构建快速安全可靠的高频交易平台

时间:2014-02-22 09:17:32   来源:   评论:加载中...   点击:加载中...
信鸽、1毫秒和3亿美元早在1815年,英国和普鲁士联军在滑铁卢战役中击败拿破仑,战场上的硝烟还未散尽,罗斯柴尔德家族的信鸽便已起飞,穿越

信鸽、1毫秒和3亿美元

早在1815年,英国和普鲁士联军在滑铁卢战役中击败拿破仑,战场上的硝烟还未散尽,罗斯柴尔德家族的信鸽便已起飞,穿越英吉利海峡去伦敦报信去了。内森•罗斯柴尔德先于其他人得知了法国失利的消息,于是大幅买入英国政府债券,最终大赚了一笔。我们且不去考证其真实性,但这却是通信电子化之前最典型的高频交易案例之一。

如今的市场已经不再需要信鸽。纽约和芝加哥是美国重要的金融中心,两地直线距离大约700英里,光通过连接两地的光缆单程仅需7毫秒,这意味着行情延时7毫秒,交易延时14毫秒。即使这样,对于从事跨市交易的高频交易者来说也太过漫长。于是,Spread Networks斥巨资(据估计为3亿美元)修建一条横穿阿巴拉契亚山脉的光缆隧道。这条光缆线路更短,可将两地之间的数据传输时间缩短约1毫秒,因此吸引了大批的高频交易商租用其光纤。

交易所的军备竞赛

在美国,高频交易占整个市场交易量的一半以上,在欧洲也占四成左右,为了取得信息和速度上的优势,高频交易参与者、交易所以及相关的服务商都被卷入一场军备竞赛。

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对交易所而言,首先是对交易系统的升级和改造,提升系统的交易容量和交易速度。纳斯达克—OMX 集团于 2009 年 9 月宣布将其交易系统速度提高到 250 微秒以下,同时,纳斯达克还将其交易网络速度从每秒 10G 升级到每秒 40G。纽交所利用新交易系统替代了之前的 SuperDot 平台,令其交易系统延时由原先的 350 毫秒缩短至 5 毫秒,每秒可处理多达30 万笔交易。

在欧洲,伦敦证券交易所于 2009 年用基于 Linux 的交易系统替代了原先的 Windows 系统。新的交易系统最高交易速度低至 126 微秒,相比BATS Europe 的平均延时时间 250 微秒,Chi-X 的 175 微秒,具备了更强的竞争优势。

其次,为了降低网络延时,交易所还为高频交易提供多种通信接口(例如FIX)和托管(Co-Location)服务,直接把客户的主机放在交易所的数据中心,通过减少物理距离的方法以期获得定单到达交易所的最小延时。

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典型的高频交易网络

回归我们的主题,对高频交易而言,交易速度是影响投资效果的最重要的因素之一。因此,系统的相应速度是衡量高频交易系统性能优劣的最重要因素,亦将直接影响交易者的收益。一些高频投资策略在系统没有延时的条件下,可以获得较为可观的正收益,当系统延时达到 200 毫秒时,投资表现就会出现大幅下降;如果是波动较小的市场,当系统延时超过 50 毫秒时,收益大幅下降的情况就会出现(Martin, Dick , 2012 )。

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典型的高频交易网络(资料来源:Aldridge(2011))

由于交易策略高度依赖于超低延时性,所以为了实现执行这些策略所带来的好处,高频交易公司必须拥有实时、与交易所托管(Co-Location)的高频交易平台,通过这个平台来接受市场行情、生成交易指令、选择路由并执行指令,所有这些都是在不到1 毫秒的时间内完成的。同时,由于许多高频交易策略需要在一种以上的资产类别以及多个交易所之间进行交易,因此,需要配备适当的基础设施,以便在不同的数据中心之间进行远程连接。

高频交易的过程

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典型高频交易的过程(资料来源:Aldridge(2011))

一个高频交易系统首先从经纪商处获取信息,接收、处理并存储大量以运行时频率传输的报价及其他市场数据。信息传入运行时处理器,处理器首先对报价信息进行分析,然后将报价输入核心分析引擎,进行运行时计量分析,之后产生买卖交易信号,并计算运行时盈亏,按照预先设定的参数进行风险管理。

在实时交易后,还需进行交易后分析,系统需要记录实时交易生成的指令,将每日交易结果和基于存档数据的模拟结果进行比对,更新收益分布、交易成本、风险管理参数等,将这部分信息反馈给模拟引擎。与此同时,交易后系统需要将所有接受到的报价信息进行归档,再将这些信息传入模拟引擎,模拟引擎生成和测试新策略,根据交易后分析的结果改进当前交易策略,之后将该部分信息反馈给运行时处理器。

高频交易的性能优化

按照交易的过程,一次完整的交易路径可分为三个环节:系统获取市场数据;策略主机执行运算获得交易信号并发出交易指令;交易指令传出到达交易所主机。其中第一和第三个环节涉及网络传输系统,第二个环节由策略主机自身软硬件系统决定。

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依照交易时序的优化节点(资料来源:Aldridge(2011))

交易所方面的优化主要在三个方面:一是升级交易系统,提升交易容量和降低交易延时;二是升级骨干和接入网络到更低延时的40G和10G;还有就是提供托管(Co-Location)服务,将交易者的服务器直接放到交易所的托管机房。

下表是Nasdaq提供的其1G,10G连接的延迟数据:(数据基于Nasdaq的Co-Location用户数据,延迟均为往返延迟)对于最新的40G以太网连接,Nasdaq号称下单到反馈(order-to-ack)往返延迟能在40个微秒以内。从以上的数据中不难发现,高带宽不但能带来更低的延迟,而且还能提供一个非常重要的特性,那就是延迟的稳定性。

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对经纪商而言,首先当然是租用托管机房,然后是对整个交易通道进行低延时升级。典型的高频交易网络都采用10G的万兆网络接入,内置TOE(TCP协议卸载)UOE(UDP协议卸载)的低延时网卡,以减轻对服务器CPU资源的占用,从而降低服务器端的延时,业界已有延时仅76ns(纳秒)的10G网卡。交换机方面,低延时交换机已经可以做到端口到端口延时400ns(纳秒)以内。

高频交易的客户端一方面需要在交易算法和模型上下足功夫,另一方面同样是在数据处理和传输环节上进行优化。包括低延时的10G网络,高性能的服务器,GPU,甚至使用FPGA将算法固化在硬件设备中运行。

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典型的高频交易网络及其性能优化策略

通过上述的性能优化,整个交易通道的延时已经被压缩到了极致,但是随时而来的问题是:

1. 经纪商的前置机直接暴露在高频交易客户端面前,几乎可以用“裸奔”来形容,潜在的安全风险巨大;

2. 如何确保经纪商的前置机的高可用性?和极低延时的要求一样,高频交易对业务连续性同样有着极致的要求,交易时段不能容忍任何中断。客户端大都直接连接到某台前置机,如果前置机出现问题,将直接造成交易无法进行,潜在的损失无法估计。

如何在保证低延时的前提下解决上述问题呢?

高频交易的安全性

在网络中加入低延时网络防火墙。通常网络防火墙会带来几百个微秒(μs)的延时,低延时防火墙可以将延时降低到几十个微秒(μs),最低的甚至可以做到仅仅5个微秒(μs)。

高频交易的高可用性(HA)

为提升业务连续性的,可以使用低延时应用交付设备(ADC)对前置机服务器进行负载均衡,只需要提供给客户端一个接入地址,任何前置机出现问题都可直接切换到其他可用的前置机,既可确保业务连续性,又能灵活扩展处理性能。目前业界最低延时的ADC设备已经可以做到5个微秒(μs),有的产品甚至集成了防火墙的功能,实现防火墙+负载均衡总共才5微秒(μs)延时。

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增强型高频交易网络及其性能优化策略

国内高频交易

在美国和欧洲,金融市场已经非常成熟,高频交易的盈利日趋下降,加上2010年5月6日的“闪电暴跌”等事件的影响,监管部门加强了对高频交易的监控,使得美国的高频交易量从2009年的61%下降到现在的51%左右。

与此相反,新兴市场的经济蓬勃发展,金融市场日渐成熟,巴西和俄罗斯已经逐渐为高频交易打开了大门,上海证券交易所、香港等亚洲交易所也升级了交易系统,新加坡交易所甚至将系统升级到全球最快的90微秒。另外,新兴市场的高频交易者相对成熟市场更少,更易获得高额的收益。这都加速了高频交易向新兴市场的转移。

在国内,高频交易目前颇受国内金融行业关注。起初由于国内股票市场T+1交易制度的限制,大部分投资者最为关心的是以日为单位的短线、中长线投资机会,对日内交易机会关注甚少,随着允许T+0交易方式的商品期货、股指期货等创新产品的推出,以及可以通过一级市场申赎、信用交易等方式直接或变相的实现T+0交易的ETF(交易型开放式指数基金)和融资融券标的股的存在,投资者可以攫取证券市场日内交易的丰厚利润。因此,高频交易在国内已经被运用于商品期货、ETF及权证交易方面。

国内多家期货公司已经有提供高频交易的平台,有些嗅觉敏感的公司也已经开始学习国外同行的IT架构,率先进行了低延时改造,以吸引更多的高频交易者。ETF市场上已有多款做高频交易的ETF套利产品,国内量化投资基金日益增多,如广发、大摩华鑫、光大保德信等多家基金公司开始推出量化投资策略的基金。相信随着证券市场改革的深化,高频交易的发展将越来越迅速,成为中国金融市场最重要的交易策略之一。工欲善其事,必先利其器,建设快速、安全、可靠的高频交易平台必能帮助高频交易者在市场博弈中占尽先机,尤其是在一个还不太成熟的市场。

参考文献

【1】 WFE, Understanding High Frequency Trading

【2】 Peter Gomber, Björn Arndt, Marco Lutat, Tim Uhle, High-Frequency Trading, http://ssrn.com/abstract=1858626

【3】 上海证券交易所、复旦大学联合课题组,高频交易及其在中国市场应用研究

【4】 Wikipedia, High-frequency trading, http://en.wikipedia.org/wiki/High-frequency_trading

【5】 王焕然 深交所金融创新实验室/衍生品工作小组,解析高频交易

【6】 中信期货,聚焦国外高频交易现状

【7】 Brian Durwood, Nick Granny@wallstreettech, A Guide to the HFT Arms Race, http://www.wallstreetandtech.com/a-guide-to-the-hft-arms-race/240165050?queryText=HFT

【8】 纪婧,上海期货交易所,美国对高频交易的监管措施及启示

【9】 Deutsch Bank Research, High-frequency trading

【10】 柳峰,高频交易的技术与设备

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