MEMX: Innovativer Wertpapierhandel durch deterministische Börse

Kurzübersicht:

MEMX ist eine neue unabhängige Börse im Besitz der Mitglieder und wurde im Jahr 2019 von neun Unternehmen gegründet – der Bank of America, Merrill Lynch, Fidelity Investments, Morgan Stanley, UBS, Charles Schwab, TD Ameritrade, Virtu Financial, E*TRADE und Citadel Securities. Laut Jonathan Kellner, dem CEO von MEMX, wurde die Members Exchange (MEMX) geschaffen, um den Wettbewerb im Markt zu beleben und drei Effekte zu erzielen: geringere Gebühren, Mitsprache der Mitglieder bei Marktdialogen und -entscheidungen und die Förderung von Innovationen.

Der Einstieg in einen Markt mit großen und allgegenwärtigen etablierten Börsen ist nur mit einem starken Wettbewerbsvorteil möglich. MEMX hat sich durch solide Entwicklung, Geschäftssinn und den Einsatz fortgeschrittener Intel HPC- und anderer Technik einen Vorteil verschafft. Diese Technik umfasst eine leistungsoptimierte, von Penguin Computing bereitgestellte Börsenplattform mit Intel® Xeon® Gold Prozessoren der 2. Generation, Intel® Server-Mainboards, Intel® SSDs und persistentem Intel® Optane™ Speicher (Intel Optane PMem).

Herausforderung

Gerade im Wertpapierhandel und Warentermingeschäft gilt das Sprichwort „Zeit ist Geld“. Beim Handel, der von Menschen eingeleitet, aber von Computern, Software und Netzwerken umgesetzt wird, kann sich der Wert innerhalb von Nanosekunden ändern, worauf die Händler nur in geringem Umfang Einfluss haben. Für die Händler ist deshalb die Vorhersagbarkeit des Verhaltens von Börsen, mit denen sie interagieren, wichtig.

Mehrere Eigenschaften haben Einfluss auf diese Vorhersagbarkeit bzw. Determiniertheit. Die wichtigsten Aspekte sind:

• Latenz und Laufzeitschwankungen der Hardware, einschließlich der Leistung von Prozessoren, Arbeitsspeicher, Datenspeicher und Netzwerk
• Leistungsfähigkeit der Software im Hinblick auf die Eingabe von Orders, das Matching und die Verteilung von Marktdaten
• Betriebliche Praktiken des Börsengeschäfts an sich

Notwendige Determiniertheit

Deterministisches Verhalten steht laut Dom Paniscotti, CTO von MEMX, noch nicht lange im Fokus.

„Noch vor zehn bis 15 Jahren führten Systeme für den Börsenhandel Orders innerhalb von einigen hundert Mikrosekunden bis zig Millisekunden aus“, so Paniscotti. „Zu der Zeit spielten Laufzeitschwankungen (‚Jitter‘) oder Determiniertheit noch keine große Rolle, weil die Gesamtzeit für das Ausführen von Orders die Laufzeitschwankungen bei weitem überstieg. Später, als sich die Latenzen der Infrastruktur und der Software um Größenordnungen verringerten, gewann Jitter an Bedeutung. Die Händler stellten fest, dass ihre Orders, die sie vor ihren Kollegen platzierten, später als erwartet ausgeführt wurden. Und so wechselte der Fokus in der Branche von der Reduzierung der Latenz zur Reduzierung von Jitter.“

Laut Paniscotti wurde kontinuierlich neue Technik eingeführt, um Latenz und Jitter zu reduzieren. Schnellere Cut-Through-Switches mit geringer Latenz wurden installiert. Netzwerkarchitekturen wurden entsprechend geändert, um die Anzahl der eingesetzten Switches zu verringern. Der Datenspeicher wurde von Laufwerken mit rotierenden Medien auf SSDs umgestellt. Servernetzwerkstacks wurden aus dem Kernbereich in den Benutzerbereich verlegt. Die Berechnung ging von der Software auf die Hardware über. Und die ganze Zeit über stieg die Bandbreite für den Order-Datenverkehr und die Marktdaten.

Determiniertheit ist der Schlüssel zum Aufbau von Vertrauen zwischen Börsen und Händlern. Bei ihrer Suche nach der „bestmöglichen Ausführung“ bemühen sich Broker um Beziehungen zu Börsen, die nicht nur eine schnelle Ausführung, sondern auch eine konsistente Ausführung bieten.

„Unsere Endkunden wollen das deterministischste System, das sie bekommen können“, sagt Paniscotti.

MEMX setzt alles daran, den Handel durch seinen Börsenbetrieb mit optimierter Orderabwicklung und einer neuen, für deterministische Abläufe konzipierten IT-Plattform vorhersehbar zu machen.

Lösung

Die Systemarchitektur und die Computertechnik sind entscheidend wichtige Komponenten für die Lösung von MEMX, doch auch die Maximierung der Effizienz von Betriebsabläufen hat Einfluss auf die Determiniertheit. Wie bei jedem Geschäftsbetrieb werden Prozesse unter Berücksichtigung der zum jeweiligen Zeitpunkt verfügbaren Technik und bestehenden anderen Anforderungen entwickelt. Wenn die technische Entwicklung fortschreitet, hinkt die Entwicklung der Prozesse oft hinterher oder sie müssen abwärtskompatibel sein, um weiterhin die Erfordernisse der ganzen Organisation oder Branche zu erfüllen. MEMX hat sich schon frühzeitig mit solchen Herausforderungen beschäftigt.

„Wir haben uns die geschäftlichen Herausforderungen angesehen, die in dieser Branche bestehen und die letztendlich für nicht deterministische Abläufe verantwortlich sind“, erläutert Thomas Fay, COO von MEMX. „Wir haben oft nach dem ‚Warum‘ gefragt. Warum sind bestimmte Prozesse oder Börsenregeln so wie sie sind? Liegt es an der Marktstruktur, an regulatorischen Vorgaben oder einfach nur an ‚technischen Schulden‘, die sich im Lauf der Zeit gebildet haben? So konnten wir alles im Design der Geschäfts- und technischen Gesamtlösung bewerten und die betrieblichen Aspekte sehr erfolgreich so optimieren, dass Funktionen, die Verzögerungen bewirken, beseitigt wurden.“

Letztendlich hat MEMX ein effizientes, reaktionsfähiges Geschäft entwickelt. Die Auswahl ihrer Informationstechnik bildete jedoch die Grundlage einer deterministisch agierenden Börse.

Aufbau einer Börsenplattform von Grund auf

Die Finanzindustrie ist oftmals ein Pionier im Einsatz neuer Technologie. Die Unternehmen rüsten entscheidende Teile ihrer Börseninfrastruktur mit schnelleren Prozessoren, schnellerem Arbeitsspeicher und schnelleren Netzwerken auf, um Latenz und Laufzeitschwankungen zu reduzieren. Allerdings sind viele Systeme der Finanzindustrie sehr groß und komplex, weshalb eine globale Aufrüstung der Technik nicht machbar erscheint und die ältere Technik weiterhin bestehen bleibt. Diese „technischen Schulden“ können sich von Stufe zu Stufe vergrößern und die Innovation und betriebliche Effizienz beeinträchtigen.

„In der letzten Zeit befand sich die IT-Branche in einem schnellen Innovationszyklus, der neue Paradigmen und Funktionalität hervorbrachte und signifikante Veränderungen der IT-Dienste bewirken kann“, meint CEO Kellner. „Gleichzeitig hat sich der Fokus bezüglich aufeinander abgestimmter IT-Architektur- und -Design-Strategien von der Verarbeitung auf die Daten verlagert.“

Daten sind der Treiber für Entscheidungen und Aktionen, und Börsen verarbeiten eine Menge Daten in Echtzeit. Beim Upgrade der Börsen auf neue technische Errungenschaften und Architekturen wird jedoch die Feinabstimmung der Systeme mit dem Ziel, bestmögliche Ergebnisse mit der neuesten Technik zu erzielen, wegen der „technischen Schulden“ zur Herausforderung.

MEMX wurde an seinen Entscheidungen nicht durch technische Schulden aus der Vergangenheit gehindert; das Unternehmen begann ganz von vorn. Die IT-Architekten des Unternehmens konnten von Beginn an analysieren, wie Börsen und die Handelsmärkte funktionieren. Sie nahmen den Datenfluss und die Orte der bereitgestellten Daten, Datenverkehrsmuster und -aufkommen, Prozesse usw. unter die Lupe und nutzten dann die beste und fortschrittlichste verfügbare Technik. Sie erkannten mögliche Probleme bezüglich der Effizienz und Datenverfügbarkeit und begegneten ihnen mit Innovationen führender Technologieunternehmen wie Intel und Penguin Computing. Sie nutzten die Vorteile moderner Möglichkeiten wie einer sicheren Cloud-Infrastruktur und waren letztendlich in der Lage, eine in hohem Maße vorhersehbar funktionierende Handelsplattform zu schaffen, die dazuhin skalierbar und flexibel ist.

„Wir haben uns für Penguin Computing entschieden, weil sie ein agiles Unternehmen sind“, erläutert Paniscotti. „Wir mussten mit jemandem zusammenarbeiten, der nicht nur eine hochgradig kundenspezifische Plattform aufbauen, sondern auch ein echter Technologiepartner sein und uns bei den vielen technischen, entwicklungsspezifischen und logistischen Herausforderungen auf dem Weg zum Ziel behilflich sein konnte. Wir pflegen starke Beziehungen zu Intel, Penguin Computing und anderen. Sie zeichnen sich alle durch eine tiefgreifende Partnerschaft mit Einblick in ihre Roadmaps aus, was es uns ermöglicht, eine wirklich kundenspezifische Plattform bereitzustellen, die für unsere Workloads optimiert ist und unseren Kunden einen echten Mehrwert bietet.“

Die MEMX-Plattform

Die MEMX-Börse baut auf die Tundra-ES-Plattform der nächsten Generation von Penguin Computing auf. Die Plattform beinhaltet Intel Server-Mainboards, Intel Xeon Gold Prozessoren der 2. Generation, Intel SSDs der DC-Reihe und persistenten Intel Optane Speicher. Basierend auf dem Open Compute Project (OCP) bieten Tundra-ES-Racks extrem hohe Systemdichte mit mehr als 75 Knoten in einem einzigen OCP-Rack.

„Wir suchten nach der modernsten und fortschrittlichsten Technik für eine Plattform mit hoher Systemdichte“, so Paniscotti. „Mit diesem Design haben wir eine Systemdichte, die fünf- bis zehnmal so hoch ist wie das, was wir mit 1-HE-Servern hätten aufbauen können. So können wir mit OCP die gesamte Börse in einem einzigen Rack betreiben.“

Der Betrieb in einem einzigen hocheffizienten Rack bedeutet weniger Switches und Hops zwischen Endpunkten, was kritische Stellen für das Auftreten von Latenzen und Fehlern reduziert. Das System läuft unter einer optimierten Version des Linux-Betriebssystems, die für hochstabiles und deterministisches Verhalten sorgt.

„Wir bewerten ständig die Geschwindigkeit, Laufzeitschwankungen sowie den Platz- und Energiebedarf unserer Systeme und suchen nach optimalen Lösungen, bei denen die Geschwindigkeit maximal ist und diese anderen Faktoren zugleich auf ein Minimum reduziert sind“, sagt Paniscotti. „Wir arbeiten mit hochrangigen Intel-Technikern zusammen, die uns Vorschläge machen, welche neue Technik wir in Betracht ziehen sollten. Persistenter Intel Optane Speicher ist ein Beispiel.“

Leistungsoptimierung der Börsenplattform

Eines der bedeutendsten Probleme bei einer Börsenplattform ist die Latenz, die auftritt, wenn Trades nicht abgeschlossen werden, solange Daten vom Systemspeicher in den permanenten Datenspeicher kopiert werden. Angesichts heutiger Nachrichtenraten entstehen mit Festplattenlaufwerken und sogar mit SSDs Engpässe durch den Übergang vom Speicherbus auf den PCIe-Bus oder das Speichernetzwerk, was wertvolle Zeit kostet und zu Latenzen und Jitter führt.

Integraler Bestandteil der Börsenlösung von MEMX ist hochleistungsfähiger persistenter Intel Optane Speicher mit hoher Kapazität, der im App-Direct-Modus konfiguriert ist. Durch den App-Direct-Modus können Anwendungen den persistenten Speicher als äußerst schnellen, nichtflüchtigen Datenspeicher nutzen. Trades werden ausgeführt und sicher mit Speicherbusgeschwindigkeit in den persistenten Speicher geschrieben (was im Falle eines Stromausfalls vor dem Verlust von Daten und Vorgängen schützt), bevor die Daten auf die Festplatten- oder Solid-State-Datenträger kopiert werden. Zugriffsgeschwindigkeit und nichtflüchtiger Speicher beseitigen Verzögerungen bei Handelstransaktionen.

„Persistenter Intel Optane Speicher ist der nächste Fortschritt beim Datenspeicher“, so Paniscotti. „Wir bei MEMX können seine Leistung nutzen, um die Latenz der gesamten Infrastruktur zu reduzieren.“

Die Auswahl der Prozessoren optimiert die Leistungseigenschaften für die Besonderheiten der Trading-Workloads. Das Design nutzt Intel Xeon Prozessoren mit hoher Taktfrequenz für zeitkritische Vorgänge und Intel Xeon Prozessoren mit vielen Kernen für hochparallelisierte Workloads.

Ergebnis

Mit der Innovation eines von Grund auf neuen Designs einer Börsenplattform mit der neuesten und fortschrittlichsten Technik, die heute verfügbar ist, steigt MEMX mit einer starken Wettbewerbsposition in den Markt ein. Aufgrund seiner deterministischen Plattform wird MEMX zu niedrigeren Gebühren führen und Kunden anziehen. Durch die Entscheidung für die Tundra-ES-Plattform von Penguin Computing mit ihrer äußerst hohen Systemdichte und die Festlegung auf die Intel Architektur als Standard kann MEMX ein hochleistungsfähiges System mit niedrigeren Kosten betreiben als mit anderen herkömmlichen Konzepten für eine Börseninfrastruktur. Dank einer homogenen Datenverarbeitungsarchitektur ist eine nahtlose Wiederherstellung nach Ausfällen und der schnelle Austausch von Diensten möglich. Das Konzept schafft eine Infrastruktur ohne Single Point of Failure, die dafür ausgelegt ist, die Betriebskosten durch geringeren Platz-, Energie- und Kühlbedarf und verbesserte Verfügbarkeit zu senken. Darüber hinaus hat das Design als einzelnes Rack in Verbindung mit einer Kühlung in Form eines geschlossenen Kreislaufs die benötigte Netzwerkausstattung, Verkabelung und Energieversorgung erheblich reduziert, was Energieeinsparungen im zweistelligen kVA-Bereich zur Folge hat.

Durch die Ausgewogenheit der Architektur mit einem optimierten Betriebssystem, einer intelligenten Auswahl von Prozessoren sowie flüchtigem und nichtflüchtigem Speicher und Hochleistungs-SSDs für Rechenzentren in einer Plattform mit hoher Systemdichte kann MEMX seinen Kunden stets eine Plattform mit vorhersehbarer Funktion bereitstellen, auf der sie ihre Trades zum bestmöglichen Preis ausführen können.

„Das gesamte System ist bezüglich Verarbeitungsgeschwindigkeit und Stabilität der ganzen Architektur optimiert und abgestimmt, von der Angebotserstellung bis zur Matching-Engine und zu der Ausführung von Trades sowie der Vermeidung von Latenzen bei der Übertragung von Daten innerhalb der Plattform und zur Cloud“, resümiert Kellner.

Penguin Computing

Als Tochter von SMART Global Holdings erweitert Penguin Computing die Vorstellungen der Wirtschaftswelt davon, was mit Datenanalyse/künstlicher Intelligenz, HPC, Daten und der Cloud möglich ist. Wir bauen auf jahrzehntelanger tiefer und umfassender Erfahrung und Fachkenntnis auf, um vollständig konfigurierte, getestete und unterstützte Plattformen bereitzustellen, die eine unkomplizierte Nutzung neuer Technik ermöglichen, wie sie für die wichtigsten und anspruchsvollsten Workloads von heute erforderlich ist.

Zusammenfassung

Members Exchange wurde entwickelt, um maximale Determiniertheit bei minimaler Latenz und Laufzeitschwankung (Jitter) zu realisieren. Bei der von Penguin Computing auf der Grundlage seiner Tundra-ES-Plattform entwickelten Hardware für die Börsenlösung kommt fortgeschrittene Technik von Intel und anderen Anbietern zum Einsatz. Bestandteile dieser Technik sind Intel Server-Mainboards, Intel Xeon Gold Prozessoren der 2. Generation, persistenter Intel Optane Speicher, Intel SSDs der DC-Reihe sowie Highspeed-Netzwerktechnik mit geringer Latenz.

• Skalierbare Intel Xeon Gold Prozessoren der 2. Generation
• Intel® Server-Mainboards
• Persistenter Intel Optane Speicher
• Intel SSD-DC-Datenträger

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