De uma perspectiva puramente de desempenho, permita que o benchmarking tome essas decisões por você, em vez de assumir - usando uma ferramenta como link é inestimável ao fazer alterações na arquitetura.
De uma perspectiva de filosofia de arquitetura, estou um pouco curioso porque você tem nginx e apache nos servidores de aplicativos. O Nginx brilha em conteúdo estático e lida eficientemente com a maioria das frameworks / tecnologias de backend (Rails, PHP via FastFCGI, etc), então eu descartaria a camada final do Apache. Mais uma vez, isso vem de uma compreensão limitada das tecnologias que você está usando, então você pode ter uma necessidade que eu não estou antecipando (mas, se esse for o caso, você sempre pode descartar nginx nos servidores de aplicativos e apenas use o apache - não é TÃO ruim em conteúdo estático quando configurado corretamente).
Atualmente, uso nginx - > haproxy em servidores de balanceamento de carga e nginx nos servidores de aplicativos com muito sucesso. Como Willy Tarreau afirmou, nginx e haproxy são uma combinação muito rápida, então eu não me preocuparia com a velocidade de ter ambos no front-end, mas tenha em mente que adicionar camadas adicionais aumenta a complexidade, bem como o número de pontos de falha.