Acabo de volver a ejecutar la prueba de carga, pero esta vez con solicitudes anónimas, y ¡hemos observado una enorme mejora en el rendimiento! Antes solo podíamos manejar alrededor de 25 solicitudes por segundo en un solo host; ahora podemos alcanzar 380. Además, la tasa de aciertos de la caché Redis aumentó de ~22% a ~66%. 
Solo quería compartir los resultados por si a alguien le interesaba.
¡Gracias de nuevo por la ayuda!