一、 极速交易技术的兴起
随着计算机技术和金融科技的快速发展，量化交易和高频交易在全球金融市场中已经被运用到各种交易场景，特别是在股票，期货，期权等衍生品市场，已经逐渐取代人工做市（market maker)，成为各大做市商的主要工具。目前欧美金融市场量化交易和高频交易的比例超过百分之七十，亚洲市场超过百分之二十。
国内证券期货行业从2015年开始，量化交易呈现快速增长趋势。高频交易作为量化交易的一个分支，具有如下特点：
• 使用超高速的复杂计算机系统下单
• 使用 co-location 和直连交易所的数据通道
• 平均每次持仓时间极短
• 大量发送和取消委托订单
• 收盘时基本保持空仓（不持仓过夜）
因此，在高频交易中减少时延，快速执行交易指令，提高交易成功率，先人一步，成为高频交易能否成功的关键。
随着高频交易的快速发展以及监管政策的放松，国内量化私募基金高速发展，规模达几百亿的量化私募快速出现，量化私募总规模已超过万亿，推动量化交易和高频交易快速增长，从而对极速交易系统的需求也快速增长，极速交易系统成为券商和期货公司的必争之地。
极速交易系统包含以下关键要素：
• 极速交易软件：采用恒生电子等专业化软件，穿透时延可以达到几百ns。
• 高频服务器：采用高性能服务器，甚至超频服务器，以加快交易速度。
• 低时延网卡：采用FPGA低时延网卡，将部分业务卸载到FGPA执行。
• 低时延网络：采用超低时延交换机，减少网络传输时延。
超低时延交换机，成为极速交易系统组网的关键，已经成为证券和期货公司“军备竞赛”的关键设施。
二、 传统交换技术的局限
传统以太网交换机采用ASIC芯片，对报文采用Store and forward转发模式，首先把报文收到内部缓存，判断报文是否正确，不正确丢弃，正确转发。转发报文的依据是查找二层MAC地址表或者三层路由表，对于组播报文，则要根据VLAN和端口列表进行组播复制。传统交换机的存储转发方式在如下环节会导致时延增加：
• 把报文收到内部缓存，取决于报文长度，增加接收完整报文的时延。
• 查找MAC表和路由表，增加转发时延。
• 组播复制，取决于端口的数量，增加复制时延。
传统交换机转发时延一般是800ns以上，有的设备甚至到1us，无法满足极速交易系统对网络时延的要求。
三、 超低时延转发技术介绍
- L1超低时延转发技术
L1以太网交换机工作在物理层，内部有一个交叉矩阵，可以根据用户的配置对报文做快速转发和复制；L1以太网交换机支持信号再生和增强，通过特殊设计，可以支持对以太网报文的端口统计，既具有超低时延特性，同时具有普通以太网交换机的可维护性。
上图是L1交换机的三种典型应用：
• Patch panel：
L1交换机任意两端口之间通过配置Patch Panel可以实现流量双向互通，从某个端口收到的报文都会直接转发给另一个端口，反之亦然。
• Tapping：
L1以太网交换机支持通过Tapping功能将从指定端口接收到的流量镜像到其他端口，使金融客户可以实时保存交易数据，进而可以利用服务器分析这些镜像过来的数据，从而实现交易监管和后期追溯。
• Fan-out：
L1以太网交换机通过Fan-out功能实现流量的1:N快速复制，把流量从一个端口同时发送给多个端口，时延小于4ns，从而实现行情数据的快速分发。L1以太网交换机可以支持物理层信号再生，因此数据在多次复制后仍然保持完整性。
2. L1.5超低时延转发技术
L1.5层交换机在极速交易场景中主要完成策略机上行数据的多路复用，和行情数据及回程数据的链路解复用。L1.5层交换机的两个主要转发技术如下图所示：
• Multiplexing：
L1.5层交换机在组网中下行一般会连接多台策略机，上行连接到交易柜台或者上一级交换机，转发中存在多对一复用的情形。为了追求超低时延，不能像传统交换机那样存储转发，因此使用链路复用技术。链路复用技术通过FPGA实现，每个入端口收到报文后判断是否有冲突，无冲突则直接发送， 有冲突的放在缓存里面，根据一定的策略发送，链路复用的转发策略按照超低时延设计。
• Demultiplexing：
L1.5层交换机下行一般采用链路解复用和Fan-out两种技术，对于追求极致低时延和对安全要求不高的场景，可以直接用Fan-out。对于有一定安全要求的场景，需要用FPGA实现链路解复用。FPGA链路解复用的原理是从上行口收到的报文，广播复制到同一个MUX组的所有端口，对于组内策略机之间需要隔离的使用场景，可以在下行口配置ACL，实现不同用户的策略机隔离，避免出现金融安全的问题。
• Tapping Aggregation:
L1.5层交换机还有另外一个重要功能，就是镜像汇聚。镜像汇聚就是通过FGPA在报文的入端口打时间戳，送到内部缓存，然后通过FPGA镜像引擎转发到镜像出端口。镜像汇聚功能在极速交易场景应用广泛，主要用于行情数据的时延分析，客户交易数据的收集、分析、监管、回溯等。
四、 极速交易系统的典型应用
期货行业极速交易系统发展的比较早，组网方案相对成熟，下图即为期货行业的两种典型组网。证券行业组网更复杂，对时延的要求没有期货那么苛刻，不过由于量化基金的快速发展，证券行业也在卷入吸引高价值客户的竞争，对极速交易系统的需求快速增长。
五、 小结
新华三基于在交换技术二十多年的深厚积累，基于对极速交易系统的深入理解，投入核心研发力量开发了全系列超低时延交换机，推出了端到端的极速交易组网解决方案，时延性能业界领先，助力极速交易在证券期货行业的快速发展。同时，新华三联合浙江大学、浙商证券、恒生电子等成立量化金融实验室，继续在极速交易领域深入探索，聚焦交易时延、可靠性、稳定性等关键性能指标，研发更多场景化的量化解决方案和前沿技术，为我国金融科技的快速发展贡献自己的力量。
