Que ISPs usam o Google, Facebook e outros gigantes da tecnologia?

Não têm Provedor(s) de Serviço de Internet. Eles têm os seus próprios servidores instalados em todo o mundo, mantendo milhares de Terabytes de dados. Estes servidores estão ligados aos seus ISPs como airtel, etc. Então quando você abre um site você não pede ao google ou facebook nos EUA para servir seus pedidos de página.
Quando você abre uma página do google então seu computador envia um pedido para o servidor mais próximo(fornecido pelo seu ISP). Se a respectiva página já estiver em cache no servidor, a versão em cache é enviada para você. Isto acontece na maioria dos casos. Se o seu pedido for único então o servidor do ISP pede ao servidor da respectiva empresa como google/facebook que estão mais próximos da sua localização para uma nova cópia da página.
Se você estiver muito interessado então leia qualquer livro em redes de computadores. Você pode procurar por arquitetura distribuída, cache distribuída, servidores distribuídos e existem muitos jargões que eu não't conheço. Feliz leitura.

Desde que esta pergunta é feita em conselhos de inicialização e tópicos de estratégia, eu estou adivinhando que você quer fazer a próxima grande coisa. Não há problemas em pensar em grande. Mas você tem que começar pequeno. Compre um serviço de hospedagem de sites. Empurre o seu produto/serviço para o mercado. Quando você tiver tráfego suficiente, então aumente para servidores virtuais. Cresça ainda maior e passe para servidores distribuídos virtuais. Então, se você precisar crescer ainda mais, então tenha seu(s) próprio(s) servidor(es). A esta altura você definitivamente seria sábio e rico. Neste ponto do negócio você ganhou'não precisa de conselhos de um cara como eu.
Feliz se aventurando e me diga como foi.