从入海到上天 —— 卫星链路是高频交易中的终极武器吗？

　　《华尔街日报》近日报道了高频交易公司正在研究如何使用卫星链路，获取极致延迟性能，从而保证自己在激烈的竞争中不落后于对手。两年多前，盛立科技也深入研究过这个领域，正好借机说下我们的经验。

　　高频交易在策略端经历了从纯软件，到使用硬件（FPGA）加速，链路上从使用光纤，微波、激光以及延迟低于普通光纤的特殊光纤等方式，市场参与者一直保持着对延迟的极致追求，因为一旦比竞争对手慢，就可能产生亏损。

　　随着一种被称为低地球轨道（LEO）卫星技术的成熟，即卫星在距离地面仅几百公里的轨道绕地飞行，从地面到卫星的传输延迟被降低到个位数毫秒级别，加上卫星发射成本被类似Elon Musk创立的SpaceX 等公司一再降低，越来越多的公司开始研制和发射低地球轨道卫星，并通过大量卫星建立卫星星座，从而提供快速的通信链路，其中最著名的便是SpaceX建造的Starlink，另外Amazon，OneWeb Global等公司也在建立类似的卫星通信网络。

　　由于光在光纤中传播的速度大概只有真空中速度的2/3，通过卫星中继的方式，对于两点之间距离很长的情况，卫星链路应该相对于光纤链路有延迟上的优势，《华尔街日报》这篇报道中也提到一些公司已经计划在卫星与卫星之间使用激光链路进行中继，从而提供能够连接全球的更快的网络。

　　对应高频交易公司，长距离链路恰好是一个体现延迟优势的点，特别是横跨大西洋和太平洋的通信链路，比如芝加哥与伦敦、芝加哥与东京之间的连接。不同于芝加哥到纽约，两地之间的直线都是陆地，早早的被微波通信链路占据，而跨越大洋的链路，无法使用微波塔来中继微波链路，正是卫星链路显示优势的地方。《华尔街日报》报道里的一家卫星运营商就号称芝加哥到伦敦之间的延迟可以达到低于29毫秒，而目前已有的最快链路使用地面微波加海底光纤的方式延迟是33.5毫秒。

　　近两年开始出现的一种使用短波技术，通过从地面发射短波至电离层反射，再到地面，进而通过中继的方式连接芝加哥和伦敦这样的长距离链路，其中的代表是以色列的Raft Technologies公司，通过短波链路，芝加哥到伦敦的通信延迟可以达到29.6毫秒。该技术最大的缺点在于链路稳定性较差，而且带宽很低，只能到几十K的级别，高频交易公司无法传输实时行情，只能通过在本地处理行情信息，通过编码的方式将某些信息传递到远端的交易所的机器上，而编码操作本身也会引入额外的延迟。

　　对于竞争激烈的高频交易，微秒级别甚至是纳秒级别的延迟优势都意味着巨大的盈利机会，这种动辄毫秒级的延迟优势当然显得优势巨大。根据《华尔街日报》这篇报道，业界领先的高频交易公司，都曾研究过使用卫星通信链路的可行性，不过该技术目前还处于较早期，还没有已知被用于高频交易的案例。

　　这篇报道让笔者想起2019年公司（盛立科技）曾经也花了不少时间和精力，研究利用低地球轨道卫星建立低延迟的长距离通信链路的可能性，甚至联系过几家卫星设计公司来研究可行性。该技术初看起来很直观也容易理解，但是真正深入研究才发现其实也有不少挑战，比如要保证芝加哥和上海之间有可靠连续的链路，并且保证芝加哥和上海的上空随时有至少一颗卫星可以连接，需要至少几十颗低地球轨道卫星建立的星座，如何优化卫星星座以及卫星的位置，直接影响到最终链路的延迟。在卫星的设计和选择上也会面临成本和性能的平衡问题，越小的卫星制造和发射成本越低，但是卫星的信号发射功率就会越小，卫星与卫星之间能够实现中继的距离就越短，从而需要更多的卫星，也会引入额外的延迟，而更大、发射功率更强的卫星也意味着更高的成本。建立这样一个连接芝加哥与上海的卫星星座，大概需要千万美金级别的投资（报道中提到的初创公司Azuries Space Mission Studios也称他们设计的一个111颗卫星的星座大概需要1亿5500万美金），而这仅仅是卫星设计、制造和发射的成本，这样的低地球轨道卫星设计使用寿命往往只有5年左右，因此维护一个这样的卫星星座成本也是很高的。

　　其实这样的一个全新的市场还是有很多机会的，像SpaceX和Amazon这样的公司会着重于支持覆盖全球的通信网络，他们更在意的是覆盖的范围以及网络带宽，这就给一些更小的公司机会，去建立一些超低延迟的卫星通信网络，他们不需要覆盖全球，而只需要连接主要的金融中心，比如芝加哥、伦敦、东京和上海。让我们拭目以待，看看交易员对延迟的极致追求，还会带来什么样的技术创新吧！从广义上来说，高频低延迟交易对技术的追求类似汽车界的赛车对技术的追求，肯定会领先大众市场一步，但慢慢地，这些一开始在赛车上的技术都会在一般车辆上得到应用，从而带动了整个行业的技术提升。
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