Tente desativar o armazenamento em buffer:
fastcgi_buffering off;
Está ativado por padrão.
Isso lhe dará um pouco mais de controle do PHP, mas esteja ciente de que as operações de limpeza que não foram bloqueadas anteriormente podem agora ser bloqueadas. Ele também irá superar quaisquer problemas de buffering que o Nginx possa estar encontrando - eu colocaria meu dinheiro nisso sendo o problema. Os buffers do Nginx são eficientes, mas inconstantes.