Как организовать кеш картинок при такой архитектуре?
Зачем вам кэш картинок 
У вас HDD ?  камон братишка сейчас 2022 (почти23)
в этом случае да большое количество даже маленьких картинок при параллельном чтение действительно просаживают вашу I-O тем самым вы замедляете работу своего сайта.
НО сдается мне что у вас ssd а скорее всего Nvme ибо они стоят нынче как грязь под ноктями.
Соответственно I-O диска немного ( тут используется сарказм) быстрее и  не путайте пожалуйста скорость  чтения со скоростью доступа ибо она еще больше чем просто скорость чтения и записи относительно HDD.
Что вы собираетесь закешировать и какой эффект вы пытаетесь от этого получить ? 
Желательно с прфуами
А я вам дам свой пруф.
вы создаете в  памяти раздел, закидываете туда весь сайт ( ну прям вот весь), мотнитуете его как диск.
И замеряйте, быстрей чем весь сайт в памяти вы уже не получите.
Итог будет я вам скажу печальный, разницы практически не будет от слова совсем ( кроме сжырания памяти).
Все уткнется в генерацию дом. А там ахиллесова пята это mysql
location /storage/ {
            limit_req zone=static burst=100 nodelay;
            proxy_pass http://домен.рф/media/;
            proxy_redirect off;
            expires 14d;
            proxy_cache staticcache_storage;
            proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
            proxy_cache_key "$request_method|$http_if_modified_since|$http_if_none_match|$host|$request_uri";
            proxy_cache_valid 200 301 302 120m;
            proxy_cache_use_stale error timeout invalid_header http_500 http_502 http_503 http_504;
            proxy_cache_revalidate on;
        }