積極開發元宇宙的科技巨頭Meta Platforms, Inc.近日[宣布][1]引進新的網路時間標準PTP（Precision Time Protocol，精確時間協議）於內部系統，以取代原有的NTP（Network Time Protocol，網路時間協議），保持資料中心（data center）內所有伺服器的時間精準度。
PTP是什麼？Meta為什麼要引入新時間協定？
網路上所有活動都仰賴於眾多伺服器，這些可能分布在不同位置的伺服器需要彼此同步，以確保時間準確無誤；假如出現任何誤差，就可能導致網路延遲、錯誤甚至是斷線，因此對於資料中心營運商來說，內部每個伺服器的時鐘都必須保持同步。而該同步過程的核心關鍵就是「網路時間標準」。
Meta近日宣布於自家資料中心的網路系統中，採用同步電腦時間的協議PTP，以利伺服器時間的同步速度達到奈秒（nanoseconds）等級，並取代精度為毫秒（milliseconds）的先前技術NTP。也就是說，PTP在速度上的表現無疑優於NTP，並有效減少伺服器之間的時間誤差。
PTP的應用除了提高時間精準度，還能改善Meta旗下所有服務的體驗，包括在Facebook與Instagram上建立與觀看Reels、利用Messenger進行文字與語音聊天，以及在元宇宙Horizon Worlds中展開探索。另外，官方也指出，PTP可能實現跨資料中心的GPU（圖形處理單元）同步，甚至開發人工智慧（AI）的潛能，且PTP亦助於保持未來系統的同步，故其有望成為元宇宙技術的基礎要件之一。
Meta表示目前已經成功在部分設施試用PTP，希望未來可以拓展到資料中心內所有系統。不過Meta項目負責人Ahmad Byagowi與工程師Oleg Obleukhov也提到，雖然PTP比NTP更精確，但前者對於硬體的要求也更加嚴格，於是便有內部工程師發現部分硬體裝置的設計與PTP並不符。
此外，Meta還另外開發一項名為[Time Appliance][2]的專用設備，透過一種高精準度的時鐘：原子鐘，用來幫助伺服器確定目前時間。
NTP又是什麼？為什麼相對PTP時間較不精準？
因應早期利用網路同步電腦時間的需求，NTP早在1985年就問世，由美國電腦工程師兼德拉瓦大學教授Dave Mills所設計，是目前仍在使用最古老、最穩定的網際網路協定（TCP/IP）之一。
NTP可將網路上的電腦時間同步至UTC（世界協調時間，Coordinated Universal Time）的毫秒誤差內，並採用Marzullo演算法來選擇準確的時間伺服器，減輕網路延遲的影響，在國際上提供統一的時間。
為了尋求並提供精確時間，NTP的時間伺服器會與客戶端交換時間，其再利用對方給予的資料計算延遲或誤差秒數，並重新調整伺服器時間。NTP傳輸UTC時間的模式為階層狀，第零層接收「真實時間」的衛星系統為所有時鐘的參考，並將時間傳到第一層，第一層再傳到第二層，第二層接著傳到第三層，如此一來可以避免請求量過大的情況，相對的時間精準度可能也會隨著階層下降。
而作為開源（open source）標準，NTP最初是在Linux與類UNIX平台上開發，因此大部分Linux系統都包含NTP，而在macOS與Windows這兩個常見的作業系統中，也都內建有NTP的同步應用程式。此外，NTP亦應用於日常生活與各種產業，如電信業傳輸數據、衛星導航定位與一般企業的上班打卡等，可說是扮演了相當重要的角色。
速度更快、誤差更少，PTP逐漸崛起
PTP的前身為IEEE 1588-2002，其開發者兼《Measurement, Control and Communication Using IEEE 1588》一書的作者John C. Eidson表示，IEEE 1588旨在填補NTP和GPS兩協議之間的利基市場，不僅提供優於NTP的精準度，其成本也低於GPS接收器，適用距離亦比GPS訊號遠、廣。PTP正式發布於2002年，可用於軟硬體中，並持續針對準確度與穩定性推出新版本。
其同步模式採用主從式（master-slave architecture）架構，指每個PTP網域內只有一個主時鐘（grandmaster clock），主時鐘可直接收到衛星系統的時間，故其最為穩定、精準，在節點底下接收的則為從屬時鐘，換言之，主時鐘與從屬時鐘同步時間後，後者會再將精確資料送到不同設備。PTP亦使用最佳主時鐘演算法（Best master clock algorithm），自動選擇每個網域內的主要時鐘。
PTP之所以優於NTP，Meta指出是因為前者擁有硬體時間戳（Timestamps）與透明時鐘（Transparent clock），比起利用在應用層紀錄時間戳的NTP，PTP利用實體層（硬體）更能將延遲降到最低，並計算出以供接收端計算自己與網路時間的誤差，透明時鐘則是用來測量通訊介質的延遲，再交由系統補足延誤的時間。
目前，PTP已應用於路由器與交換器的開發，微軟[推出][3]的Windows Server 2022、Windows Server 2019與Windows 10（1809版），也提供使用者透過PTP同步時間；Amazon旗下的串流影片編碼服務[AWS Elemental Live][4]亦可開啟PTP時間。半導體公司Silicon Labs則是在2019年[收購][5]Qulsar的PTP軟體與模組，希望加速推出實體層的時脈產品，因應行動網路設施等市場需求。
Meta也表示，隨著5G世代的到來，電信產業也開始大力支持PTP，期盼旗下資料中心可以擴大使用PTP。在台灣，中華電信現也已推出[PTP校時服務][6]，主打「用戶可透過光纖連接至中華電信主時鐘，取得比NTP更精確、更低延遲的時間源，並應用於金融交易、高頻交易、導航、智慧網路、廣播系統、電力網等環境」。
PTP的時代要來了嗎？總結PTP與NTP比較
比起PTP，成本、硬體要求皆較低的NTP現今仍較為廣泛使用，但是無論是商業還是科技，可能都會越來越講究時間的精準度。在Meta宣布採用PTP後，為追求相同利益，或許會出現更多大廠仿效，一同積極支持PTP發展。
NTP與PTP特色比較
| 網路時間協議 NTP | 精確時間協議 PTP | |
|---|---|---|
| 年份 | 1985 | 2002 |
| 時間戳位置 | 應用層 | 實體層（硬體） |
| 誤差/速度單位 | 毫秒 | 奈秒 |
| 精確度 | 敗（2-3毫秒） | 勝（20-30奈秒） |
| 成本 | 偏低 | 偏高 |
| 硬體要求 | 較低 | 較高 |
| 客戶端數量 | 基本上無限制 | 取決於網域如何配置 |
| 範圍 | 多用於公共、廣域廣路，也可用於區域網路 | 廣域、區域網路 |
| 優勢 | 泛用、延展性好、性能穩定 | 面對高精準時間同步需求漸增，PTP可能取代NTP |
《數位時代》整理、製表
資料來源：[Datacenterdynamics][7]、[siliconANGLE][8]、[MakeUseOf][9]、[TimeTools][10]、[GeeksforGeeks][11]、[Engineering at Meta][12]
責任編輯：林美欣
[1]: https://about.fb.com/news/2022/11/introducing-precision-time-protocol-to-metas-networks/
[2]: https://github.com/opencomputeproject/Time-Appliance-Project/tree/master/Open-Time-Server/
[3]: https://learn.microsoft.com/zh-tw/windows-server/networking/windows-time-service/insider-preview
[4]: https://docs.aws.amazon.com/elemental-live/latest/ug/what-is-aws-elemental-live.html
[5]: https://www.digitimes.com.tw/tech/dt/n/shwnws.asp?id=0000571243_H3K16E4G5Q90HX23NDZ43
[6]: https://www.idc.hinet.net/ServiceNet_PTP.html
[7]: https://www.datacenterdynamics.com/en/news/meta-to-deploy-new-network-timing-protocol-precision-time-protocol/
[8]: https://siliconangle.com/2022/11/21/meta-implements-new-timing-protocol-data-centers/
[9]: https://www.makeuseof.com/what-is-network-time-protocol/
[10]: https://timetoolsltd.com/ntp/what-is-ntp/
[11]: https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-ntp-and-ptp/
[12]: https://engineering.fb.com/2022/11/21/production-engineering/future-computing-ptp/
