Я бы начал с того что включил
slow_query_log в MySQL
Если считаете что дело не в БД, то нужно глубже зарываться в мониторинг сервера (cpu, inodes)
Так же сессии в файлах могут стать причиной такой проблемы, и тормозящий запрос именно тот на который выпадает запуск GC.
Ну и логи php-fpm обязательно посмотреть, нету ли сообщений о том что не хватает воркеров, так как в зависимости от настроек fpm может быть затуп в момент когда создаются новые воркеры при динамическом пуле или затуп от того что кончается лимит воркеров.
Спам запросов из браузера + сессии тоже может быть причиной проблемы из-за
блокировок сессий.