Все-таки странно, mtr не показывает проблем с пингом до ориджина во время таких скачков. Получается, что такое приличное падение трафика в эти моменты означает, что и чанки не отдаются в том числе, хотя для кэша установлено inactive=1m. Это либо недоступен вообще сам cache, либо затыкается nginx на cache?