>Но когда появился большой трафик (примерно 2-3 000 одновременных соединений),
>появилась проблема ошибки 502
php-fpm это не серебряная пуля которая решить данную проблему. Очевидно же, что суть проблем в том, что бэкэнд не успевает переварить такой всплеск нагрузки. Как я понял, при это есть свободные ресурсы, значит нужно крутить настройки сервера.
Увеличте backlog бэкэнда, запросы которые он не сможет принять буду ставиться в очередь. Но увлекаться этим не стоит, пользователь не будет у вас ждать, пока его запрос из backlog будет бэкэндом взят и обработан. Значит смотрите в сторону ускорения приложения. Сколько времени генериться страница? Если ли страницы которые одинаковы для всех? Выносите их в memcached и забирайте самим nginx-ом, не дергайте лишних раз бэкэнд. Включены ли акселераторы в духе XCache? Все ли скрипты при этом в кэше? Как обстоят дела с соединения к базе, сколько по времени они занимаются? Используется ли кэширование на этом уровне? К примеру, у меня в случае забора ответа от СУБД страница в среднем на одном проекте генерится ~15-20 мс, если данные забираются из кэша в роли которого работает Redis, то величина падает до ~2-10 мс, т.е. до 10 раз. И бэкэнд готов обрабатывать следующий запрос.
В общем обращаю внимание, что установка php-fpm чудесным образом ситуацию может не изменить, хотя возможно сгладит её.