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低延遲交易(Low-Latency Trading)的來臨與因應

一、HFT簡介

  1. When
    據報導 [1] ,台灣證券交易所預計在今年底將競價撮合循環秒數由現行的10秒調整至5秒,並在明年將實施即時逐筆撮合,此舉將與世界先進國家接軌,同時也預告了台灣高頻交易(HFT,High Frequency Trading)世代的即將到來。在過去的競價撮合制度中,在20秒內投資人只要將委託送出都可生效,但未來在逐筆撮合的新制度下,原本20秒撮合一次將變成即時撮合,每一筆委託交易送出後,證券交易所就必須馬上進行即時撮合,因此投資人以往能在20秒內所做的各種策略操作將不復存在,而是要以新的思維及新的系統架構來因應未來的挑戰。

  2. What
    HFT主要是運用特定的電腦運算邏輯自動分析相關市場資訊並快速完成大量的交易,目前自動化交易量已佔全球交易量約略在40%到50%左右,而在美國本地 更有大約400個高頻交易所,在每筆高頻交易賺取約30 cent的手續費,累積下來對具有高頻交易能力的劵商可產生相當可觀的營收。
    進行高頻交易可有下營利策略 [2] :
    ■套利策略(arbitrage strategies):

指數套利(index arbitrage)
事件套利(event arbitrage)
訊息套利( information arbitrage)
■ 配對交易(pairs trading)
■ 波動性交易(volatility trading):
次序預期(order anticipation)
動量發起(momentum ignition)
■ 短期統計套利(short-term statistical arbitrage)
■ 流動性偵測(liquidity detection)

  1. Who
    需提供證劵高頻交易服務的服務廠商可能包含有以下領域
    電子造市商(Market Maker)
    對沖基金(Hedge Fund)
    自營交易平臺(Proprietary Trading Firm)
    清算經紀人(Settlement Agent)
  2. How
    基本證劵交易流程以下圖所示,主要與HFT相關的系統有:

自動決策下單系統(Trading Decision Server )
下單平台(Order Router)
證交所收單撮合系統(Matching System)
各項相關軟體、作業系統,主機平台及傳輸媒界等皆在HFT扮演了重要角色,皆需要經過嚴格測試籂選。

二、HFT實務
以證劵下單自動化相互界接的角度出發,下圖表示了從下單決策系統至劵商交易平台至證交所撮合平台的路徑示意圖。劵商提供了相關的程式呼叫界面(API)給決策系統呼叫以完成自動接單,再經由FIX (or TMP)協定送至證交所撮合完成,並將撮合結果回報給決策系統。

以下則針對要完成高頻交易,所需各項元件的實務考量如下:

  1. 自動決策下單系統:
    軟體設計應以高速計算效能為其主要考量,因此HPC(High Performance Computing)伺服器是主要的選項,利用GPU(Graphic Processor Unit)的強大運算能力或是其它平行運算的技術如海量資料(Big Data)分析,可在最短的時間計算出最佳的買賣點。其中瓶頸除了程式邏輯需最佳化外,硬碟讀寫的I/O速度影響甚巨,因此有人也需考量使用固態硬碟 (SSD)及複雜事件處理(CEP,Complex Event Processing)技術,在資料收集不落地前直接在記憶體中即時統計分析好各項數據。美超微(Supermicro) HPC系列伺服器則是高速運算平台最佳選擇。

  2. HFT下單路由伺服器:
    此系統為證劵商收單及轉送至證交所撮合之重要平台,計算能力已非其主要考量,而是超低延遲(Latency)及超低延遲抖動(Jitter)為其真正與其 它對手決勝關鍵,會影響到此關鍵因素的來源除了最佳化的收單轉送程式設計外,平台所使用的CPU、記憶體、網路卡皆扮演相當重要的關鍵角色。
    因此下單路由伺服器選擇上應考量以下需求:
    ■ 快速的CPU,Memory 運算效能

對CPU及Memory做企業級的超頻
快速分析資料及進行交易
增加交易數量
高CPU運算頻率可減少延遲時間(Latency)
■ 短暫的延遲時間 (Low Latency) /快速的反應時間(Response time)
對PCI-e bus 的超頻增加網卡的處理速度
10G網卡特別針對降低延遲時間,而不是封包處理
■ 上述效能的穩定性(Low Jitter)
順利完成每筆交易
只要快競爭對手3%即可贏得交易
美超微(Supermicro) HyperSpeed系列伺服器可滿足以上基本需求,同時另具有以下特色:
■ 最佳效能
企業等級硬體穩定加速CPU、Memory、PCIe卡
支援最新Haswell的BIOS最佳化以達最高速度及最低延遲
■ 高可靠性
為闗鍵即時交易量身定作
特殊散熱方案可維持元作在27 ℃ 下運作
提供獨立通道(Out-Of-Band)供外部管理系統硬體
使用企業等級錯誤修正碼檢查(ECC)記憶體
■ 完整HFT解決方案
嚴選主機各個元件
10天不中斷系統燒機
BIOS 已預設為延遲(Latency)及抖動(Jitter)最佳化
客戶僅需安裝軟體
美超微(Supermicro)早在Sandy Bridge為基底的 HFT系統低延遲效能就已領先市場,應用Ivy Bridge架構時更有革命性的突破,延遲(Latency)再降低15%,99%的交易延遲降低了77%, 延遲最大值降低了88% ;延遲抖動(Jitter)也大幅降低了94%。Ivy Bridge 基底的系統目前已經通過一百家以上的投資銀行商用HFT軟體校調及線上運作。

  1. 證交所撮合系統:
    除了在即時撮合正式上線前需壓力測試確認符合大量即時撮合的要求外,為避免重蹈2010年5月6日美國因自動化交易發生股市閃電崩盤(Flash Crash)的事件,在系統設計及法規制定上建議可考量以下防範措施 [3] :
    斷路機制(Circuit Breakers)
    最小升降單位的制定(Minimum Tick - Size Policy)
    申報演算策略內容(Notification of Algorithms)
    賦予造市商義務(Imposing Market Maker Obligations)
    委託單的最低停滯時間(Minimum Resting Times on Orders)
    委託執行比率(Order-to-Execution Ratios)
    決定者接受者定價(Maker - Taker Pricing)
    定時集合競價(Periodic Call Auctions)
  2. HFT下單傳輸:
    為達成最低延遲的最大可能,建議應該將決策系統、下單路由伺服器放置與證交所撮合系統相同的IDC機房,以特別製作的高速延遲交換器相互連接,可達成最佳HFT效能。同時放置在IDC的伺服器單位密度,也是在選擇HFT伺服器上另一考量。

三、HFT決策系統開發考量
劵商選擇HFT決策系統平台是相當重要的,目前市面常見的主要平台有以可程式化閘陣列(FPGA,Field-programmable gate array)及直接以X86為基底開發兩種方式。

  1. FPGA特點
    (1) 主要利用特定應用積體電路 (ASIC) 與CPU架構的系統
    (2) 需要使用低階機器語言(HDL,Hardware Description Language)進行系統開發,與使用標準流行的 C 和 C++ 程式設計在技能上有根本上的不同,而且在搭配其它數學運算時,又需使用其它語言如Cuda或OpenCL搭配,把結果傳送出去時又需要用C/C++撰寫, 如此多種語言整合會喪失FPGA原本的優勢。
    (3)在移植既有程式交易系統至FPGA架構時,需要投入相當的人員、工具和時間。

  2. X86特點
    (1)Intel以滴答滴(Tick-Tock)模式每二年都有在晶片或微處理架構上交替有新架構問世,以提供更好的效能更低的延遲完成任務。
    (2)自從Sandy Bridge架構問世後,在CPU插座上引入了嵌入式I/O控制技術,可讓資料在CPU與網卡有直接溝通的管道,大幅改善內部傳輸延遲。
    (3)市場上獲得容易且較合乎經濟成本考量,可用一致性的語言開發系統。

四、Supermicro Hyperspeed平台
目前市面上以X86為主的HFT平台要屬Supermicro HyperSpeed系列為其中佼佼者,其設計具有以下特色:

■ 唯一企業等級硬體加速

CPU、Memory、 BIOS及主機板控制皆為最佳化以提供穩頻加速
特殊校調BIOS可使主機以最穩定方式發揮最高效能
特殊中斷管理可使抖動(Jitter)大幅降低
■ 最快的雙處理器伺服器
目前為雙處理器及記憶體處理速度的領先者
■ 最低延遅/抖動的雙處理器HFT產品
除主機本身加速,也搭配最穩定快速的PCIe網卡協同工作
■ 提供低延遲精調手冊
■ 系統冷卻設計
可讓系統保持在27℃的常温下運行
在HFT系統上,系統元件可比一般非超頻系統在更低温度運作,以保持其穩定性及高可靠度
■ 最佳化設計
BIOS智慧型調節技術,逐步調整系統時脈
BIOS自動恢復技術,可快速恢復系統至安全狀態
輔助BIOS 獨立晶片處理超頻工作
全球已有許多一線銀行及高頻交易所經由長時間的各式測試,最後皆以Supermicro HPC及HyperSpeed伺服器作為其最佳高頻計算及交易平台,在此也誠摯邀請您一同共享HFT帶來的商機。

五、參考資料

  1. 103年第1次證券商資訊主管業務座談會講義,台灣證券交易所
  2. 關於HFT的幾點認識,范辛亭,長江證劵
  3. 淺談高頻交易之發展與近況,王宏瑞,行政院金融監督管理委員會證券期貨局稽核
  4. 高頻交易的技術與設備,盛立金融軟件
  5. Super Scalability,Supermicro

文章來源:懇懋科技 技術部 江國治


1 則留言

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賽門
iT邦超人 1 級 ‧ 2014-07-30 16:02:57

這篇分享令我驚嘆的是...硬呦的功力真高強呀~~~~

這個就是 Pre-sales 的功力....用盡各種技術名詞, ㄠ到一個合理化的情境投射...

okra iT邦研究生 3 級‧ 2014-07-31 00:52:45 檢舉

去年 conventional x86 服務器,存儲器銷售跌跌不休,IBM 都放棄了。高密度 converged x86 服務器 + 存儲器供不應求。 Super Micro 夯起來,自然就有了硬呦的本錢~~

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