信鴿、1毫秒和3億美元
早在1815年，英國和普魯士聯軍在滑鐵盧戰役中擊敗拿破崙，戰場上的硝煙還未散盡，羅斯柴爾德家族的信鴿便已起飛，穿越英吉利海峽去倫敦報信去了。內森羅斯柴爾德先於其他人得知了法國失利的消息，於是大幅買入英國政府債券，最終大賺了一筆。我們且不去考證其真實性，但這卻是通信電子化之前最典型的高頻交易案例之一。
如今的市場已經不再需要信鴿。紐約和芝加哥是美國重要的金融中心，兩地直線距離大約700英里，光通過連接兩地的光纜單程僅需7毫秒，這意味着行情延時7毫秒，交易延時14毫秒。即使這樣，對於從事跨市交易的高頻交易者來說也太過漫長。於是，Spread Networks斥巨資（據估計爲3億美元）修建一條橫穿阿巴拉契亞山脈的光纜隧道。這條光纜線路更短，可將兩地之間的數據傳輸時間縮短約1毫秒，因此吸引了大批的高頻交易商租用其光纖。
交易所的軍備競賽
在美國，高頻交易佔整個市場交易量的一半以上，在歐洲也佔四成左右，爲了取得信息和速度上的優勢，高頻交易參與者、交易所以及相關的服務商都被捲入一場軍備競賽。
對交易所而言，首先是對交易系統的升級和改造，提升系統的交易容量和交易速度。納斯達克—OMX 集團於 2009 年 9 月宣佈將其交易系統速度提高到 250 微秒以下，同時，納斯達克還將其交易網絡速度從每秒 10G 升級到每秒 40G。紐交所利用新交易系統替代了之前的 SuperDot 平臺，令其交易系統延時由原先的 350 毫秒縮短至 5 毫秒，每秒可處理多達30 萬筆交易。
在歐洲，倫敦證券交易所於 2009 年用基於 Linux 的交易系統替代了原先的 Windows 系統。新的交易系統最高交易速度低至 126 微秒，相比BATS Europe 的平均延時時間 250 微秒，Chi-X 的 175 微秒，具備了更強的競爭優勢。
其次，爲了降低網絡延時，交易所還爲高頻交易提供多種通信接口（例如FIX）和託管（Co-Location）服務，直接把客戶的主機放在交易所的數據中心，通過減少物理距離的方法以期獲得定單到達交易所的最小延時。
提供託管（Co-Location）服務的交易所 | |
NYSE Euronext | 自建數據中心提供服務，目前全球有 6 個數據中心 |
Nasdaq OMX | 與電信商 Verizon 合作，自行負責市場和管理 |
London Stock Exchange | 2009 年 9 月開始提供託管服務 |
BATS & Direct Edge | 外包給 Savvis, BT Radianz 和 Equinix |
CME | 2012 年將開始提供託管服務 |
典型的高頻交易網絡
迴歸我們的主題，對高頻交易而言，交易速度是影響投資效果的最重要的因素之一。因此，系統的相應速度是衡量高頻交易系統性能優劣的最重要因素，亦將直接影響交易者的收益。一些高頻投資策略在系統沒有延時的條件下，可以獲得較爲可觀的正收益，當系統延時達到 200 毫秒時，投資表現就會出現大幅下降；如果是波動較小的市場，當系統延時超過 50 毫秒時，收益大幅下降的情況就會出現（Martin, Dick , 2012 ）。
典型的高頻交易網絡（資料來源：Aldridge（2011））
由於交易策略高度依賴於超低延時性，所以爲了實現執行這些策略所帶來的好處，高頻交易公司必須擁有實時、與交易所託管（Co-Location）的高頻交易平臺，通過這個平臺來接受市場行情、生成交易指令、選擇路由並執行指令，所有這些都是在不到1 毫秒的時間內完成的。同時，由於許多高頻交易策略需要在一種以上的資產類別以及多個交易所之間進行交易，因此，需要配備適當的基礎設施，以便在不同的數據中心之間進行遠程連接。
高頻交易的過程
典型高頻交易的過程（資料來源：Aldridge（2011））
一個高頻交易系統首先從經紀商處獲取信息，接收、處理並存儲大量以運行時頻率傳輸的報價及其他市場數據。信息傳入運行時處理器，處理器首先對報價信息進行分析，然後將報價輸入核心分析引擎，進行運行時計量分析，之後產生買賣交易信號，並計算運行時盈虧，按照預先設定的參數進行風險管理。
在實時交易後，還需進行交易後分析，系統需要記錄實時交易生成的指令，將每日交易結果和基於存檔數據的模擬結果進行比對，更新收益分佈、交易成本、風險管理參數等，將這部分信息反饋給模擬引擎。與此同時，交易後系統需要將所有接受到的報價信息進行歸檔，再將這些信息傳入模擬引擎，模擬引擎生成和測試新策略，根據交易後分析的結果改進當前交易策略，之後將該部分信息反饋給運行時處理器。
高頻交易的性能優化
按照交易的過程，一次完整的交易路徑可分爲三個環節：系統獲取市場數據；策略主機執行運算獲得交易信號併發出交易指令；交易指令傳出到達交易所主機。其中第一和第三個環節涉及網絡傳輸系統，第二個環節由策略主機自身軟硬件系統決定。
依照交易時序的優化節點（資料來源：Aldridge（2011））
交易所方面的優化主要在三個方面：一是升級交易系統，提升交易容量和降低交易延時；二是升級骨幹和接入網絡到更低延時的40G和10G；還有就是提供託管（Co-Location）服務，將交易者的服務器直接放到交易所的託管機房。
下表是Nasdaq提供的其1G，10G連接的延遲數據：（數據基於Nasdaq的Co-Location用戶數據，延遲均爲往返延遲）
周2012年8月6日 | 平均延時（微秒） | 99% 延時（微秒） | 99.9% 延時（微秒） |
OUCH - 10G （下單延遲) | 51 | 95 | 142 |
OUCH - 1G （下單延遲) | 82 | 126 | 170 |
ITCH - 10G （行情接收延遲) | 44 | 65 | 82 |
ITCH - 1G （行情接收延遲) | 77 | 102 | 120 |
對於最新的40G以太網連接，Nasdaq號稱下單到反饋（order-to-ack）往返延遲能在40個微秒以內。從以上的數據中不難發現，高帶寬不但能帶來更低的延遲，而且還能提供一個非常重要的特性，那就是延遲的穩定性。
對經紀商而言，首先當然是租用託管機房，然後是對整個交易通道進行低延時升級。典型的高頻交易網絡都採用10G的萬兆網絡接入，內置TOE（TCP協議卸載）UOE（UDP協議卸載）的低延時網卡，以減輕對服務器CPU資源的佔用，從而降低服務器端的延時，業界已有延時僅76ns（納秒）的10G網卡。交換機方面，低延時交換機已經可以做到端口到端口延時400ns（納秒）以內。
高頻交易的客戶端一方面需要在交易算法和模型上下足功夫，另一方面同樣是在數據處理和傳輸環節上進行優化。包括低延時的10G網絡，高性能的服務器，GPU，甚至使用FPGA將算法固化在硬件設備中運行。
典型的高頻交易網絡及其性能優化策略
通過上述的性能優化，整個交易通道的延時已經被壓縮到了極致，但是隨時而來的問題是：
1. 經紀商的前置機直接暴露在高頻交易客戶端面前，幾乎可以用“裸奔”來形容，潛在的安全風險巨大；
2. 如何確保經紀商的前置機的高可用性？和極低延時的要求一樣，高頻交易對業務連續性同樣有着極致的要求，交易時段不能容忍任何中斷。客戶端大都直接連接到某臺前置機，如果前置機出現問題，將直接造成交易無法進行，潛在的損失無法估計。
如何在保證低延時的前提下解決上述問題呢？
高頻交易的安全性
在網絡中加入低延時網絡防火牆。通常網絡防火牆會帶來幾百個微秒（μs）的延時，低延時防火牆可以將延時降低到幾十個微秒（μs），最低的甚至可以做到僅僅5個微秒（μs）。
高頻交易的高可用性（HA）
爲提升業務連續性的，可以使用低延時應用交付設備（ADC）對前置機服務器進行負載均衡，只需要提供給客戶端一個接入地址，任何前置機出現問題都可直接切換到其他可用的前置機，既可確保業務連續性，又能靈活擴展處理性能。目前業界最低延時的ADC設備已經可以做到5個微秒（μs），而F5公司的LTM甚至集成了防火牆的功能，實現防火牆+負載均衡總共才5微秒（μs）延時。
增強型高頻交易網絡及其性能優化策略
國內高頻交易
在美國和歐洲，金融市場已經非常成熟，高頻交易的盈利日趨下降，加上2010年5月6日的“閃電暴跌”等事件的影響，監管部門加強了對高頻交易的監控，使得美國的高頻交易量從2009年的61%下降到現在的51%左右。
與此相反，新興市場的經濟蓬勃發展，金融市場日漸成熟，巴西和俄羅斯已經逐漸爲高頻交易打開了大門，上海證券交易所、香港等亞洲交易所也升級了交易系統，新加坡交易所甚至將系統升級到全球最快的90微秒。另外，新興市場的高頻交易者相對成熟市場更少，更易獲得高額的收益。這都加速了高頻交易向新興市場的轉移。
在國內，高頻交易目前頗受國內金融行業關注。起初由於國內股票市場T+1交易制度的限制，大部分投資者最爲關心的是以日爲單位的短線、中長線投資機會，對日內交易機會關注甚少，隨着允許T+0交易方式的商品期貨、股指期貨等創新產品的推出，以及可以通過一級市場申贖、信用交易等方式直接或變相的實現T+0交易的ETF（交易型開放式指數基金）和融資融券標的股的存在，投資者可以攫取證券市場日內交易的豐厚利潤。因此，高頻交易在國內已經被運用於商品期貨、ETF及權證交易方面。
國內多家期貨公司已經有提供高頻交易的平臺，有些嗅覺敏感的公司也已經開始學習國外同行的IT架構，率先進行了低延時改造，以吸引更多的高頻交易者。ETF市場上已有多款做高頻交易的ETF套利產品，國內量化投資基金日益增多，如廣發、大摩華鑫、光大保德信等多家基金公司開始推出量化投資策略的基金。相信隨着證券市場改革的深化，高頻交易的發展將越來越迅速，成爲中國金融市場最重要的交易策略之一。工欲善其事，必先利其器，建設快速、安全、可靠的高頻交易平臺必能幫助高頻交易者在市場博弈中佔盡先機，尤其是在一個還不太成熟的市場。