Возможно ли оптимизировать отдачу web-сервером статики используя PHP?
К сожалению, менеджеры хостинга нас ото всюду выгоняют из-за нагрузки. Предлагают услуги dedicated. 
Пробывали VDS 4Гб памяти, 1 ядро 3.2Ггц, FreeBSD. — сайт не может проработать и 20 минут. Смотрим на сервере top — висит более 10 тысяч процессов httpd. На хостинге работает стабльнее, а главное — работает. Но со всех хостингов нас выгоняют вместо предложений вариантов решения проблемы.

Дело в том, что на одной странице в среднем подгружается 50 — 300 картинок. Один запрос на страницу = 50 — 300 запросов к apache+php.
Дык поставьте nginx на VDS вместо апача, не будет столько процессов плодить — раз, статику его средствами без PHP отдавать — два. Вашего тарифа за глаза хватит. Apache+php — пара процессов на каждое соединение, посчитайте что на ваших картинках получается — никаких физических серверов не хватит. Nginx'a будет несколько процессов висеть и последовательно запросы обрабатывать — и, спасибо гуглу, 2.5 Мб памяти жрать на 10к неактивных соединений. Ну а если одним nginx, что маловероятно, не обойдетесь — php-fpm за ним, дабы и пыха лишние процессы не плодила.
Спросите поддержку про X-accel-redirect + кеширование таких запросов.
Если nginx Accel-ный ответ от бекенда, то не будет обращаться к скриптам а сам отдаст нужную картиночку.
Если вам удастся что-то такое провернуть, это будет лучшее решение.