Помимо электроэнергии, два других природных преимущества Китая в этой волне расширения производства центров обработки данных ИИ также были замечены за рубежом.
Недавно IEEE выделил два имени, которые ранее редко привлекали внимание рынка —
Эрбий (эр) и иттрий (йи).
Они спрятаны в длиннодистанционной оптоволоконной сети между центрами обработки данных и в газовых турбинах, питающих центры обработки данных, и соответствуют двум самым насущным проблемам сегодняшней AI Infra:
Интернет и электропитание.
Проще говоря, эрбий обеспечивает более дальнюю передачу данных; иттрий используется в высокотемпературных материалах газовых турбин, помогая им стабильно работать при более высоких температурах и повышая эффективность генерации электроэнергии.
По мере безумного расширения центров обработки данных на базе ИИ, эти два направления также становятся все более важными.
С одной стороны, вычислительные кластеры становятся все больше, и все больше вычислительных мощностей начинает развертываться через парки и города, что требует строительства большего количества высокоскоростных оптоволоконных сетей между центрами обработки данных;
С другой стороны, серверы ИИ выводят спрос на электроэнергию на уровень сотен МВт и даже ГВт, и в США вновь наблюдается волна заказов на газовые турбины для покрытия新增 мощности сети.
Можно сказать, что по мере того как капиталовложения в ИИ распространяются от GPU на оптоволоконные сети и энергосистемы, два небольших металла, ранее скрытые в самых глубоких слоях цепочки поставок, снова оказываются на столе.
Более того, согласно данным IEEE, наша страна производит почти 100% этих двух редких металлов.
Другими словами, выгоды от расширения производства центров обработки данных ИИ как внутри страны, так и за рубежом могут распространиться не только на такие очевидные сегменты, как GPU, оптические модули и электрооборудование.
Продолжаем копать выше по цепочке поставок — у нас еще есть карты в рукаве.
Тогда как именно эрбий и иттрий участвуют в строительстве центров обработки данных для ИИ?
Давайте рассмотрим их по одному.
Эрбий, дайте свету пробежать еще немного
Символ элемента эрбия — Er, атомный номер 68, относится к тяжелым редкоземельным элементам лантаноидов.
△
Самая прямая связь с центрами обработки данных ИИ возникает в длинных оптоволоконных сетях между центрами обработки данных.
Как известно, сегодняшние центры обработки данных уже не ограничиваются просто заполнением серверами одного здания.
По мере постоянного увеличения масштаба отдельных AI-кластеров обучение, вывод и ресурсы хранения начинают распределяться между различными парками, а также различными городами и странами, что приводит к резкому росту объема обмена данными между центрами обработки данных.
Например, Google специально построила частную глобальную сеть, соединяющую центры обработки данных по всему миру, и использовала волоконно-оптические кабели, проложенные по суше и на дне океана, в качестве магистралей.
В этом году общая длина оптоволоконных кабелей этой сети превысила 10 миллионов километров и соединяет 43 региона Google Cloud.
А эти оптоволоконные линии, протяженностью в сотни или тысячи километров, порождают самую простую проблему: чем дальше распространяется свет, тем слабее становится сигнал.
Чтобы лучше понять роль эрбия здесь, мы кратко рассмотрим принципы оптоволоконной связи.
После выхода данных из серверной комнаты они кодируются в виде быстроменяющихся лазерных импульсов, которые передаются по оптоволокну к следующему узлу.
Однако проблема заключается в том, что даже современные кварцевые оптоволоконные кабели достигли очень низкого уровня потерь, сигнал продолжает ослабевать с увеличением расстояния передачи.
После того как сигнал данных передан на десятки или сотни километров, его необходимо повторно усилить.
Раньше распространенной практикой было «свет-электричество-свет», то есть сначала световой сигнал преобразовывался в электрический, усиливался и обрабатывался, а затем снова преобразовывался в световой для передачи.
Однако в современных оптических сетях DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) один оптоволоконный кабель может одновременно передавать десятки и даже сотни сигналов с разными длинами волн.
Если каждый канал должен сначала преобразовываться в электрический сигнал, обрабатываться, а затем снова преобразовываться в оптический, устройство станет сложнее, а стоимость и энергопотребление возрастут.
В этот момент на помощь приходит эрбиево-легированный волоконный усилитель, то есть EDFA.
В частности, в EDFA инженеры вводят небольшое количество ионов Er³⁺ в короткий отрезок оптоволокна и «накачивают» его лазером с длиной волны 980 нм или 1480 нм.
После того как ионы эрбия поглощают энергию и переходят в возбужденное состояние, при прохождении через них сигнала связи происходит вынужденное излучение, в результате которого испускаются новые фотоны, непосредственно усиливающие исходный оптический сигнал.
Очевидно, что это напрямую сокращает процесс преобразования света в электричество.
Более того, диапазон, в котором эрбий наиболее эффективно работает, находится около 1550 нм — именно здесь находится один из окон с наименьшим затуханием в современных кварцевых оптоволокнах и который наиболее часто используется для длинномерной связи.
Кроме того, согласно данным Международного союза электросвязи (ITU), EDFA может одновременно усиливать несколько оптических сигналов с разными длинами волн, не требуя поэтапного преобразования оптического сигнала в электрический и обратно.
Таким образом, в сегодняшних наземных магистралях, подводных оптоволоконных кабелях и межрегиональных соединениях центров обработки данных EDFA стал очень зрелым типом ключевого оборудования.
То есть логическая связь между эрбием и本轮AI-центрами обработки данных заключается в том, что с увеличением количества центров обработки данных и распределением вычислительных мощностей на большие расстояния возрастает потребность в строительстве и модернизации длинных оптических сетей, что, в свою очередь, повышает спрос на EDFA.
Однако следует отметить, что эрбий в основном выгоден для оптоволоконной связи на средних и длинных расстояниях, а не для коротких соединений в пределах шкафа длиной десятки или сотни метров.
Кроме того, EDFA также не является абсолютно незаменимым.
Согласно данным МСЭ, помимо EDFA, рамановские усилители, полупроводниковые оптические усилители (SOA) и даже устройства O/E/O-регенерации, требующие выполнения оптоэлектронного преобразования, могут выполнять различные функции усиления или продления линии.
В реальных длинных оптоволоконных сетях также применяются гибридные усилительные схемы Raman+EDFA.
Но после десятилетий индустриализации EDFA стал наиболее зрелой технологической линией.
Yttrium, put thermal insulation armor on turbine blades
Химический символ иттрия — Y, атомный номер 39.
Хотя он не относится к лантаноидам, из-за схожих химических свойств с тяжелыми редкоземельными элементами и частого совместного присутствия с ними в промышленности его обычно относят к редкоземельной системе.
Йтррий связан с центрами обработки данных преимущественно через энергосистемы, обеспечивающие их электропитание.
Не буду много говорить — все знают, сколько электроэнергии потребляет центр обработки данных.
Американская национальная лаборатория Лоуренса Беркли ожидает, что к 2030 году центры обработки данных могут потреблять около 11,8% электроэнергии США.
Американское энергетическое информационное агентство также прогнозирует, что с ростом потребления электроэнергии центрами обработки данных газовая генерация будет обеспечивать значительную часть新增 электрического спроса.
Гигант газовых турбин GE Vernova в годовом отчете за 2025 год прямо указала на центры обработки данных как на важный драйвер роста спроса на газовые турбины.
Таким образом, расширение производства AI-центров обработки данных начало распространяться вверх по цепочке поставок:
После дефицита GPU последовал дефицит трансформаторов, затем — недостаточная мощность электросети, и когда электросеть не успевает за темпами строительства центров обработки данных, компании начинают напрямую искать электроэнергию на стороне генерации.
Газовые турбины также снова стали популярными.
Проще говоря, газовая турбина сжигает природный газ, чтобы создать высокотемпературный газ, который вращает турбину, а та, в свою очередь, приводит в движение генератор для выработки электроэнергии.
А чтобы повысить эффективность газовой турбины, существует очень простой способ: сжигать топливо при более высокой температуре.
Термодинамически чем выше температура газа, тем больше возможностей для повышения эффективности газовой турбины. Однако проблема в том, что при повышении температуры лопатки турбины не выдерживают.
Так что, чтобы сделать лопатки турбины более термостойкими, сегодняшний наш герой — иттрий — приходит на помощь.
В настоящее время промышленность в основном использует иттрий-стабилизированный диоксид циркония (YSZ) в качестве теплозащитных покрытий.
Его принцип заключается в добавлении примерно 6–8% оксида иттрия в диоксид циркония.
Хотя чистый оксид циркония имеет низкую теплопроводность и отлично подходит для теплоизоляции, при постоянных колебаниях температуры он undergoes фазовые превращения, сопровождающиеся изменением объема, и после многократных циклов покрытие легко трескается или отслаивается.
После добавления оксида иттрия ионы Y³⁺ входят в решетку диоксида циркония и образуют достаточное количество кислородных вакансий, что стабилизирует высокотемпературную кристаллическую структуру диоксида циркония и обеспечивает лучшую стабильность при повторяющихся циклах охлаждения и нагрева.
Полученный YSZ обеспечивает как теплоизоляцию, так и устойчивость к длительному воздействию высоких температур и повторяющимся термическим циклам, словно надевая на лопатки газовой турбины керамическую теплозащитную броню.
Это покрытие снижает фактическую температуру, которую испытывают металлические лопатки ниже, уменьшает потребление охлаждающего воздуха и позволяет газовой турбине работать при более высоких температурах.
Ранние сравнительные испытания NASA оценивали иттрий-стабилизированный, магний-стабилизированный и кальций-стабилизированный цирконий, и в итоге однозначно определили, что иттрий-стабилизированный цирконий является наилучшим вариантом среди трех с точки зрения долговечности и стоимости обработки.
Итак, чтобы подытожить, логика центра обработки данных, которую съел И-и, на самом деле:
Чем больше дефицит электроэнергии в центрах обработки данных → тем сильнее рост спроса на новые мощности генерации → тем больше заказов на газовые турбины → соответственно возрастает спрос на высокотемпературные лопатки и теплозащитные покрытия → что далее передается вверх по цепочке к оксиду иттрия.
Of course, this chain is longer than erbium.
Кроме того, не каждая централь обработки данных оснащена газовой турбиной, и газовая генерация является лишь одним из дополнительных источников электроэнергии для центров обработки данных.
В то же время можно попробовать использовать оксид магния, оксид кальция и более продвинутые новые термобарьерные материалы в качестве замены YSZ.
Но пока что оксид иттрия по-прежнему представляет собой барьер для тестирования и инженерной верификации в краткосрочной перспективе.
Настоящее преимущество — на стороне переработки
Наконец, посмотрим на сторону предложения.
Честно говоря, хотя наша страна обладает подавляющей частью мировых запасов эрбия и иттрия, реальное преимущество достигается в основном за счет последующих технологий разделения и переработки.
Поскольку редкоземельные элементы часто смешиваются и обладают чрезвычайно схожими химическими свойствами, для отдельного выделения эрбия и иттрия и достижения промышленной высокой чистоты обычно требуется десятки, а иногда и сотни стадий экстракции растворителем, что предъявляет высокие требования к производственным линиям, технологиям и опыту.
Данные USGS показывают, что с 2020 по 2023 год 93% импортируемых США соединений иттрия поступали напрямую из Китая, а чистая зависимость от импорта составила 100%;
Согласно IEEE, за пределами Китая практически невозможно найти компании, способные к коммерческому производству оксида эрбия.
Таким образом, настоящее преимущество нашей страны заключается не только в добыче, но и в промышленной способности стабильно преобразовывать редкоземельные руды в высокочистые материалы, такие как эрбий и иттрий.
По мере роста спроса за рубежом, если местные мощности по разделению и очистке не смогут своевременно компенсировать этот рост, это преимущество цепочки поставок, сосредоточенное на среднем звене, может дополнительно трансформироваться в премию за рубежом.
Однако следует заранее знать, что, будучи редкоземельными металлами, эрбий и иттрий сами по себе представляют собой два очень небольших рынка.
На основе текущих цен на оксиды и открытых объемов производства, глобальный рынок первичного сырья для эрбия и иттрия в обычные годы составляет примерно 100–200 миллионов долларов США.
В плане производства USGS прогнозирует, что мировой объем производства иттрия в пересчете на оксид иттрия в 2025 году составит всего около 10–15 тысяч тонн; для эрбия отсутствуют авторитетные глобальные статистические данные по отдельному элементу, но общий объем рынка составляет лишь тысячи тонн.
То есть это не рынок товаров на сумму сотни или тысячи миллиардов долларов, а небольшой рынок металлов с небольшим объемом и высокой концентрацией предложения.
Таким образом, даже если абсолютный объем нового спроса не является впечатляющим, его добавление в такой небольшой объем может привести к заметным маргинальным изменениям, поскольку центры обработки данных на базе ИИ продолжают стимулировать расширение длинных оптических сетей и газовых турбин.
Of course, erbium and yttrium are not irreplaceable; the actual incremental value AI will ultimately bring still needs to be observed.
Ссылка для справки
[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
Эта статья с официального аккаунта WeChat «Quantum Bit», автор: следите за передовыми технологиями