文 / 中国外汇交易中心副总裁 崔嵬
中国外汇交易中心高级工程师 詹杭龙
金融基础设施的高效运转和互联互通，为数字金融的高质量发展提供了坚实保障。习近平总书记在推动金融高质量发展专题研讨班开班式上指出，要建立健全自主可控安全高效的金融基础设施体系。自主可控安全高效这一目标实现，离不开科技创新的支撑。其中，自主可控是前提，安全是底线，高效是着力点。这要求我们必须加快科技自主研发攻关，掌握核心技术和关键资源，不断提升金融市场基础设施能级。
坚持系统观念优化交易系统整体效能
作为银行间市场的组织者和运营者，中国外汇交易中心（以下简称交易中心）聚焦核心交易主业，坚持系统观念和问题导向，推进创新技术自主攻关，持续优化自主可控安全高效的核心交易系统。核心交易系统建设是一项复杂的系统工程，对高性能、安全性、可靠性等各项指标均有极高的要求。同时，信创产品在适配应用系统过程中也面临功能优化、性能提升的迫切需求。因此，我们不仅要关注交易引擎、数智模型等应用算法层面创新，也需要推进通信、存储、操作系统等底层技术攻关，促进软件、硬件高效协同，实现全过程、组合式的整体优化。总之，交易中心以打造自主可控安全高效的核心交易系统为目标，积极运用系统观念推进应用层和技术层一体两翼协同优化。针对极速行情分发场景，通过精细编码、精简调度、精准传输三大创新，完成微秒级的高速可靠通信提升。
在交易行情分发场景中，为实现高吞吐、低延时报文传输，我们从网络通信技术入手，深入分析高速可靠UDP通信协议的技术特性，系统性研究偏移量编码、内核旁路、多模态传输等多项技术，不断提升金融报文传输性能，打造高速可靠的通信底座。
新型传输协议催生通信加速新机遇
在网络传输层协议中，TCP与UDP各有特点。TCP是面向连接的传输，可靠但建立连接耗时长，且网络环境变差时性能显著下降。UDP是面向非连接的传输，轻量快速但不可靠。业界提出了诸如QUIC、KCP、MoldUDP64等多种可靠UDP方案，在发挥UDP优势的同时弥补了其不足，实现通信性能提升（见图1）。
图1 可靠UDP与TCP在不同网络环境下的性能对比
QUIC是Google研发的加密传输协议。国际互联网工程任务组（IETF）确定将其作为HTTP/3标准底层协议。QUIC具有0-RTT通信、无队头阻塞的多路复用、用户态流量控制等优势（见图2）。
图2 基于QUIC的HTTP3与HTTP2的协议栈对比图
KCP是一种快速可靠通信协议，通过非延迟确认、非退让流控等机制来提升流速。KCP能在10%~20%额外带宽成本的基础上，实现平均延迟降低30%~40%，最大延迟降低3倍的传输性能。
MoldUDP64是NASDAQ研发的行情组播分发协议。针对UDP数据报文的乱序到达和不可靠问题，MoldUDP64为客户端提供了一种丢包检测和请求重传机制，确保行情可靠、保序分发。
三大创新助力极速行情新突破
结合可靠UDP技术特点，我们围绕市场行情极速分发场景，依托交易中心金融科技实验室推进高速可靠通信技术攻关。在金融市场，为满足时效性和公平性需求，交易所普遍采用原生UDP构建行情组播网络。金融机构一般通过主机托管模式或专线远程接入交易所的边界路由器来接收市场行情。针对原生UDP消息不可靠问题，一些交易所采用“UDP组播+TCP重传”方式，部分交易所采用MoldUDP64的“组播推送+单播重传”方式。
在调研国内外同业实践基础上，我们进一步从操作系统与网络通信的底层机制入手，探索研发高速可靠通信的组合式解决方案，完成微秒级的单跳行情通信，吞吐量达到每秒40万笔，实现了关键核心技术自主可控。
1.精细编码。在报文初始化环节，研究偏移量二进制编码技术。针对金融报文结构共性特点，预先设计好内存中数据门牌号，进程直接按门牌号存取数据，并通过缓存预取提升解析效率10倍以上。
2.精简调度。在报文发送/接收阶段，传统采用内存到内核再到网卡的多步拷贝方式，路径冗长且占用CPU资源。我们研究内核旁路技术，让内存与网卡直接访问，简化了数据“搬家”路径。
3.精准传输。在通信传输阶段，我们研究基于可靠UDP协议的报文通信机制，结合不同行情报文的尺寸和频率，优化报文组包与安全控制，进一步提升带宽资源利用率。
三类场景深化通信技术新价值
金融业对于信息通信效率提升有着极致追求。未来，我们将继续探索创新通信技术在更多业务场景的应用，健全自主可控安全高效的金融市场数字化基础设施，不断提升金融市场服务的效率和质量。
1.研究基于SD-WAN的广域行情分发。近年来，国外一些主要交易所与大型云服务供应商合作，推动交易业务上云。如NASDAQ已将市场监管、数据分析、数据分发等周边功能全面迁移至Amazon云平台，2021年进一步试点撮合引擎云化部署。CME基于Google云平台提供实时和延时的行情数据，并计划通过10年将所有交易基础设施迁移上云。
通过跟踪国内公有云/行业云的发展态势，适时运用软件定义广域网（SD-WAN）技术构建基于混合云的组播行情网络，构建基于云上虚拟路由器的地域性行情转发中心。利用成熟云平台的高带宽、高质量链路优势进一步扩展交易服务的覆盖范围。
2.探索基于RDMA的高性能存算集群。分布式架构转型背景下，存算分离框架对节点间高通量交互提出了极高要求。大数据处理、大模型训练等场景要求CPU、GPU之间实现数据高速协同，传统网络架构的传输时延瓶颈愈加凸显。
通过研究RDMA及其细分技术RoCE，研究利用内核旁路和内存零拷贝等实现链路层优化，并配套优化消息路由和流量控制算法，进一步降低数据中心内部消息通信延时，提升核心交易性能。
3.推进基于对等组播网络的多地多活架构。为了提升核心交易系统业务连续性，金融机构广泛采用多地多活方案。在多活架构中，不同数据中心需要实现业务状态实时同步，以确保在生产主节点异常时快速切换（RTO）及数据不丢失（RPO）。目前，业界主要基于数据库流复制技术进行状态同步，一些机构开始探索基于对等组播网络的状态同步技术。
通过在生产与同城数据中心间开启PIM-SM及IGMP V3功能，并将核心交换机配置相同的Anycast RP地址建立对等体关系，实现组播源就近注册和接收者就近加入。在此基础上，应用组件通过UDP组播实现跨数据中心的消息交互与数据同步。
未来，中国外汇交易中心将深化拓展创新技术在金融市场的应用，不断提升金融市场数字化基础设施服务能级。
参考资料
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（此文刊发于《金融电子化》2024年4月上半月刊）