【证券交易技术前沿】高效率证券市场基础架构研究

摘 要：本文分析了我国证券市场未来发展所面临的运行效率挑战，并就我国证券市场基础架构如何提高效率，提出了解决的思路和建议。
关键词：低延迟；市场效率；交易系统

       近年来，随着全球资本市场获得高速发展，资本流动性急剧增大，市场互联互通加强，算法交易和高频交易大量使用，不断降低交易系统的交易延迟开始成为交易所开展效率竞争的手段之一。伴随竞争的加剧，各大交易所都为此展开了激烈的竞争。美国的Bats、纳斯达克、纽交所，以及欧洲的伦交所、德交所等都纷纷对技术系统升级换代来降低延迟、提高性能。其中，纳斯达克OMX集团在2010年10月宣布将交易系统速度提高到40微秒以下，成为世界上最快的交易所。

        面对挑战，具有百年历史的纽交所也不得不大力发展低延迟交易系统。2013年6月纽交所宣布其最新开发的统一交易平台（UTP)已经将交易的延迟降到400微秒以下，容量则超过了30万笔订单/秒。

        除欧美等主要交易所外，亚洲的新交所、东交所、港交所等也在近年对技术系统进行了更新或升级，大幅降低了交易延迟。

        表1 近5年来部分典型交易所新上线或新升级的交易系统

       我国证券市场在二十多年中逐步发展壮大，已初步形成了多层次、多结构、多参与主体的金融生态圈。市场基础架构不断完善，信息化程度较高，已建立了比较完备的市场技术支撑体系。建立了先进的交易、结算、行情、监管等信息系统，搭建了天地互备、覆盖全境的通信网络，形成了物理、通信、数据、安全和监管五大基础设施，有效支持了创新发展和对外开放，为提高市场运行效率和降低成本，增进市场安全和稳定起到十分重要的作用。

       图1 我国证券市场基础架构

       交易所等市场核心机构发挥“后发优势”,利用高性能计算机、可靠的通信等信息技术手段建立了全国性市场，实现了交易结算等关键业务的网络化和自动化，交易席位的无形化和登记结算的无纸化，有力地推动了多层次资本市场的快速发展。
同时，经营机构建立了统一的交易结算平台，支持了6900多个营业网点的服务运作，大力发展了网上交易和移动交易，建设了9008个网上行情和交易站点，为投资者提供了方便快捷的交易渠道。

       我国证券市场基础设施是一种“一对多”连接的离散型网络结构，核心部分是由证券交易/结算系统组成，由内向外逐步形成会员总部系统，会员所属的营业部网点系统，以及营业部终端、互联网终端组成的末端用户系统的多层次网络。

       同时，我国市场长期分割，核心机构缺乏充分的竞争和合作，境内外缺乏联通，因此在行业信息化建设过程中，核心机构往往重视自身对业务发展的支撑和对安全运行的保障，忽视了国际化竞争和IT竞争力的提高。在产品线、技术水平、IT投入等也存在比较大的差距，这都影响了我国证券市场运作效率，造成信息化建设、尤其是交易速度上与境外交易所存在较大差距。
当前我国资本市场正经历一轮新的变革。一方面，改革进一步深化，党的十八届三中全会为未来资本市场市场化、国际化、法制化的改革指明了方向、“一带一路”进一步明确。这意味着未来我国资本市场将迎来更大的竞争，这些竞争既来自于业务有重合的境内其他交易所、场外市场、甚至“跨界”的互联网等企业，也来自于伴随境内外互联互通而获得国内投资者资源的境外交易所和另类交易系统，还来自于对外国际竞争面临的其他境外交易系统。另一方面，市场创新和技术进步加快推动市场变革。沪港通、期权、自贸区平台、场外市场等创新不断，新的交易模式、经营模式不断涌现，传统的市场运作模式和运作效率受到前所未有的挑战。

       面对这样的趋势，需要迎头赶上，做好迎接挑战、参与竞争的准备，其中关键的一点就在于提高市场效率、降低交易低延迟。一方面，需要对交易结算产业链做进一步整合和优化，顺畅交易结算各环节，提高跨市场、跨产品业务联通效率。另一方面，需要打造性能更高、速度更快的交易系统。
事实上，目前境内各交易所都正在积极筹划新一代交易系统的建设，其中大幅缩小交易延迟被明确列为关键的举措。

       表2 我国交易所新一代交易系统技术能力规划

       构建低延迟证券市场基础架构的总体思路是：加强顶层设计，按照模块化、标准化、自动化总体原则全面整合优化交易结算产业链。

       经过多年发展，我国多层次市场初具雏形，但如前所述，不同主体之间的技术系统相互隔离，因为各市场机构大多采取“后向”的、业务推动的模式设计建造系统，着眼点往往是自身的、某一创新业务点的内生需求，缺乏整个市场层面的顶层设计。即使对同一市场主体内部，也形成许多架构、接口不同的技术系统。以上交所为例，形成了大小上百个系统，仅核心业务系统就存在竞价、综合业务、债券、衍生品等不同系统。这些系统功能分散，既有重合又有不同，形成“信息孤岛”，在性能上更是千差万别。而与交易所业务紧密的登记结算公司也存在类似情况。同时，交易所和登记结算公司之间还存在各种性能不同、格式不一的接口系统，造成的后果是相互配合运转起来环节多、效率差。一方面，支撑交易结算产业链的技术基础设施碎片化情况严重，另一方面，从整体上看又存在功能不足，因此在支持创新业务时，需要大量的开发、调整，甚至重新建设。

       可以说，对于当前的证券市场，市场效率、交易速度与业务流程之间的相关关系要大于与技术系统性能之间的关系，因此加强顶层设计、优化架构和流程是实现低延迟证券市场的首要问题。
低延迟证券市场要求整个交易结算链条机制设计合理、无缝连接、高效运作，需要在加强顶层设计的基础上对目前的市场基础架构进行整合优化。欧美市场成熟，基础架构完善，在低延迟上也有多年的发展历史，这为我们提供了良好的借鉴。作为市场的组织者和核心机构，我国交易所可以充分利用这样的后发优势进行更“前向”的顶层设计,满足未来市场需求。
交易结算产业链的顶层设计的要遵循模块化、标准化、自动化总体原则。

       首先是模块化原则。模块化是将复杂系统进行有效降解的一种方法。模块化的顶层设计使系统功能完善、组件边界清晰，功能高内聚、低耦合，既可避免功能重复建设，又为后续的变更、替代提供了极好的兼容性。证券市场业务、品种繁多，且创新不断，但是对底层的市场基础架构的要求相对固定，这为模块化提供了前提。如前所述，传统市场基础架构由于缺乏顶层设计造成功能的碎片、重复和不足，不符合模块化的原则。以交易所核心交易系统为例，境外交易系统目前广泛使用消息中间件作为通信模块，以连接子系统、主机和其他核心设备，在撮合等系统变动时对消息中间件几乎无需变动。反之在消息中间件升级时，对系统的调整也很小，甚至无需再编译。而当前现状是交易系统的消息通信大多以TCP/IP直接编程操作实现为主，与网络架构和具体软硬件紧密耦合，改动起来牵涉方面多、工作量大。鉴于此，境内交易所新一代系统中大多已将消息中间件纳入其中。

       其次是标准化原则。标准化原则是指构建市场基础架构的业务方案、技术系统使用的具体技术，以及系统间互联互通的接口，尽量使用工业标准、国际规范或通行的事实标准。“车同轨、书同文”，标准化使业务流、技术流更顺畅，不仅有利于市场参与者之间的互联互通效率，有利于机构内部系统的协同处理，有利于跨境、跨市场的实现。使用标准技术还有利于缩小研发周期，提供开展低延迟交易所需要的安全性和可靠性。我国证券市场标准化不足，交易结算机构之间缺乏标准，市场参与者系统对标准化技术采用不足，跨境跨市场的兼容性很差。尤其在满足低延迟交易要求的安全标准化方面还很不足。相较而言，美国最新规范高频交易的Reg SCI提案中已经明确列出了倡导使用的容量、生产控制、安全、审计等9类标准。

       第三是自动化原则。低延迟市场要求证券交易、监管、对盘、清算、结算、存管、借贷、支付等交易结算业务链关键环节都采取自动化方式运作，减少来自于数据重新生成和人为干预造成的额外工作量和时间损耗。市场上大量T+0交易、高频交易、直通式交易的使用，也要求进行自动化的监管。目前证券交易所的信息化程度已经较高，但是还是存在不少改进的空间。譬如个股或指数的熔断器可能因为市场波动被频繁触发，每日达到成百上千次，必须依赖自动化方式实施。而期权交易可能涉及的出入金，涉及交易、结算和资金托管等，采用自动化处理可大大提高处理效率。

       证券交易系统的前端控制既包括指定交易、检查交易业务单元、账户检查和卖空检查等事前检查，又包括订单要素、可交易状态、交易业务单元资格、账户资格、价格控制、申报数量、零股和日内回转交易等常规性检查，共计几十个功能单元。涉及的品种包括A股、B股、权证、基金和国债，以及期权等10多个品种。目前沪市拥有近亿的投资者账户，对每一订单需要在对账户做上述账户权限、持仓等的检查，按照现在的同步的方式实现，也即只有通过前端控制订单才能进入订单簿撮合，所造成的时间开销很大。

       如前所述，我国证券交易系统的交易延迟要远大于期货交易系统，其主要原因就是证券交易的处理逻辑尤其是前端控制要复杂于期货，而且期货的账户要比证券账户少得多，查找时间快。未来随着股票期权等衍生品的推出，证券的前端控制可能还要包括实时计算波动率、风险指标等复杂计算，对技术的要求更高。要实现低延迟，就势必要对交易系统的前端控制做出优化。
第一方法是对同步控制的优化。

       在维持同步处理的基础上做优化的方式是一种保守的方式，但是不必突破风险“零容忍”的原则。目前交易所将近60来项的前端检查，尤其是数量等常规检查，有很大部分已经在会员系统进行过检查。现在券商的风控能力和交易系统技术都较成熟，因此可以对这部分检查进一步梳理，将风险控制前移到券商端进行，这样可以缓解全市场处理压力集中到交易所的问题。交易所原则上只须保留会员端不具备前置信息无法做检查的部分，譬如与价格等动态数据相关的检查。交易所和会员之间只需要通过约定权责来规避可能发生的风险。通过这种方式可将交易所前端控制简化为一个“最小集”，从而缩减由前端控制产生的时间开销。同时，这种方法对现行市场架构的实时难度小、改动也较少。

       第二种方法是采用异步控制的优化。

       异步优化实现同步前端控制向事前快速授信、异步风险控制及事后惩处转变。是在前述同步控制方法的基础上，进一步通过采用“旁路”的方式进行“最小集”的前端控制。也即订单到达交易系统后，并行地进行撮合处理和风控检查，若有风险或错误立即发出纠正指令，延迟可达微秒级别。大多数情况下错单可以被及时纠正，只是偶尔存在被突破的风险。用异步处理的方式的优点是效率很高，时间开销很小，但是突破了“零容忍”原则，在极端情况下会导致损失。

       异步控制方法还可以与二级账户结合起来，交易所只同步控制到会员，这也更接近海外主流交易所的做法。对每一会员，交易所事前根据事前授信机制，给定每日交易额度，突破额度需要另行申请。通过固定额度限制的这种方式，可以将交易所每日承受的最高风险金额限制在可控范围之内。对投资者的风险控制依旧按照“看穿式”，但是按照异步方式执行。

       一种更灵活的授信方式是基于交易中订单流风险敞口的授信。“1毫秒的价值等于1百万美元”体现了这种方法的主要思路。该方法对交易系统同步/异步处理延迟差可能造成的风险敞口进行计量和汇总，并对个别风险敞口及其之间的相互依赖性进行评估，在此基础上对会员实施风险授信。总授信额低于高置信度下的交易系统承受风险金额。根据该方法，交易系统的同步/异步时延是可计算的，某一会员的订单流速、对应的交易金额也可由历史估算，则由对会员的授信额可计算流速权。因此问题简化为，只需对订单流速进行控制，无需进行同步式的前端检查。

       异步控制方法的前提是具备取消交易并撤销所有未成交委托制度。在发生“乌龙指”和系统缺陷等严重事故造成明显错单时，需要参照国外惯例采取措施，对错单进行取消。此外，还需要加强事后监管和惩处，使得会员及市场参与者不敢、不想故意违规。

       当前交易系统采用并行计算的小型机集群，并行协同的问题不仅直接关系到交易系统的处理速度，而且关系到交易系统性能的扩展是否能近似线性。

       在当前并行交易系统中，订单簿的撮合被分散到多台主机上进行，两两一组。其中，每一主机主负责一个产品集合（set）的处理，并作为另一台主机的备机。这些产品集合按照静态划分模式。这种固定划分的方法，不仅在产品集合间的订单量不相同时，各主机的工作量负载不均衡。更严重地，当需要处理ETF、篮子订单等包含许多产品交易的交易指令，而产品包含在不同产品集合时，需要停等多主机完成同步事务处理，这对交易系统的性能影响是很大的。这不仅是过去曾经碰到的情况，也是未来撮合衍生品和现货组合必然会碰到的问题。

       一种可能的优化方法是将对产品集的划分进行优化，将相互关联度的股票、ETF、衍生品等按照关联关系和订单流量做聚类分析。继而在聚类的结果的基础上垂直划分产品集合。通过这种方法，有相关关系高的产品被尽量放置在同一台主机上处理，这使得主机间的耦合度降低，减少了处理上相互牵连的发生。基于订单流量的划分方式也兼顾了主机间的负载均衡。理想情况下对产品集合的调整通过动态进行，考虑到实际性能和时延要求，这种调整可定期进行，或当市场交易情况有较大变动时进行。

       类似问题也存在于对算法策略订单的支持上。境外交易所以及境内部分期货交易所对市场参与者都提供了制式的算法策略订单，少数还提供策略定制功能，而我国证券交易所尚不提供此类订单。但是对于未来开展期权等衍生品交易，市场参与者需要使用更复杂的多“leg”策略订单。可由交易所提供标准化的订单，并有针对性地对这些标准化订单进行优化，比如上述的产品集划分、硬件加速拆合单等。这样不仅可以提高整个全市场的处理速度，同时也会使此类订单的处理更加安全、可靠。

       目前行业目前的联通模式主要是以证券、期货交易所和中登公司为中心建立起来的多个星型结构网络，服务于行情、交易、结算、开户等核心业务。2家证券交易所、4家期货交易所相对独立，数据交换流程不统一、数据格式不统一、编码方式不统一，不能统一交换数据，难以发展统一清算和结算，难以发展跨市场、跨行业的交叉业务。部分产品在多个割裂的层次市场进行交易。如债券市场，沪深交易所（国债、公司债），中金所（国债期货），和银行间市场（国债、金融债）相互割裂，碎片化严重，在交易、结算各环节（沪深、中金所、中债登、清算所、中登、）不能实时互通，双边挂牌效率低、转托管效率低。银证业务涉及监管机构多（财政部、人民银行、银监会、证监会、发改委）、审批环节多、流程长、效率低。

       总的来说，不论在业务还是在技术上，行业生态圈的互联互通还很不完善，成为影响生态圈内协同创新效率的一个瓶颈，不能良好地支持高效的市场基础架构。

       构建低延迟证券交易市场需要加强互联互通，特别是加强交易结算链条上交易所、中登等核心机构之间的互联互通，要形成强大、高效的网络体系。在具体实现互联互通的过程中，需要依照遵循模块化、标准化、自动化原则，采用国际标准或主流的通信网络、中间件、数据交换协议，使得互联互通高速、实时、灵活。例如通过采用证券交易FIX协议，结算ISO20022协议等国际标准可以减少各环节数据转换的开销，提高协同效率，同时可满足快速对接跨境交易网络的需求；使用通信中间件可以提供良好的兼容性和灵活性，在创新业务时无需变更底层架构；通过自动化的审批流程，可大大提高监管机构的审批和协作的效率等。

5.4 加强IT基础设施建设，打造低延迟证券交易技术基础

       低延迟证券市场IT基础设施的构建是一项复杂的系统工程，依赖于交易、监察、清算、支付、行情等证券信息系统的安全运行和高效处理，涉及大量具体而又复杂的关键IT技术的采用。由于不同市场机构和投资者系统软硬件不同、网络不同、运行应用不同，要对每个投资者的延迟给出量化、准确的分析是不可能的。但这些延迟从构成上，大体都可分为信息在网络（外部或内部）上的传输延迟，以及在各个信息系统内部的处理延迟。从技术上，对延迟的改善则包括对系统架构、网络通信、数据交换、编解码、信息存储等关键技术做改造和优化。此外，还包括提高测量与调试等辅助技术。

       我国证券IT基础设施在速度上与先进国家还有相当的差距，这影响了交易所的竞争力，从某种程度上制约了市场创新和对外竞争。近年来信息技术发展迅速，高带宽、低延迟网络通信技术大幅提高数据的传输效率，4G等新型无线通信技术拓宽了市场参与者的接入手段…。可以说，利用新科技构建低延迟证券市场IT基础设施的时机已臻成熟。

       下表对构建低延迟市场基础相关的技术手段进行了梳理，列举了近年来较为主流的低延迟实现技术，可作为对现有证券市场IT基础设施进行升级和改造的参考。需要注意的是，交易速度与计算设备和网络的性能不是简单的线性关系，对单一因素的改善不一定能产生优化的作用，需要具体对延迟产生的原因、存在瓶颈进行研究，才能形成行之有效的解决方案。