Ang mga Rare Earth Elements na Erbium at Yttrium ay mahalaga sa infrastruktura ng AI, at may dominasyon sa suplay ang China

Bukod sa kuryente, ang dalawang karagdagang natural na kalamangan ng China sa serye ng pagpapalawak ng AI data center ay natuklasan rin ng mga dayuhan.

Kamakailan, binanggit ng IEEE ang dalawang pangalan na dating hindi maraming pansin sa merkado—

Erbium (Er) at Yttrium (Y).

Isa sa kanila ay nakatago sa malalayong optical communication network sa pagitan ng data centers, at ang isa pa ay nakatago sa gas turbine na nagpapagana sa mga data center, na tumutugon sa dalawang pinakamalaking hamon sa kasalukuyang AI Infra:

Network at kuryente.

Sa simpleng termino, ang erbium ay nagtataglay ng responsibilidad na ipadala ang data nang mas malayo; ang yttrium naman ay ginagamit sa mga materyales na nakakaranas ng mataas na temperatura sa gas turbine, upang tulungan itong maging mas stable sa mas mataas na temperatura at mapabuti ang efisiyensiya ng paggawa ng kuryente.

At kasabay ng pagsisikap na palawakin nang husto ang mga data center ng AI, nagsisimula na ring maging mas mahalaga ang dalawang paggamit na ito.

Sa isang panig, lumalaki ang mga cluster ng computing power, at mas maraming computing power ang nagsisimula na i-deploy sa iba’t ibang campus at lungsod, kaya kailangan ng mas maraming high-speed, malayong optical network sa pagitan ng data centers;

Sa kabilang panig, ang mga AI server ay nagpapataas ng demand sa kuryente hanggang sa mga hundreds of MW hanggang sa GW, at muli nangangalakal ang United States ng mga order para sa gas turbines upang punan ang dagdag na kapasidad ng grid.

Maaaring sabihin na habang ang mga gastos sa kapital ng AI ay umiikot mula sa GPU patungo sa optical network at sistema ng kuryente, ang dalawang maliit na metal na dating nakatago sa pinakamalalim na bahagi ng supply chain ay nagsisimulang muling ilagay sa mesa.

At mas nakakatanda, ayon sa IEEE, ang ating bansa ang nagpaprodukta ng halos 100% ng dalawang maliit na metal na ito.

Sa ibang salita, ang mga benepisyo mula sa pagpapalawak ng mga data center ng AI sa loob at sa labas ng bansa ay maaaring hindi lamang tumutok sa mga makikita na sektor tulad ng GPU, optical modules, at mga kagamitan sa kuryente.

Patuloy na maghukay pataas sa supply chain, mayroon pa tayong mga kartang nakatago.

Paano ba talaga kasali ang erbium at yttrium sa pagbuo ng mga data center ng AI?

Susunod, tingnan natin ang bawat isa.

Ang simbolo ng elemento ng erbium ay Er, may atomic number 68, at kabilang sa mga mabigat na rare earth ng lanthanide.

△

Ang pinakadirektang ugnayan nito sa mga data center ng AI ay nangyayari sa mga malayong fiber optic network sa pagitan ng mga data center.　

Ayon sa malawak na pag-unawa, ang mga data center ngayon ay higit pa sa pagpapakita ng mga server sa isang gusali.

Dumarami ang dami ng data na ipinapalitan sa pagitan ng mga data center habang lumalaki ang sukat ng bawat AI cluster, na nagdudulot ng pagkakahati-hati ng mga yunit para sa pagtatrain, pag-infer, at pag-iimbak sa iba’t ibang campus, lungsod, o bansa.

Halimbawa, gumawa ng sariling private wide area network na nag-uugnay sa mga data center sa buong mundo ang Google, at ginamit ang mga optical fiber na nasa iba’t ibang lugar at sa ilalim ng dagat bilang backbone.

Sa taong ito, ang kabuuang haba ng fiber optic ng network ay hihigit sa 10 milyong kilometro at nag-uugnay sa 43 na rehiyon ng Google Cloud.

Ang mga optical link na nagsasagawa ng mga libo-libong kilometro ay nagdudulot ng pinakasimpleng tanong: ang mas malayo ang liwanag, ang mas mahina ang signal.

Upang mas maunawaan ang papel ng erbium dito, ipapakilala namin ang prinsipyo ng optical communication.

Pagkatapos umalis ang data sa server room, ito ay encoded bilang mga laser pulse na mabilis na nagbabago, at ipinapadala sa pamamagitan ng optical fiber patungo sa susunod na node.

Ngunit ang problema ay, kahit na ang modernong optical fiber ay nakakamit na napakababang pagkawala, patuloy pa ring umuunlad ang pagkabawas ng signal habang tumataas ang distansya ng pagpapadala.

Kapag ang signal ng data ay napadala ng ilang dosenyas o daan-daang kilometro, kailangan i-re-amplify ang signal.

Kahit saan, karaniwang pamamaraan ay “light-electricity-light,” kung saan unang isasalin ang light signal sa electric signal, matapos ay mapalakas at maproseso, at pagkatapos ay isasalin muli sa light para maipadala.

Ngayon, sa modernong optical network na DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), isang fiber optic ay maaaring maghatid ng mga signal na may decenas hanggang daan-daang iba’t ibang wavelength nang sabay-sabay.

Kung kailangan ng bawat path na unang i-convert sa elektrisidad, i-proseso, at i-convert muli sa liwanag, hindi lamang kumplikado ang mga kagamitan, kundi tataas din ang gastos at pagkawala ng enerhiya.

Sa这个时候， ang erbium-doped fiber amplifier, o EDFA, ay nagiging kapaki-pakinabang.

Sa partikular, sa EDFA, ang mga inhinyero ay nagdadagdag ng kaunting mga ion na Er³⁺ sa isang maliit na bahagi ng fiber, at pagkatapos ay “pump” ito gamit ang laser na may haba ng alon na 980 nm o 1480 nm.

Pagkatapos mag-absorb ng enerhiya ang ion ng erbium at maging excited, kapag dumadaan ang signal ng komunikasyon sa liwanag, ito ay maglalabas ng mga bagong photon sa pamamagitan ng stimulated emission, na direktang pinalalakas ang orihinal na light signal.

Malinaw na, ang gawing ito ay diretso na nagbawas sa proseso ng pagkakasunog ng liwanag sa elektrisidad.

Mas kakaibang ang pinakamabisang wavelength para sa erbium ay malapit sa 1550 nanometro, na kung saan ay isa sa mga pinakamababang pagkawala ng modernong fiber ng quartz at ang pinakakaraniwang window para sa malayong komunikasyon.

Bukod dito, ayon sa mga impormasyon mula sa International Telecommunication Union (ITU), maaari ng EDFA na pataasin ang dami ng iba’t ibang haba ng alon ng light signal nang sabay-sabay, nang hindi kailangang gawin ang conversion mula sa optical patungo sa electrical per channel.

Kaya sa mga terrestrial backbone, submarine fiber optic cables, at interconnection ng data centers sa iba’t ibang rehiyon ngayon, ang EDFA ay naging isang napakasiguradong uri ng pangunahing kagamitan.

Ibig sabihin nito, ang ugnayan sa erbium at sa pagpapalawak ng AI data center sa panahong ito ay ang pagdami ng data center at ang pagkalat ng computing power ay nagdudulot ng mas maraming pangangailangan para sa pagbuo at pag-upgrade ng mga malayong optical network, na magdudulot din ng pagtaas sa pangangailangan para sa EDFA.

Gayunpaman, mahalagang tandaan na ang erbium ay pangunahing nagpapabuti sa medium hanggang malayong optical communication, hindi sa mga maikling distansya ng ilang sampu hanggang ilang daan metro sa loob ng cabinet.

Sa karagdagan, ang EDFA ay hindi rin ganap na hindi mapapalitan.

Ayon sa mga datos ng ITU, maliban sa EDFA, ang Raman amplifier, semiconductor optical amplifier (SOA), at kahit anumang O/E/O regeneration device na nangangailangan ng pagkonvert sa光电, ay maaaring magamit bilang iba’t ibang anyo ng link amplification o extension.

Sa tunay na malalayong optical network, mayroon ding hybrid amplification scheme na Raman + EDFA.

Ngunit matapos ang decada ng industrialisasyon, ang EDFA ay naging ang pinakamature na teknikal na path.

Ang simbolo ng elemento ng yttrium ay Y, at ang atomic number ay 39.

Bagaman ito ay hindi bahagi ng lanthanide series, dahil sa kanyang kimikal na katangian na malapit sa mga важ稀土 at karaniwang sumasambo sa kanila, ito ay karaniwang kinikilala bilang bahagi ng稀土 system sa industriya.

Ang ytrium ay may ugnayan sa data center, lalo na sa sistema ng kuryente na nagpapagana sa data center.

Hindi na kailangang magsalita nang marami, alam naman ninyo kung gaano karaming kuryente ang kinakain ng data center.

Inaasahan ng Lawrence Berkeley National Laboratory ng Estados Unidos na hanggang sa taong 2030, maaaring mag-consume ng halos 11.8% ng kuryente ng Estados Unidos ang mga data center.

Ang U.S. Energy Information Administration ay nagtataya na kasabay ng mabilis na pagtaas ng paggamit ng kuryente ng mga data center, ang natural gas ay magiging responsable sa isang malaking bahagi ng karagdagang pangangailangan sa kuryente.

Ang pangunahang producer ng gas turbine, GE Vernova, ay direktang isinama ang data center bilang isang mahalagang driver ng paglago ng demand para sa gas turbine sa kanilang annual report para sa 2025.

Kaya, ang pagpapalawak ng capacity ng AI data center ay nagsimulang magdala ng epekto patungo sa panganib:

Pagkatapos ng kakulangan sa GPU, sumunod ang kakulangan sa transformer, pagkatapos ay ang kapasidad ng grid ay hindi sapat, at habang hindi makatugon ang grid sa bilis ng pagbuo ng data center, ang mga negosyo ay nagsisimula na direktang humingi ng kuryente mula sa side ng paggawa.

Ang gas turbine ay naging popular muli.

Sa simpleng termino, ang gas turbine ay naglalabas ng mainit na gas sa pamamagitan ng pagpapalit ng natural gas, na nagpapagalaw ng turbine, at sumasama sa generator upang magprodukt ng kuryente.

At upang mapabuti ang epekto ng gas turbine, may isang napakasimpleng paraan: i-burn nang mas mainit.

Sa termodinamika, ang mas mataas na temperatura ng gas, mas malaki ang pagkakataon na mapabuti ang epihayensiya ng gas turbine. Ngunit ang problema ay, kapag tumaas ang temperatura, hindi na kayang tanggapin ng mga blad ng turbine.

Kaya, upang gawing mas matatag sa init ang mga blado ng turbina, ang ating pangunahing tauhan ngayon, ang yttrium, ay dumating.

Kasalukuyan, ang industriya ay gumagamit ng yttria-stabilized zirconia (YSZ) bilang thermal barrier coating.

Ang prinsipyo nito ay ang pagdaragdag ng halos 6%–8% ng yttria sa zirconia.

Bagaman ang pure zirconia ay may mababang pagkakadala ng init at angkop para sa pag-iisolate, maaari itong magbago sa anyo ng kristal habang tumataas at bumababa ang temperatura, kasama ang pagbabago sa volume; pagkatapos ng maraming siklo, madaling mag-crack o mawala ang coating.

Pagkatapos magdagdag ng yttrium oxide, ang Y³⁺ ay magpapasok sa crystal lattice ng zirconia at magbuo ng sapat na oxygen vacancies, na nagpapastabil sa mataas na temperatura ng crystal structure ng zirconia, upang panatilihin ang mas mabuting stabilitas sa paulit-ulit na pagbabago ng init at lamig.

Ang natapos na YSZ ay nakakapagbigay ng pag-iisip at nakakatanggap sa matagalang init at paulit-ulit na thermal cycling, parang isang ceramic thermal barrier suit para sa mga blade ng gas turbine.

Ang pagkakalat na ito ay maaaring bawasan ang tunay na temperatura na dinadanas ng mga metal blade sa ilalim, at bawasan ang paggamit ng hangin para sa pagpapalamig, na nagpapahintulot sa gas turbine na magtrabaho sa mas mataas na temperatura.

Noong mga unang panahon, ang mga eksperimentong kumpara sa NASA ay nagkumpara ng yttria-stabilized zirconia, magnesia-stabilized zirconia, at calcia-stabilized zirconia, at sa wakas ay pinagtibay na ang yttria-stabilized zirconia ang pinakamahusay sa tatlong opsyon batay sa kabuuang katatagan at gastos sa pagproseso.

Kaya, sa pagbuod, ang lohika ng data center na kinain ni Yt ay:

Mas kulang ang kuryente sa data center → Mas malakas ang pangangailangan sa karagdagang paggawa ng enerhiya → Kumakataas ang mga order para sa gas turbine → Kumakataas ang pangangailangan sa mga mataas na temperatura na blade at thermal barrier coatings → Nagpapataas pa sa oxidized yttria.

Of course, this chain is longer than erbium.

At hindi lahat ng data center ang may sariling gas turbine; ang gas-powered generation ay isa lamang sa mga bagong pinagkukunan ng kuryente para sa data center.

Samantala, maaaring subukan ang magnesium oxide, calcium oxide, at mas advanced na mga bagong materyales para sa thermal barrier bilang alternatiba sa YSZ.

Ngunit sa kasalukuyan, ang yttrium oxide ay nananatiling may balakang para sa pagsubok at pagpapatotoo sa teknikal sa maikling panahon.

Tingnan ang supply side sa huli.

Totoo na mayroon tayong karamihan sa mga yaman ng erbium at yttrium sa buong mundo, ngunit ang tunay na nagpapalayo sa atin ay ang kakayahan sa paghihiwalay at pagproseso pagkatapos.

Dahil ang mga rare earth elements ay karaniwang nagkakasama at may napakakaparehong kimikal na katangian, ang paghihiwalay ng erbium at yttrium at ang pagtatapos nito sa industrial-grade purity ay karaniwang nangangailangan ng dekada hanggang sa daan-daang antas ng solvent extraction, na nangangailangan ng mataas na antas ng production line, proseso, at karanasan.

Ayon sa USGS, noong 2020 hanggang 2023, 93% ng mga kompound ng yttrium na importado ng Estados Unidos ay direktang galing sa Tsina, na nagresulta sa net dependency na 100%;

Ayon sa IEEE, halos wala pang mga kumpanya sa labas ng Tsina na kayang magproduksyon sa komersyal na iskala ng erbium oxide.

Kaya ang totoong kakayahan ng ating bansa ay hindi lamang nasa pagmimina, kundi sa kakayahang i-industrialize ang paghihiwalay at pagpapuri ng mga minera ng rare earth upang mapanatili ang pagpapalit sa mataas na kalidad na erbium, yttrium, at iba pang materyales.

Samantalang tumataas ang demand mula sa ibang bansa, kung hindi makasabay ang lokal na kapasidad para sa paghihiwalay at pagpapalinis, ang pangunahing kahusayan sa supply chain sa gitnang bahagi ay maaaring mag-convert pa sa isang premium sa presyo sa ibang bansa.

Gayunpaman, kailangan ding malaman sa harap na bilang mga maliit na metal, ang erbium at yttrium ay dalawang napakaliit na mga merkado.

Batay sa kasalukuyang presyo ng oksido at pampublikong produksyon, ang kabuuang merkado ng mga pangunahing materyales para sa erbium at yttrium sa buong mundo ay kumakatawan sa halos $100 milyon hanggang $200 milyon sa isang karaniwang taon.

Sa pananaw ng produksyon, inaasahan ng USGS na ang pandaigdigang produksyon ng yttrium para sa 2025 ay katumbas lamang ng humigit-kumulang 10,000 hanggang 15,000 metric tons ng yttrium oxide; walang opisyal na pandaigdigang istatistika para sa erbium, ngunit ang kabuuang merkado ay nasa antas ng mga libo-libong metric tons lamang.

Ibig sabihin, hindi ito isang malaking komodidad na meron sa halagang ilang daan-daang bilyon o libo-libong dolyar, kundi isang maliit na merkado ng metal na may maliit na diskarte at mataas na konsentratong suplay.

Kaya, habang patuloy na idinudulot ng mga data center ng AI ang pagpapalawak ng malalayong optical network at gas turbines, kahit hindi gaanong malaki ang absolute na dami ng bagong demand, ang pagkakaroon nito sa isang maliit na kalupaan ay maaaring magdulot ng makabuluhang marginal na pagbabago.

Ang erbium at yttrium ay hindi hindi mapapalitan, at kailangan pa naming obserbahan kung gaano kalaki ang totoong dagdag na dulot ng AI.

Mga link na pang-referensya

[1]https://spectrum.ieee.org/rare-earth-shortage?itm_source=homepage&itm_medium=hero&itm_campaign=hero-2026-08-27&itm_content=hero2

[2]https://ntrs.nasa.gov/citations/19760025104?utm_source=chatgpt.com

[3]https://www.gevernova.com/investors/annual-report/ceo-letter?utm_source=chatgpt.com

[4]https://www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/hdb/t-hdb-out.10-2009-1-pdf-e.pdf?utm_source=chatgpt.com

Ang artikulong ito ay galing sa WeChat public account na “Quantum Bit”, may-akda: Nagmamalasakit sa mga nakababagong teknolohiya