自主创新打造世界级证券交易系统

众所周知，交易系统是资本市场中最核心、最重要的信息系统，不仅支撑着资本市场的安全运作，同时也关系着市场未来的创新发展，一直以来被各交易所高度重视。2016年6月6日，在证监会领导和信息中心等相关部门持续关心和大力支持下，经深交所、市场参与机构及结算公司等多方的共同努力，历时四年研发的新一代交易系统正式上线。该系统是深交所针对中国发展多层次资本市场的战略目标，结合当今全球交易所技术最新发展趋势，由深交所完全自主设计、自主研发，掌握完全知识产权的世界级核心交易系统。该系统攻克了多项关键技术，相比上一代系统更安全、更高效、更公平、更便捷、更灵活、更经济，打造了国际一流的交易系统，推动国内证券交易进入了一个新的时代。

深圳证券交易所总工程师 喻华丽

交易系统革新势在必行

　　深交所坚持重要系统自主研发，实行“技术先行、自主可控、整合资源、持续优化”的技术路线，完全掌握世界先进交易系统的设计和维护技术，形成了较为强大的研发创新能力和安全高效的运营能力。近十年，中国证券市场正处于高速发展和创新时期，日委托峰值屡创新高（历史峰值7650万笔）、投资者账户总数持续增长、新产品和新业务不断推出，对交易系统的功能、效率、容量、安全性、可靠性、灵活性等提出越来越高的要求。同时，在经济全球化、金融一体化、交易所并购与市场整合、国际竞争日趋激烈的环境下，交易系统面临着产品和业务深层次创新、国内特有的前端监控和多元化业务服务、资本市场对外开放、安全运行能力进一步提升以及技术革新等多方面挑战。

　　为此，深交所结合我国资本市场发展战略与业务创新需求，针对我国证券市场自身交易环境，并结合当前国际证券市场交易技术发展的新趋势，在先行完成规划的基础上，2011年11月正式启动新一代交易系统的建设、打造国际一流的交易系统，并2016年6月正式上线安全运行至今。

关键技术突破创新

　　新一代交易系统之所以能够成功上线并被市场认可，关键在于深交所基于自身实际情况和业界最佳实践，勇于革新，推出了具备新架构、新服务、新网络、新网关、新交易终端、新接口的全新交易系统。

　　该系统采用全新设计理念的分布式架构，在行业核心交易系统领域内率先引入开放平台与开源技术、高性能交易网络等系列新技术，开发了全新的交易接口、交易终端和交易网关。攻克了一系列关键难题，包括高可靠低时延消息总线、高速无锁队列、基于多级流水线架构的高性能实时大数据量处理、高性能协议转换引擎、解决地域差异带来的公平性问题的首笔委托同时到达等关键技术。构建了完全基于开放平台、高速消息总线的高可靠、高并发、低时延、可水平扩展的分布式大规模并行处理系统。

　　1.新架构。新一代交易系统基于证券交易业务的特点，设计了分布式大规模的并发处理架构，在系统业务处理的每个环节均支持多实例分区并发处理，实现了高性能并具备良好的水平扩展性。为了实现高性能低时延，还实现了多级流水线处理架构，突破了高性能低时延、高可用、易扩展、公平性等关键技术。

　　（1）高可用关键技术。证券交易系统在高可用方面要求数据零丢失、不重不乱，故障快速恢复；由于交易系统采用了分布式大规模并发处理架构，每一处理组件都会从多个上游组件接收数据，如何保证主备组件收到数据序列的一致性，是高可用设计的关键。

　　经充分调研和深入探索，结合国际主流证券交易所的最佳实践以及原有的交易系统研发积累，尤其是针对中国证券市场众多的独特需求，设计了基于高速消息总线的高可用架构，核心业务层采取双中心2+1或2+2高可用设计，通信服务层同城双中心“双活”设计。该架构基于可靠消息传输、一致性策略、数据持久化、快速故障切换等关键技术，保证交易系统在运行过程中故障可快速切换、故障断点可重演，且高可用实现与业务应用组件隔离，从而保证交易业务可以持续平稳进行。整体架构如图1所示。

图1 基于高速消息总线的高可用架构

　　通过以上高可用设计，交易系统在极端情况下也能够保证交易业务持续进行，并且保证切换过程中数据不丢不重不乱（RPO为0），一般故障自动切换时间小于10秒、同城灾备切换时间小于3分钟，比原系统缩短80%以上，极大地提高了交易系统的持续服务能力。

　　（2）高性能低时延关键技术。基于分布式大规模的并发处理架构，采用输出序列稳定的多级流水线处理架构，在高性能处理的同时保证了主备实例处理结果的一致性，为高可用架构提供了关键支撑；自主研发了高速无锁队列、跨线程共享对象池技术和海量账户海量股份数据的快速检索等多项关键技术，在每笔委托经过8亿账户权限检查、每笔卖委托（占比约50%）经过3亿持股明细检查的前提下，实现了单实例5万笔委托/秒、整体30万笔/秒以上的委托处理性能。

　　同时，创新实现了确保高可用前提下的低时延处理；设计异步前端监控架构，创新实现集中高效前端风控前提下的低时延处理。在确保数据高可用的前提下，对委托进行包括账户合法性、股份卖空、资金规模控制、市场参与者权限检查等44项前端检查，平均委托处理时延保持在1.1毫秒左右。

　　（3）易扩展性关键技术。新一代交易系统基于高速消息总线实现了易扩展的总线架构，组件间耦合度低、只通过总线进行数据交换。高可用特性完全由消息总线实现，应用组件只需要专注于业务逻辑实现。这样能够确保系统性能和容量的快速扩展，还可以灵活支持各类新产品和新业务，大大缩短了新业务的实施周期。例如，新一代交易系统上线后，快速地支持了深港通、减持新规、股票期权等业务需求。

　　（4）公平性关键技术。新一代交易系统通过“首笔委托同时达到技术”“交易网关分组规则优化”“应用架构公平性设计”“交易托管服务标准化”等关键技术，进一步提升交易接入和交易服务的公平性。

　　2.新服务。新一代交易系统集多层次、多品种、跨市场于一体，支持国际主流的交易模式和功能，并根据我国证券市场特定需求，实现了交易前端实时风险控制、综合交易服务功能、非交易业务指令报盘处理等系统功能。

　　3.新网络。新一代交易网络交易内网采用低延迟万兆以太网，采用纳秒级交换机和万兆网卡，同城两中心通过高速光纤连接，为系统高性能、低时延的实现提供了基础条件。

　　深交所在建设新一代交易系统的同时，也对承载深圳证券市场交易、行情和结算等业务的交易通信接入网络做了全面改造升级。网络沿袭国际主流架构，多层次、全冗余，交易业务全国率先启用BGP路由协议灵活选路、行情业务全球首例启用PIM-SSM组播技术，全面提升了深圳市场网络基础设施。

　　4.新网关。新一代交易系统提供了交易网关、行情网关以及文件网关。市场参与者的柜台系统或行情系统，通过交易网关实现委托申报和接收委托确认、成交回报；通过行情网关获得LevelI或LevelII行情；通过文件网关获得产品及静态交易参考信息、ETFPCF等文件。新网关支持单点接入，提高了部署的便利性；完善的监控功能有效保障了网关的安全运行。

　　5.新交易终端。新一代交易系统为DMA用户等有需要的用户提供交易终端接入方式，也作为综合金融服务平台的应急备份接入。新的交易终端功能更丰富、界面更友好、操作更便利，相比现有交易终端，扩展了交易服务产品和业务范围、交易信息服务内容，新增了用户管理、授信与限额管理等功能。

　　6.新接口。交易系统的不同数据对市场参与者提供了BINARY流、STEP流、FAST流、文本文件等多种接口形式，并且对于大部分实时数据，市场参与者都可以选择适合自己的接口方式。为保证新一代交易系统上线后市场参与者系统接入的平稳过渡，本项目在规划阶段就确定了兼容老接口的策略，在系统上线后提供6个月的老接口兼容期，通过兼容原有系统接口、并支持实时回退机制，在切换过程中没有任何一家市场参与者出现交易、行情中断等异常情况。

自主可控助力“一带一路”建设

　　新一代交易系统上线以来平稳运行两年，延续了深交所连续16年国际领先的安全运行记录，并经受住了委托速率峰值为20万笔/秒，日委托6500万笔、成交5000万笔的峰值考验。事实上，新一代系统的性能容量指标优越，可支持可达30万笔/秒，委托4亿笔/日的委托订单处理能力，并且未来系统的处理能力还可支持线性扩展。新一代交易系统消除了对单一软硬件供应商的依赖、完全自主研发，实现了交易系统的全面自主可控。

　　根据交易所联合会（WFE）网站披露的数据、交易所网站新闻动态以及近十年互联网新闻报道的交易所技术故障事件数量，分别从交易系统完成成交笔数、日处理委托容量、持续委托处理能力，委托处理时延、安全可用性和自主可控能力与其他交易所进行比较，结果如图2所示。

图 2 新一代交易系统与国外主流证券交易系统特性比较

　　跟国外主流交易所的证券交易系统相比，深交所新一代交易系统在安全可用性、自主可控能力、性能、容量等方面均达到世界领先水平。需说明的是，不同于境外交易系统以低时延为第一目标，新系统是在保证高可用的前提下追求高性能，其次是低时延，目前委托交易时延方面虽不如NASDAQ等交易所，但技术架构上为未来追求更短时延留有空间。同时，新一代交易系统向开源平台的转型、更高的自主掌控能力、更快的业务响应能力等，也为交易系统的“一带一路”技术输出奠定了坚实的基础。

　　新一代交易系统在技术上取得多项突破，推动我国证券交易进入全新的“高铁”时代：率先解决了大规模散户市场的低时延交易，实现了“人人可以同时坐上高铁”；创新实现了低时延交易环境下的系统高可用，让投资者坐上“比普通列车更安全的高铁”；率先在低时延交易环境下引入了集中高效的风险控制，建成了“具有严格快速检票功能的高铁”；低成本完成世界级交易系统的建设，打造了一个“低成本的一流高铁系统”。新一代交易系统的成功研发，增强了我国核心交易系统自主可控能力，进一步夯实了国家金融科技基础设施，实践了“自主创新”国家战略，推动了行业的科技进步，大大增强了国家金融信息系统抵御灾难和重大事故的保障能力，提升了市场运行效率，社会和经济效益显著。

　　目前，新一代交易系统国际化版本已就绪，我们也持续保持与国际同行技术交流、积极参与“一带一路”交易所技术系统升级；而系统上线后良好的运行效果，也进一步扩大了深交所交易系统在业界的影响力，必将推动交易系统“一带一路”技术输出结出硕果。

（文章来源：金融电子化杂志）

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