文 / 中國外彙交易中心副總裁 崔嵬
中國外彙交易中心進階工程師 詹杭龍
金融基礎設施的高效運轉和互聯互通，為數字金融的高品質發展提供了堅實保障。習近平總書記在推動金融高品質發展專題研讨班開班式上指出，要建立健全自主可控安全高效的金融基礎設施體系。自主可控安全高效這一目标實作，離不開科技創新的支撐。其中，自主可控是前提，安全是底線，高效是着力點。這要求我們必須加快科技自主研發攻關，掌握核心技術和關鍵資源，不斷提升金融市場基礎設施能級。
堅持系統觀念優化交易系統整體效能
作為銀行間市場的組織者和營運者，中國外彙交易中心（以下簡稱交易中心）聚焦核心交易主業，堅持系統觀念和問題導向，推進創新技術自主攻關，持續優化自主可控安全高效的核心交易系統。核心交易系統建設是一項複雜的系統工程，對高性能、安全性、可靠性等各項名額均有極高的要求。同時，信創産品在适配應用系統過程中也面臨功能優化、性能提升的迫切需求。是以，我們不僅要關注交易引擎、數智模型等應用算法層面創新，也需要推進通信、存儲、作業系統等底層技術攻關，促進軟體、硬體高效協同，實作全過程、組合式的整體優化。總之，交易中心以打造自主可控安全高效的核心交易系統為目标，積極運用系統觀念推進應用層和技術層一體兩翼協同優化。針對極速行情分發場景，通過精細編碼、精簡排程、精準傳輸三大創新，完成微秒級的高速可靠通信提升。
在交易行情分發場景中，為實作高吞吐、低延時封包傳輸，我們從網絡通信技術入手，深入分析高速可靠UDP通信協定的技術特性，系統性研究偏移量編碼、核心旁路、多模态傳輸等多項技術，不斷提升金融封包傳輸性能，打造高速可靠的通信底座。
新型傳輸協定催生通信加速新機遇
在網絡傳輸層協定中，TCP與UDP各有特點。TCP是面向連接配接的傳輸，可靠但建立連接配接耗時長，且網絡環境變差時性能顯著下降。UDP是面向非連接配接的傳輸，輕量快速但不可靠。業界提出了諸如QUIC、KCP、MoldUDP64等多種可靠UDP方案，在發揮UDP優勢的同時彌補了其不足，實作通信性能提升（見圖1）。
圖1 可靠UDP與TCP在不同網絡環境下的性能對比
QUIC是Google研發的加密傳輸協定。國際網際網路工程任務組（IETF）确定将其作為HTTP/3标準底層協定。QUIC具有0-RTT通信、無隊頭阻塞的多路複用、使用者态流量控制等優勢（見圖2）。
圖2 基于QUIC的HTTP3與HTTP2的協定棧對比圖
KCP是一種快速可靠通信協定，通過非延遲确認、非退讓流控等機制來提升流速。KCP能在10%~20%額外帶寬成本的基礎上，實作平均延遲降低30%~40%，最大延遲降低3倍的傳輸性能。
MoldUDP64是NASDAQ研發的行情多點傳播分發協定。針對UDP資料封包的亂序到達和不可靠問題，MoldUDP64為用戶端提供了一種丢包檢測和請求重傳機制，確定行情可靠、保序分發。
三大創新助力極速行情新突破
結合可靠UDP技術特點，我們圍繞市場行情極速分發場景，依托交易中心金融科技實驗室推進高速可靠通信技術攻關。在金融市場，為滿足時效性和公平性需求，交易所普遍采用原生UDP建構行情多點傳播網絡。金融機構一般通過主機托管模式或專線遠端接入交易所的邊界路由器來接收市場行情。針對原生UDP消息不可靠問題，一些交易所采用“UDP多點傳播+TCP重傳”方式，部分交易所采用MoldUDP64的“多點傳播推送+單點傳播重傳”方式。
在調研國内外同業實踐基礎上，我們進一步從作業系統與網絡通信的底層機制入手，探索研發高速可靠通信的組合式解決方案，完成微秒級的單跳行情通信，吞吐量達到每秒40萬筆，實作了關鍵核心技術自主可控。
1.精細編碼。在封包初始化環節，研究偏移量二進制編碼技術。針對金融封包結構共性特點，預先設計好記憶體中資料門牌号，程序直接按門牌号存取資料，并通過緩存預取提升解析效率10倍以上。
2.精簡排程。在封包發送/接收階段，傳統采用記憶體到核心再到網卡的多步拷貝方式，路徑冗長且占用CPU資源。我們研究核心旁路技術，讓記憶體與網卡直接通路，簡化了資料“搬家”路徑。
3.精準傳輸。在通信傳輸階段，我們研究基于可靠UDP協定的封包通信機制，結合不同行情封包的尺寸和頻率，優化封包組包與安全控制，進一步提升帶寬資源使用率。
三類場景深化通信技術新價值
金融業對于資訊通信效率提升有着極緻追求。未來，我們将繼續探索創新通信技術在更多業務場景的應用，健全自主可控安全高效的金融市場數字化基礎設施，不斷提升金融市場服務的效率和品質。
1.研究基于SD-WAN的廣域行情分發。近年來，國外一些主要交易所與大型雲服務供應商合作，推動交易業務上雲。如NASDAQ已将市場監管、資料分析、資料分發等周邊功能全面遷移至Amazon雲平台，2021年進一步試點撮合引擎雲化部署。CME基于Google雲平台提供實時和延時的行情資料，并計劃通過10年将所有交易基礎設施遷移上雲。
通過跟蹤國内公有雲/行業雲的發展态勢，适時運用軟體定義廣域網（SD-WAN）技術建構基于混合雲的多點傳播行情網絡，建構基于雲上虛拟路由器的地域性行情轉發中心。利用成熟雲平台的高帶寬、高品質鍊路優勢進一步擴充交易服務的覆寫範圍。
2.探索基于RDMA的高性能存算叢集。分布式架構轉型背景下，存算分離架構對節點間高通量互動提出了極高要求。大資料處理、大模型訓練等場景要求CPU、GPU之間實作資料高速協同，傳統網絡架構的傳輸時延瓶頸愈加凸顯。
通過研究RDMA及其細分技術RoCE，研究利用核心旁路和記憶體零拷貝等實作鍊路層優化，并配套優化消息路由和流量控制算法，進一步降低資料中心内部消息通信延時，提升核心交易性能。
3.推進基于對等多點傳播網絡的多地多活架構。為了提升核心交易系統業務連續性，金融機構廣泛采用多地多活方案。在多活架構中，不同資料中心需要實作業務狀态實時同步，以確定在生産主節點異常時快速切換（RTO）及資料不丢失（RPO）。目前，業界主要基于資料庫流複制技術進行狀态同步，一些機構開始探索基于對等多點傳播網絡的狀态同步技術。
通過在生産與同城資料中心間開啟PIM-SM及IGMP V3功能，并将核心交換機配置相同的Anycast RP位址建立對等體關系，實作多點傳播源就近注冊和接收者就近加入。在此基礎上，應用元件通過UDP多點傳播實作跨資料中心的消息互動與資料同步。
未來，中國外彙交易中心将深化拓展創新技術在金融市場的應用，不斷提升金融市場數字化基礎設施服務能級。
參考資料
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（此文刊發于《金融電子化》2024年4月上半月刊）