Unsur Tanah Jarang Erbium dan Yttrium Penting untuk Infrastruktur AI, China Memegang Dominasi Pasokan

Selain listrik, dua keunggulan alami lainnya Tiongkok dalam gelombang ekspansi pusat data AI ini juga telah ditemukan oleh luar negeri.

Baru-baru ini, IEEE menyoroti dua nama yang sebelumnya jarang diperhatikan pasar—

Erbium (Er) dan Yttrium (Y).

Mereka tersembunyi di jaringan komunikasi optik jarak jauh di antara pusat data, dan satu lagi tersembunyi di turbin gas yang memasok listrik ke pusat data, masing-masing berkaitan dengan dua hal paling mendesak saat ini dalam AI Infra:

Internet dan listrik.

Secara sederhana, erbium bertanggung jawab untuk membuat data menempuh jarak lebih jauh; yttrium digunakan dalam bahan suhu tinggi turbin gas, membantunya beroperasi secara stabil pada suhu yang lebih tinggi dan meningkatkan efisiensi pembangkit listrik.

Sementara itu, dengan ekspansi gila-gilaan pusat data AI, kedua penggunaan ini juga mulai menjadi semakin penting.

Di satu sisi, klaster daya komputasi semakin membesar, dan semakin banyak daya komputasi yang mulai dideploy di luar kawasan maupun antar kota, sehingga diperlukan lebih banyak jaringan optik berkecepatan tinggi dan jarak jauh di antara pusat data;

Di sisi lain, server AI mendorong permintaan listrik hingga ratusan MW bahkan GW, dan Amerika Serikat telah mengalami gelombang pesanan turbin gas baru untuk mengisi kapasitas tambahan jaringan listrik.

Dapat dikatakan bahwa ketika pengeluaran modal AI terus menyebar dari GPU ke jaringan optik dan sistem listrik, dua logam kecil yang sebelumnya tersembunyi di paling dalam rantai pasokan mulai kembali dibawa ke meja.

Dan yang lebih penting lagi, menurut IEEE, negara kami menyumbang hampir 100% dari produksi dua logam kecil ini.

Dengan kata lain, manfaat dari ekspansi pusat data AI di dalam dan luar negeri saat ini mungkin tidak hanya jatuh pada bagian-bagian yang terlihat jelas seperti GPU, modul optik, dan peralatan listrik.

Terus gali lebih dalam ke hulu rantai pasokan, kita masih menyimpan kartu di tangan.

Lalu, bagaimana erbium dan yttrium berpartisipasi dalam pembangunan pusat data AI?

Selanjutnya, kita bahas satu per satu.

Simbol elemen erbium adalah Er, nomor atom 68, termasuk tanah jarang berat seri lantanida.

△

Hubungan paling langsungnya dengan pusat data AI terjadi di jaringan serat optik jarak jauh antar pusat data.　

Seperti yang sudah diketahui, pusat data hari ini jauh lebih dari sekadar memenuhi satu gedung dengan server.

Seiring dengan terus membesarnya skala klaster AI tunggal, sumber daya pelatihan, inferensi, dan penyimpanan mulai tersebar ke berbagai kawasan bahkan ke kota dan negara yang berbeda, sehingga volume pertukaran data antar pusat data pun meningkat pesat.

Misalnya, Google secara khusus membangun jaringan area luas pribadi yang menghubungkan pusat data global, dengan serat optik yang tersebar di darat dan bawah laut sebagai tulang punggungnya.

Tahun ini, total panjang serat optik jaringan ini telah melebihi 10 juta kilometer, menghubungkan 43 wilayah Google Cloud.

Namun, jalur serat optik yang mencapai ratusan hingga ribuan kilometer ini juga membawa pertanyaan paling sederhana: semakin jauh cahaya merambat, semakin lemah sinyalnya.

Untuk memahami peran erbium di sini dengan lebih baik, kami akan menyisipkan penjelasan tentang prinsip komunikasi optik.

Setelah data meninggalkan ruang server, data akan dienkoding menjadi pulsa laser yang berubah cepat, lalu ditransmisikan sepanjang serat optik menuju simpul berikutnya.

Namun masalahnya adalah, meskipun serat kuarsa modern telah mengurangi kehilangan hingga sangat rendah, sinyal tetap terus melemah seiring bertambahnya jarak transmisi.

Setelah sinyal data ditransmisikan sejauh puluhan hingga ratusan kilometer, sinyal perlu diperkuat kembali.

Sebelumnya, praktik umum adalah "cahaya-elistrik-cahaya", yaitu terlebih dahulu mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik, melakukan penguatan dan pemrosesan, lalu mengubahnya kembali menjadi cahaya untuk dikirimkan.

Namun, pada jaringan optik DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) modern, satu serat optik dapat mentransmisikan puluhan hingga ratusan sinyal dengan panjang gelombang berbeda secara bersamaan.

Jika setiap jalur harus terlebih dahulu diubah menjadi listrik, diproses, lalu diubah kembali menjadi cahaya, tidak hanya perangkatnya menjadi kompleks, tetapi biaya dan konsumsi daya juga akan meningkat.

At this point, the erbium-doped fiber amplifier, or EDFA, comes into play.

Secara khusus, dalam EDFA, insinyur mencampurkan sejumlah kecil ion Er³⁺ ke dalam segmen kecil serat optik, lalu "memompa" dengan laser pada panjang gelombang 980 nanometer atau 1480 nanometer.

Setelah ion erbium menyerap energi dan memasuki keadaan tereksitasi, ketika sinyal cahaya komunikasi melewati, ia akan melepaskan foton baru melalui radiasi terstimulasi, secara langsung memperkuat sinyal cahaya asli.

Jelas bahwa hal ini secara langsung mengurangi proses konversi cahaya menjadi listrik.

Yang lebih tepat lagi, rentang gelombang di mana erbium paling efektif beroperasi berada di sekitar 1550 nanometer, yang merupakan salah satu jendela paling umum digunakan untuk komunikasi jarak jauh dengan kehilangan terendah pada serat kuarsa modern.

Selain itu, menurut data dari International Telecommunication Union (ITU), EDFA juga dapat memperkuat beberapa sinyal cahaya dengan panjang gelombang berbeda secara bersamaan, tanpa perlu melakukan konversi optik-ke-elektrik satu per satu.

Jadi, dalam jaringan tulang punggung darat, kabel serat optik bawah laut, dan koneksi antar pusat data lintas wilayah hari ini, EDFA telah menjadi salah satu perangkat inti yang sangat matang.

Artinya, logika di balik erbium dan gelombang ekspansi pusat data AI ini adalah semakin banyak pusat data, semakin tersebar distribusi daya komputasi, semakin banyak jaringan optik jarak jauh yang perlu dibangun dan ditingkatkan, sehingga permintaan terhadap EDFA juga akan meningkat.

Namun, perlu diperhatikan bahwa erbium terutama bermanfaat untuk komunikasi optik jarak menengah dan panjang, bukan untuk interkoneksi jarak pendek beberapa puluh hingga beberapa ratus meter di dalam rak.

Selain itu, EDFA juga tidak benar-benar tak tergantikan.

Menurut data ITU, selain EDFA, amplifier Raman, semiconductor optical amplifier (SOA), bahkan perangkat regenerasi O/E/O yang memerlukan konversi optik-ke-elektrik, dapat menjalankan fungsi penguatan atau perpanjangan saluran dalam berbagai bentuk.

Dalam jaringan serat optik jarak jauh nyata, juga ada solusi penguatan hibrida Raman+EDFA.

Namun, setelah puluhan tahun industrialisasi, EDFA telah menjadi jalur teknologi yang paling matang.

Simbol elemen yttrium adalah Y, dengan nomor atom 39.

Meskipun bukan bagian dari elemen lantanida, karena sifat kimianya mirip dengan rare earth berat dan sering ditemukan bersama mereka, secara industri biasanya juga diklasifikasikan ke dalam sistem rare earth.

Hubungan yt dengan pusat data terutama terletak pada sistem listrik yang memasok daya ke pusat data.

Tidak perlu banyak bicara, semua tahu betapa boros listriknya pusat data.

Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Amerika Serikat memperkirakan bahwa pada tahun 2030, pusat data dapat mengonsumsi sekitar 11,8% listrik Amerika Serikat.

Administrasi Informasi Energi AS juga memperkirakan bahwa, seiring dengan pertumbuhan pesat listrik yang digunakan oleh pusat data, pembangkit listrik berbahan bakar gas alam akan menanggung sebagian besar permintaan listrik tambahan.

GE Vernova, pemimpin industri turbin gas, secara langsung menyebut pusat data sebagai pendorong penting pertumbuhan permintaan turbin gas dalam laporan tahunan 2025-nya.

Oleh karena itu, perluasan pusat data AI mulai merambat ke hulu:

Setelah kekurangan GPU, terjadi kekurangan transformator, setelah itu kapasitas jaringan listrik tidak mencukupi, dan ketika jaringan listrik tidak mampu mengikuti kecepatan pembangunan pusat data, perusahaan mulai mencari listrik langsung dari sisi pembangkit.

Turbin gas juga menjadi populer kembali.

Secara sederhana, turbin gas membakar gas alam untuk menghasilkan gas panas bertekanan tinggi yang mendorong turbin berputar, yang kemudian menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Sedangkan untuk meningkatkan efisiensi turbin gas, ada cara yang sangat sederhana: membakar dengan suhu yang lebih tinggi.

Secara termodinamika, semakin tinggi suhu gas, semakin besar peluang efisiensi mesin pembakaran untuk terus meningkat. Namun, masalahnya adalah ketika suhu naik, bilah turbin tidak mampu menahan beban.

Jadi, untuk membuat bilah turbin lebih tahan panas, salah satu pahlawan kita hari ini, ytrium, hadir.

Saat ini, industri terutama menggunakan yttria-stabilized zirconia (YSZ) sebagai lapisan penghalang panas.

Prinsipnya adalah dengan menambahkan sekitar 6%–8% yttria ke dalam zirkonia.

Zirkonia murni meskipun memiliki konduktivitas termal rendah dan sangat cocok untuk isolasi panas, mengalami perubahan fase kristal saat suhu naik turun secara terus-menerus, disertai perubahan volume; setelah siklus berulang, lapisan tersebut mudah retak atau mengelupas.

Setelah menambahkan ytrium oksida, Y³⁺ akan memasuki kisi zirkonia dan membentuk kekosongan oksigen yang cukup, sehingga menstabilkan struktur kristal zirkonia pada suhu tinggi dan menjaga stabilitasnya yang lebih baik selama siklus pemanasan dan pendinginan berulang.

YSZ akhirnya mampu mengisolasi panas sekaligus menahan suhu tinggi jangka panjang dan siklus termal berulang, seolah-olah melindungi bilah turbin gas dengan lapisan zirkonia keramik.

Lapisan ini dapat menurunkan suhu yang sebenarnya dialami oleh bilah logam di bawahnya, mengurangi konsumsi udara pendingin, sehingga memungkinkan turbin gas beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.

Percobaan awal NASA membandingkan zirkonia yang distabilkan dengan yttrium oksida, magnesium oksida, dan kalsium oksida, dan secara jelas menyimpulkan bahwa zirkonia yang distabilkan dengan yttrium oksida adalah pilihan terbaik di antara ketiganya berdasarkan daya tahan komprehensif dan biaya pemrosesan.

Jadi, ringkasnya, logika pusat data yang dimakan oleh Yt adalah:

Semakin sedikit listrik di pusat data → semakin kuat permintaan listrik baru → pesanan turbin gas meningkat → permintaan akan bilah suhu tinggi dan lapisan penghalang panas ikut meningkat → kemudian menyalurkan ke atas hingga ke ytrium oksida.

Of course, this chain is longer than erbium.

Selain itu, tidak setiap pusat data dilengkapi dengan turbin gas sendiri, dan pembangkit listrik berbahan bakar gas hanyalah salah satu dari sumber listrik tambahan bagi pusat data.

Sementara itu, magnesium oksida, kalsium oksida, serta bahan penghalang termal baru yang lebih canggih dapat dicoba sebagai pengganti YSZ.

Namun, saat ini, yttrium oxide tetap memiliki hambatan dalam pengujian dan verifikasi teknik dalam jangka pendek.

Terakhir, lihat sisi pasokan.

Sejujurnya, meskipun negara kita memiliki sebagian besar cadangan erbium dan ytrium di dunia, perbedaan yang sebenarnya tercipta terutama pada kemampuan pemisahan dan pengolahan selanjutnya.

Karena elemen tanah jarang sering bercampur dan memiliki sifat kimia yang sangat mirip, memisahkan erbium dan yttrium secara terpisah serta mencapai kemurnian tingkat industri biasanya memerlukan puluhan hingga ratusan tahap ekstraksi pelarut, dengan persyaratan tinggi terhadap lini produksi, proses, dan pengalaman.

Data USGS menunjukkan bahwa antara 2020 dan 2023, 93% senyawa ytrium yang diimpor Amerika Serikat berasal langsung dari Tiongkok, dengan ketergantungan impor bersih mencapai 100%;

Menurut IEEE, hampir tidak ada perusahaan di luar Tiongkok yang mampu memproduksi erbium oksida dalam skala komersial.

Jadi, keunggulan sejati kami tidak hanya terletak pada tahap pertambangan, tetapi lebih pada kemampuan industri untuk mengolah bijih tanah jarang menjadi bahan murni tinggi seperti erbium dan ytrium secara stabil.

Sementara permintaan luar negeri meningkat, jika kapasitas pemisahan dan pemurnian lokal tidak dapat mengejar, keunggulan rantai pasok yang terkonsentrasi pada tahap menengah ini juga dapat semakin berubah menjadi premium harga di luar negeri.

Namun, perlu diketahui terlebih dahulu bahwa sebagai logam kecil, erbium dan yttrium sendiri adalah dua pasar yang sangat kecil.

Berdasarkan perkiraan kasar harga oksida saat ini dan produksi publik, pasar bahan baku hulu erbia dan ytrium global secara gabungan biasanya berada di kisaran 100 juta hingga 200 juta dolar AS per tahun.

Dalam hal produksi, USGS memperkirakan bahwa produksi ytrium global pada tahun 2025 setara dengan oksida ytrium hanya sekitar 10.000–15.000 ton; sedangkan erbia tidak memiliki statistik global resmi untuk satu jenis saja, tetapi secara keseluruhan hanya berukuran pasar ribuan ton.

Artinya, ini bukan pasar komoditas senilai ratusan hingga ribuan miliar dolar, melainkan pasar logam kecil dengan ukuran pasar yang kecil dan pasokan yang sangat terkonsentrasi.

Jadi, sejak pusat data AI terus mendorong ekspansi jaringan optik jarak jauh dan turbin gas, bahkan jika jumlah permintaan tambahan tidak terlalu besar, ketika dimasukkan ke dalam wadah kecil seperti ini, bisa menciptakan perubahan marjinal yang cukup signifikan.

Of course, erbium and yttrium are not irreplaceable; the actual incremental value AI will ultimately bring still needs to be observed.

Referensi link

[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

Artikel ini berasal dari akun WeChat "Quantum Bit", penulis: Peduli teknologi mutakhir