たとえば、L4 GPU の場合は us-central1）。
- CLUSTER_NAME: クラスタの名前。
- HF_TOKEN: 先ほど生成した Hugging Face トークン。

Google Cloud リソースを作成して構成する

次の手順で、必要なリソースを作成します。

GKE クラスタとノードプールを作成する

GKE Autopilot クラスタまたは GKE Standard クラスタの GPU で Llama 4 モデルをサービングできます。フルマネージドの Kubernetes エクスペリエンスを実現するには、Autopilot クラスタを使用することをおすすめします。ワークロードに最適な GKE の運用モードを選択するには、GKE の運用モードを選択するをご覧ください。

Autopilot

Cloud Shell で、次のコマンドを実行します。

gcloud container clusters create-auto CLUSTER_NAME \
    --project=PROJECT_ID \
    --region=REGION \
    --release-channel=rapid

次の値を置き換えます。

PROJECT_ID: Google Cloudプロジェクト ID。
REGION: 使用するアクセラレータタイプをサポートするリージョン（たとえば、L4 GPU の場合は us-central1）。
CLUSTER_NAME: クラスタの名前。

GKE は、デプロイされたワークロードからのリクエストに応じた CPU ノードと GPU ノードを持つ Autopilot クラスタを作成します。

Standard

Cloud Shell で、次のコマンドを実行して Standard クラスタを作成します。
```
gcloud container clusters create CLUSTER_NAME \
    --project=PROJECT_ID \
    --region=REGION \
    --workload-pool=PROJECT_ID.svc.id.goog \
    --release-channel=rapid \
    --num-nodes=1
```
次の値を置き換えます。
- PROJECT_ID: Google Cloudプロジェクト ID。
- REGION: 使用するアクセラレータタイプをサポートするリージョン（たとえば、H100 GPU の場合は us-central1）。
- CLUSTER_NAME: クラスタの名前。
クラスタの作成には数分かかることもあります。

クラスタ用のノードプールを適切なディスクサイズで作成するため、次のコマンドを実行します。

gcloud container node-pools create gpupool \
    --accelerator type=nvidia-h100-80gb,count=1,gpu-driver-version=latest \
    --project=PROJECT_ID \
    --location=REGION \
    --node-locations=REGION-a \
    --cluster=CLUSTER_NAME \
    --machine-type=a3-highgpu-8g \
    --disk-type=pd-ssd \
    --num-nodes=1 \
    --disk-size=256

GKE は、8 つの H100 80 GB GPU を含む単一のノードプールを作成します。

Hugging Face の認証情報用の Kubernetes Secret を作成する

Cloud Shell で、次の操作を行います。

クラスタと通信できるように kubectl を構成します。
```
gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME \
    --location=REGION
```
次の値を置き換えます。
- REGION: 使用するアクセラレータタイプをサポートするリージョン（たとえば、L4 GPU の場合は us-central1）。
- CLUSTER_NAME: クラスタの名前。

Hugging Face トークンを含む Kubernetes Secret を作成します。

kubectl create secret generic hf-secret \
    --from-literal=hf_api_token=${HF_TOKEN} \
    --dry-run=client -o yaml | kubectl apply -f -

HF_TOKEN は、先ほど生成した Hugging Face トークンに置き換えます。

vLLM をデプロイする

このセクションでは、使用する Llama 4 モデルをサービングする vLLM コンテナをデプロイします。

Llama 4 Maverick 17B-128E
Llama 4 Scout 17B-16E

このチュートリアルでは、モデルをデプロイするために Kubernetes Deployment を使用します。Deployment は、クラスタ内のノードに分散された Pod の複数のレプリカを実行できる Kubernetes API オブジェクトです。

Llama 4 Maverick 17B-128e

Llama 4 Maverick 17B-128E モデルをデプロイする手順は次のとおりです。

次の vllm-llama4-maverick-17b-128e.yaml マニフェストを作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: llama-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: llama-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: llama-server
        ai.gke.io/model: Llama-4-Maverick-17B-128E
        ai.gke.io/inference-server: vllm
    spec:
      containers:
      - name: inference-server
        image: us-docker.pkg.dev/vertex-ai/vertex-vision-model-garden-dockers/pytorch-vllm-serve:20250405_1205_RC01
        resources:
          requests:
            cpu: 157
            memory: 2067Gi
            ephemeral-storage: 850Gi
            nvidia.com/gpu : 8
          limits:
            cpu: 157
            memory: 2067Gi
            ephemeral-storage: 850Gi
            nvidia.com/gpu : 8
        args:
        - python3
        - -m
        - vllm.entrypoints.api_server
        - --host=0.0.0.0
        - --port=7080
        - --swap-space=16
        - --max-model-len=131072
        - --gpu-memory-utilization=0.95
        - --disable-log-stats
        - --dtype=auto
        - --kv-cache-dtype=auto
        - --max-num-seqs=64
        - --model=meta-llama/Llama-4-Maverick-17B-128E
        - --tensor-parallel-size=8
        env:
        - name: MODEL_ID
          value: 'meta-llama/Llama-4-Maverick-17B-128E'
        - name: HUGGING_FACE_HUB_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
          medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-h200-141gb
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: llama-service
spec:
  selector:
    app: llama-server
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 8000
    targetPort: 7080
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: hf-secret
type: Opaque
stringData:
  hf_api_token: {{HF_TOKEN}}

次のようにマニフェストを適用します。
```
kubectl apply -f vllm-llama4-maverick-17b-128e.yaml
```
この例では、--max-model-len=131072 vLLM オプションを使用してコンテキストウィンドウを 128,000 に制限しています。

Llama 4 Maverick 17B-128e-it

Llama 4 Maverick 17B-128e 指示チューニング型モデルをデプロイする手順は次のとおりです。

次の vllm-llama4-maverick-17b-128e-instruct.yaml マニフェストを作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: llama-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: llama-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: llama-server
        ai.gke.io/model: Llama-4-Maverick-17B-128E-Instruct
        ai.gke.io/inference-server: vllm
    spec:
      containers:
      - name: inference-server
        image: us-docker.pkg.dev/vertex-ai/vertex-vision-model-garden-dockers/pytorch-vllm-serve:20250405_1205_RC01
        resources:
          requests:
            cpu: 157
            memory: 2067Gi
            ephemeral-storage: 850Gi
            nvidia.com/gpu : 8
          limits:
            cpu: 157
            memory: 2067Gi
            ephemeral-storage: 850Gi
            nvidia.com/gpu : 8
        args:
        - python3
        - -m
        - vllm.entrypoints.api_server
        - --host=0.0.0.0
        - --port=7080
        - --swap-space=16
        - --max-model-len=131072
        - --gpu-memory-utilization=0.95
        - --disable-log-stats
        - --dtype=auto
        - --kv-cache-dtype=auto
        - --max-num-seqs=64
        - --model=meta-llama/Llama-4-Maverick-17B-128E-Instruct
        - --tensor-parallel-size=8
        env:
        - name: MODEL_ID
          value: 'meta-llama/Llama-4-Maverick-17B-128E-Instruct'
        - name: HUGGING_FACE_HUB_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
          medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-h200-141gb
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: llama-service
spec:
  selector:
    app: llama-server
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 8000
    targetPort: 7080
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: hf-secret
type: Opaque
stringData:
  hf_api_token: {{HF_TOKEN}}

次のようにマニフェストを適用します。
```
kubectl apply -f vllm-llama4-maverick-17b-128e-instruct.yaml
```
この例では、--max-model-len=131072 vLLM オプションを使用してコンテキストウィンドウを 128,000 に制限しています。

Llama 4 Maverick 17B-128e-it-fp8

Llama 4 Maverick 17B-128e-Instruct-FP8 モデルをデプロイする手順は次のとおりです。

次の vllm-llama4-maverick-17b-128e-instruct-fp8.yaml マニフェストを作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: llama-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: llama-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: llama-server
        ai.gke.io/model: Llama-4-Maverick-17B-128E-Instruct-FP8
        ai.gke.io/inference-server: vllm
    spec:
      containers:
      - name: inference-server
        image: us-docker.pkg.dev/vertex-ai/vertex-vision-model-garden-dockers/pytorch-vllm-serve:20250405_1205_RC01
        resources:
          requests:
            cpu: 146
            memory: 1311Gi
            ephemeral-storage: 600Gi
            nvidia.com/gpu : 8
          limits:
            cpu: 146
            memory: 1311Gi
            ephemeral-storage: 600Gi
            nvidia.com/gpu : 8
        args:
        - python3
        - -m
        - vllm.entrypoints.api_server
        - --host=0.0.0.0
        - --port=7080
        - --swap-space=16
        - --max-model-len=524288
        - --gpu-memory-utilization=0.90
        - --disable-log-stats
        - --model=meta-llama/Llama-4-Maverick-17B-128E-Instruct-FP8
        - --tensor-parallel-size=8
        env:
        - name: MODEL_ID
          value: 'meta-llama/Llama-4-Maverick-17B-128E-Instruct-FP8'
        - name: HUGGING_FACE_HUB_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
          medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-h100-80gb
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: llama-service
spec:
  selector:
    app: llama-server
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 8000
    targetPort: 7080
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: hf-secret
type: Opaque
stringData:
  hf_api_token: {{HF_TOKEN}}

次のようにマニフェストを適用します。
```
kubectl apply -f vllm-llama4-maverick-17b-128e-instruct-fp8.yaml
```
この例では、--max-model-len=524288 vLLM オプションを使用してコンテキストウィンドウを 512,000 に制限しています。

Llama 4 Scout 17B-16e

Llama 4 Scout 17B-16E モデルをデプロイする手順は次のとおりです。

次の vllm-llama4-scout-17b-16e.yaml マニフェストを作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: llama-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: llama-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: llama-server
        ai.gke.io/model: Llama-4-Scout-17B-16E
        ai.gke.io/inference-server: vllm
    spec:
      containers:
      - name: inference-server
        image: us-docker.pkg.dev/vertex-ai/vertex-vision-model-garden-dockers/pytorch-vllm-serve:20250405_1205_RC01
        resources:
          requests:
            cpu: 146
            memory: 1311Gi
            ephemeral-storage: 600Gi
            nvidia.com/gpu : 8
          limits:
            cpu: 146
            memory: 1311Gi
            ephemeral-storage: 600Gi
            nvidia.com/gpu : 8
        args:
        - python3
        - -m
        - vllm.entrypoints.api_server
        - --host=0.0.0.0
        - --port=7080
        - --swap-space=16
        - --max-model-len=262144
        - --limit_mm_per_prompt='image=5'
        - --disable-log-stats
        - --model=meta-llama/Llama-4-Scout-17B-16E
        - --tensor-parallel-size=8
        env:
        - name: MODEL_ID
          value: 'meta-llama/Llama-4-Scout-17B-16E'
        - name: HUGGING_FACE_HUB_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
          medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-h100-80gb
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: llama-service
spec:
  selector:
    app: llama-server
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 8000
    targetPort: 7080
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: hf-secret
type: Opaque
stringData:
  hf_api_token: {{HF_TOKEN}}

次のようにマニフェストを適用します。
```
kubectl apply -f vllm-llama4-scout-17b-16e.yaml
```
この例では、--max-model-len=262144 vLLM オプションを使用してコンテキストウィンドウを 256,000 に制限しています。

Llama 4 Scout 17B-16e-it

Llama 4 Scout 17B-16e Instruct 指示用にチューニングされたモデルをデプロイする手順は次のとおりです。

次の vllm-llama4-scout-17b-16e-instruct.yaml マニフェストを作成します。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: llama-deployment
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: llama-server
  template:
    metadata:
      labels:
        app: llama-server
        ai.gke.io/model: Llama-4-Scout-17B-16E-Instruct
        ai.gke.io/inference-server: vllm
    spec:
      containers:
      - name: inference-server
        image: us-docker.pkg.dev/vertex-ai/vertex-vision-model-garden-dockers/pytorch-vllm-serve:20250405_1205_RC01
        resources:
          requests:
            cpu: 146
            memory: 1311Gi
            ephemeral-storage: 600Gi
            nvidia.com/gpu : 8
          limits:
            cpu: 146
            memory: 1311Gi
            ephemeral-storage: 600Gi
            nvidia.com/gpu : 8
        args:
        - python3
        - -m
        - vllm.entrypoints.api_server
        - --host=0.0.0.0
        - --port=7080
        - --swap-space=16
        - --max-model-len=1310720
        - --limit_mm_per_prompt='image=5'
        - --disable-log-stats
        - --model=meta-llama/Llama-4-Scout-17B-16E-Instruct
        - --tensor-parallel-size=8
        env:
        - name: MODEL_ID
          value: 'meta-llama/Llama-4-Scout-17B-16E-Instruct'
        - name: HUGGING_FACE_HUB_TOKEN
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: hf-secret
              key: hf_api_token
        volumeMounts:
        - mountPath: /dev/shm
          name: dshm
      volumes:
      - name: dshm
        emptyDir:
          medium: Memory
      nodeSelector:
        cloud.google.com/gke-accelerator: nvidia-h100-80gb
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: llama-service
spec:
  selector:
    app: llama-server
  type: ClusterIP
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 8000
    targetPort: 7080
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: hf-secret
type: Opaque
stringData:
  hf_api_token: {{HF_TOKEN}}

次のようにマニフェストを適用します。
```
kubectl apply -f vllm-llama4-scout-17b-16e-instruct.yaml
```
この例では、--max-model-len=1310720 vLLM オプションを使用してコンテキストウィンドウを 1.280,000 に制限しています。

Deployment が利用可能になるまで待ちます。

kubectl wait --for=condition=Available --timeout=1800s deployment/llama-deployment

実行中の Deployment のログを表示します。

kubectl logs -f -l app=llama-server

Deployment リソースによってモデルデータがダウンロードされます。この処理には数分かかることがあります。出力は次のようになります。

INFO:     Started server process [145]
INFO:     Waiting for application startup.
INFO:     Application startup complete.
...
INFO 04-07 13:36:29 [async_llm.py:228] Added request chatcmpl-4149ea4cf35e48559f9f819dcdbbb23e.
INFO:     127.0.0.1:44018 - "POST /v1/chat/completions HTTP/1.1" 200 OK

モデルが完全にダウンロードされたことを確認してから、次のセクションに進んでください。

モデルをサービングする

このセクションでは、モデルを操作します。

ポート転送をセットアップする

モデルへのポート転送を設定するには、次のコマンドを実行します。

kubectl port-forward service/llama-service 8080:8000

出力は次のようになります。

Forwarding from 127.0.0.1:8080 -> 7080

curl を使用してモデルを操作する

このセクションでは、基本的なスモークテストを実行して、デプロイされた Llama 指示調整済みモデルを確認する方法について説明します。他のモデルの場合は、meta-llama/Llama-4-Scout-17B-16E をそれぞれのモデルの名前に付けてください。

この例では、テキストのみの入力で Llama 4 Scout 17B-16E モデルをテストする方法を示します。

新しいターミナルセッションで、curl を使用してモデルとチャットします。

curl http://localhost:8080/v1/chat/completions \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{
    "model": "meta-llama/Llama-4-Scout-17B-16E",
    "messages": [{"role": "user", "content": "San Francisco is a"}],
    "max_tokens": 7,
    "temperature": 0
  }'

出力は次のようになります。

"message":{"role":"assistant","reasoning_content":null,"content":"San Francisco is a city","tool_calls":[]}

問題のトラブルシューティング

「Empty reply from server」というメッセージが表示された場合は、コンテナがモデルデータのダウンロードを完了していない可能性があります。モデルのサービング準備ができていることを示す「Connected」というメッセージがないか、再度 Pod のログを確認します。
Connection refused メッセージが見つかった場合は、ポート転送が有効であることを確認します。

モデルのパフォーマンスをモニタリングする

モデルのパフォーマンスをモニタリングするには、Cloud Monitoring で vLLM ダッシュボードの統合を使用します。このダッシュボードでは、トークンのスループット、リクエストレイテンシ、エラー率などの重要なパフォーマンス指標を確認できます。

vLLM ダッシュボードを使用するには、vLLM から指標を収集する Google Cloud Managed Service for Prometheus を GKE クラスタで有効にする必要があります。vLLM の指標はデフォルトで Prometheus 形式によって公開されるため、追加のエクスポーターをインストールする必要はありません。

その後、指標を vLLM ダッシュボードで確認できます。Google Cloud Managed Service for Prometheus を使用してモデルから指標を収集する方法については、Cloud Monitoring のドキュメントで vLLM のオブザーバビリティガイダンスをご覧ください。

クリーンアップ

このチュートリアルで使用したリソースについて、Google Cloud アカウントに課金されないようにするには、リソースを含むプロジェクトを削除するか、プロジェクトを維持して個々のリソースを削除します。

デプロイされたリソースを削除する

このガイドで作成したリソースについて Google Cloud アカウントに課金されないようにするには、次のコマンドを実行します。

gcloud container clusters delete CLUSTER_NAME \
    --region=REGION