「PTP（Precision Time Protocol）」は、IEEE 1588で標準化された時刻同期プロトコルだ。イーサネット／IPネットワーク上でマイクロ秒からナノ秒単位の高精度な時刻同期を実現でき、通信、放送、金融など様々な分野で利用が広がっている（図表1）。
図表1 産業分野別のPTPのユースケース
時刻同期とは、システムに接続された複数の機器が、同じ瞬間を同じ時刻として認識することを保証する仕組みだ。代表的な方式の1つがNTP（Network Time Protocol）で、専用サーバーがGNSS（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）受信機などから取得した基準時刻をもとに、ネットワーク経由でクライアントに時刻を配布する。インターネットを介して利用できる公開NTPサービスもあり、導入が容易で長年広く利用されてきた。しかし、パケット転送の遅延やジッターの影響を受けやすく、通常はミリ秒単位の精度にとどまる。
これに対しPTPは、時刻情報をネットワークパケットで配布する点ではNTPと共通するが、ハードウェアによるタイムスタンプや専用クロック機能を活用することで、マイクロ秒からナノ秒単位の精度を実現できる。システムはGNSSや原子時計を基準とする「グランドマスタークロック」を頂点に構成され、その配下に「バウンダリークロック」や「トランスペアレントクロック」を配置し、スレーブ機器に正確な時刻を配布する。
NTPは現在も幅広く利用されており、多くの業務システムやサーバー環境で十分な精度を提供している。しかし、5Gネットワーク、発送電網、AIデータセンターなど、マイクロ秒からナノ秒精度を前提とするシステムには対応できず、そこでPTPの導入が進んでいる。
PTPの導入が進む分野は、大きく2つに分類できる。1つは、規格や技術の進歩に伴い、高精度な時刻同期が不可欠になった分野。もう1つは、これまでも時刻同期が行われてきたが、IP／イーサネットへの移行により、それに対応する方式が必要になった分野だ。
前者の代表例がモバイルネットワークである。4GはFDD（周波数分割複信）主体の運用であり、一部の高度な協調動作を除けば高精度の同期は必須ではなかったが、5Gでは基地局間の同期や無線アクセスネットワーク（RAN）の運用そのものがマイクロ秒単位の時刻同期を前提としている。
5G通信で採用されているTDD（時分割複信）方式は、周波数を時分割して送受信に用いる方式であり、基地局間で送受信フレームを整合させる必要がある。タイミングが乱れれば、ただちに電波干渉が発生してしまう。標準化団体のITU-T（国際電気通信連合電気通信標準化部門）や3GPPは、5Gで必要とされる時刻同期精度を1.5マイクロ秒以内と定めている。
ローカル5GやsXGPでも同様の要件が課される。ローカル5Gは製造業や交通システムに広がり、sXGPは医療分野を中心に構内PHSの代替として普及が進み、PTPの導入シーンも拡大している。
今後の展開を見据えると、要求精度はさらに厳格になる。5G StandAlone（SA）方式を利用するURLLC（超高信頼・低遅延通信）のユースケースである遠隔医療や自動運転といった高度アプリケーションでは、マイクロ秒以下、用途によっては数百ナノ秒級の同期が求められる場合もある。6G時代にも高精度同期の需要は確実に高まり、通信分野におけるPTPの役割は一層大きくなっていく。
データセンターも、大量のGPUを駆使しAI学習を行うようになったため、さらに高精度の時刻同期が必要になった分野だ。AI学習では電力や設置面積の制約から複数ノードに分散して計算を行うことになるが、計算処理の輻輳を防ぎ、ネットワーク利用効率を最大化するために高精度な時刻同期が不可欠になる。