Não passe FCGI pela rede; use HTTP regular por quanto tempo puder. Você está entrando em águas mal testadas do jeito que você está indo.
De qualquer forma, eu realmente não recomendo usar o nginx como balanceador de carga. Realmente não é a melhor (ou até mesmo uma "boa o suficiente") ferramenta para o trabalho. Eu acho que a melhor opção é Linux Virtual Server , pois é transparente para as conexões TCP e extremamente rápido, mas se isso está fora da mesa para alguma razão, pelo menos use haproxy
.