Ngoài điện năng, hai lợi thế tự nhiên khác của Trung Quốc trong làn sóng mở rộng sản xuất trung tâm dữ liệu AI lần này cũng đã được nước ngoài phát hiện.
Gần đây, IEEE đã chỉ ra hai cái tên trước đây ít được thị trường chú ý—
Erbium (Er) and Yttrium (Y).
Một cái ẩn trong mạng truyền thông quang khoảng cách xa giữa các trung tâm dữ liệu, một cái ẩn trong tuabin khí cung cấp điện cho các trung tâm dữ liệu, tương ứng với hai vấn đề đang cấp bách nhất hiện nay trong AI Infra:
Internet và điện lực.
Nói một cách đơn giản, erbium giúp truyền dữ liệu xa hơn; yttrium được sử dụng trong các vật liệu chịu nhiệt của tuabin khí, giúp chúng vận hành ổn định ở nhiệt độ cao hơn và nâng cao hiệu suất phát điện.
Và cùng với sự mở rộng điên cuồng của các trung tâm dữ liệu AI, hai mục đích này cũng bắt đầu trở nên ngày càng quan trọng.
Một mặt, các cụm tính toán ngày càng được mở rộng, ngày càng nhiều tính toán bắt đầu được triển khai xuyên khu vực, xuyên thành phố, đòi hỏi phải xây dựng nhiều mạng quang tốc độ cao, khoảng cách xa hơn giữa các trung tâm dữ liệu;
Mặt khác, các máy chủ AI đã đẩy nhu cầu điện lên mức hàng trăm MW乃至 GW, Hoa Kỳ đã tái khởi động làn sóng đơn đặt hàng tuabin khí để bù đắp cho công suất mới được thêm vào lưới điện.
Có thể nói, khi chi tiêu vốn của AI liên tục lan rộng từ GPU sang mạng quang và hệ thống điện, hai kim loại nhỏ từng ẩn sâu trong chuỗi cung ứng giờ đây cũng bắt đầu được đưa trở lại bàn thảo.
Đáng chú ý hơn, theo IEEE, Trung Quốc chiếm gần 100% sản lượng của hai kim loại nhỏ này.
Nói cách khác, lợi ích từ việc mở rộng năng lực trung tâm dữ liệu AI trong và ngoài nước hiện nay có thể không chỉ tập trung vào các khâu nổi bật như GPU, mô-đun quang và thiết bị điện lực.
Tiếp tục khai thác sâu hơn lên chuỗi cung ứng, chúng ta vẫn còn giữ những lá bài trong tay.
Vậy thì erbium và yttrium tham gia vào việc xây dựng trung tâm dữ liệu AI như thế nào?
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem từng cái một.
Erbium, để ánh sáng chạy thêm một chặng nữa
Ký hiệu nguyên tố của erbium là Er, số nguyên tử 68, thuộc nhóm đất hiếm nặng lanthanide.
△
Mối quan hệ trực tiếp nhất của nó với trung tâm dữ liệu AI xảy ra trong mạng sợi quang khoảng cách xa giữa các trung tâm dữ liệu.
Như đã biết, các trung tâm dữ liệu ngày nay không còn đơn giản là nhét đầy máy chủ vào một tòa nhà.
Khi quy mô của từng cụm AI không ngừng mở rộng, các tài nguyên đào tạo, suy luận và lưu trữ bắt đầu được phân tán sang các khu vực khác nhau, thậm chí sang các thành phố và quốc gia khác nhau, dẫn đến lượng trao đổi dữ liệu giữa các trung tâm dữ liệu tăng vọt.
Ví dụ, Google đã xây dựng riêng một mạng diện rộng tư nhân kết nối các trung tâm dữ liệu toàn cầu, sử dụng sợi quang trải rộng trên đất liền và dưới đáy biển làm xương sống.
Năm nay, tổng chiều dài sợi quang của mạng này đã vượt quá 10 triệu km, kết nối 43 khu vực Google Cloud.
Những đường cáp quang dài hàng trăm, hàng ngàn kilômét này cũng đặt ra một vấn đề đơn giản nhất: ánh sáng truyền đi càng xa, tín hiệu càng yếu.
Để hiểu rõ hơn về vai trò của erbium ở đây, chúng ta sẽ tạm dừng để tìm hiểu nguyên lý truyền thông quang.
Sau khi rời khỏi phòng máy, dữ liệu sẽ được mã hóa thành các xung laser thay đổi nhanh chóng, truyền dọc theo sợi quang đến nút tiếp theo.
Nhưng vấn đề là, ngay cả khi sợi quang thạch anh hiện đại đã giảm tổn hao xuống mức rất thấp, tín hiệu vẫn tiếp tục suy giảm khi khoảng cách truyền tăng lên.
Sau khi tín hiệu dữ liệu được truyền đi hàng chục, hàng trăm kilômét, cần khuếch đại tín hiệu trở lại.
Trước đây, phương pháp thông thường là “quang - điện - quang”, tức là trước tiên chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, thực hiện khuếch đại và xử lý, sau đó chuyển đổi lại thành tín hiệu quang để phát đi.
Tuy nhiên, trong các mạng quang DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) hiện đại, một sợi quang có thể đồng thời truyền tải hàng chục đến hàng trăm tín hiệu với các bước sóng khác nhau.
Nếu mỗi kênh đều phải chuyển đổi sang điện, xử lý, rồi chuyển lại thành quang, không chỉ thiết bị trở nên phức tạp mà chi phí và công suất tiêu thụ cũng sẽ tăng theo.
Lúc này, bộ khuếch đại sợi quang pha tạp erbium, hay còn gọi là EDFA, sẽ phát huy tác dụng.
Cụ thể, trong EDFA, các kỹ sư pha một lượng nhỏ ion Er³⁺ vào một đoạn sợi quang ngắn, sau đó "bơm" bằng laser có bước sóng 980 nm hoặc 1480 nm.
Sau khi ion erbium hấp thụ năng lượng và chuyển sang trạng thái kích thích, khi tín hiệu ánh sáng truyền thông đi qua, nó sẽ giải phóng các photon mới thông qua bức xạ cảm ứng, trực tiếp khuếch đại tín hiệu ánh sáng ban đầu.
Clearly, this directly reduces the process of converting light into electricity.
Điều thú vị là dải sóng mà erbium hoạt động hiệu quả nhất nằm xung quanh 1550 nanomet, đây cũng chính là một trong những cửa sổ thường được sử dụng nhất cho truyền thông khoảng cách xa với tổn thất thấp nhất của sợi quang silica hiện đại.
Ngoài ra, theo tài liệu của Liên minh Viễn thông Quốc tế ITU, EDFA còn có thể khuếch đại đồng thời nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác nhau mà không cần thực hiện chuyển đổi quang-điện từng kênh.
Vì vậy, trong các mạng骨干 đất liền, cáp quang biển và kết nối giữa các trung tâm dữ liệu liên khu vực ngày nay, EDFA đã trở thành một loại thiết bị cốt lõi rất成熟.
Nói cách khác, mối liên hệ logic giữa erbium và đợt mở rộng cơ sở dữ liệu AI này là khi số lượng trung tâm dữ liệu tăng lên và năng lực tính toán được phân bố rộng hơn, nhu cầu xây dựng và nâng cấp mạng quang khoảng cách xa cũng tăng theo, từ đó kéo theo nhu cầu về EDFA cũng tăng lên.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng erbium chủ yếu mang lại lợi ích cho truyền thông quang khoảng cách trung và dài, chứ không phải cho các kết nối ngắn trong tủ, khoảng vài chục đến vài trăm mét.
Ngoài ra, EDFA cũng không phải là không thể thay thế hoàn toàn.
Theo tài liệu của ITU, ngoài EDFA, các bộ khuếch đại Raman, bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA), thậm chí cả thiết bị tái sinh O/E/O cần thực hiện chuyển đổi quang-điện, đều có thể đảm nhận các chức năng khuếch đại hoặc kéo dài liên kết ở các dạng khác nhau.
Trong các mạng quang dài thực tế, cũng tồn tại giải pháp khuếch đại hỗn hợp Raman + EDFA.
Tuy nhiên, sau hàng chục năm công nghiệp hóa, EDFA đã trở thành con đường công nghệ chín muồi nhất trong số đó.
Yttrium, trang bị áo giáp cách nhiệt cho cánh tuabin
Ký hiệu nguyên tố của yttrium là Y, số nguyên tử 39.
Mặc dù không thuộc nhóm nguyên tố đất hiếm nhẹ, nhưng do tính chất hóa học tương tự các nguyên tố đất hiếm nặng và thường đồng sinh với chúng, trong công nghiệp nó thường được xếp vào hệ thống đất hiếm.
Yttrium's relationship with data centers is primarily the power systems that supply electricity to data centers.
Không cần nói nhiều, ai cũng biết trung tâm dữ liệu tiêu thụ bao nhiêu điện.
Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley của Mỹ dự kiến rằng đến năm 2030, các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ khoảng 11,8% điện năng của Hoa Kỳ.
Cục Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ cũng dự đoán rằng, với nhu cầu điện của các trung tâm dữ liệu tăng trưởng mạnh, điện khí tự nhiên sẽ đảm nhận một phần đáng kể nhu cầu điện新增.
Tập đoàn GE Vernova, nhà sản xuất tuabin khí hàng đầu, đã trực tiếp liệt kê các trung tâm dữ liệu là động lực quan trọng thúc đẩy nhu cầu về tuabin khí trong báo cáo thường niên năm 2025.
Do đó, việc mở rộng sản xuất trung tâm dữ liệu AI bắt đầu lan truyền lên phía trên chuỗi cung ứng:
Sau tình trạng thiếu GPU là thiếu biến áp, sau biến áp là dung lượng lưới điện không đủ, và khi lưới điện không theo kịp tốc độ xây dựng trung tâm dữ liệu, các doanh nghiệp bắt đầu trực tiếp tìm điện từ phía phát điện.
Tuabin khí cũng vì vậy mà trở lại nổi bật.
Nói một cách đơn giản, tuabin khí là đốt khí tự nhiên để tạo ra khí nóng ở nhiệt độ cao, đẩy tuabin quay và kéo theo máy phát điện cùng tạo ra điện.
Để tăng hiệu suất của tuabin khí, có một cách rất đơn giản: đốt nóng hơn.
Về mặt nhiệt động lực học, nhiệt độ khí đốt càng cao thì hiệu suất của tuabin khí càng có cơ hội tiếp tục tăng. Nhưng vấn đề là, khi nhiệt độ tăng lên, các lá tuabin lại không chịu nổi.
Vì vậy, để làm cho cánh tuabin chịu nhiệt tốt hơn, nhân vật chính của chúng ta hôm nay, yttrium, đã xuất hiện.
Hiện nay, ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng zirconia ổn định bởi yttria (YSZ) làm lớp cách nhiệt.
Nguyên lý của nó là thêm khoảng 6%–8% yttria vào zirconia.
Zirconia tinh khiết mặc dù có hệ số dẫn nhiệt thấp, rất phù hợp để cách nhiệt, nhưng khi nhiệt độ liên tục thay đổi sẽ xảy ra chuyển pha tinh thể, đồng thời đi kèm với sự thay đổi thể tích; sau nhiều chu kỳ lặp lại, lớp phủ rất dễ nứt hoặc bong tróc.
Sau khi thêm yttria, Y³⁺ sẽ xâm nhập vào mạng tinh thể zirconia và tạo ra lượng chân không oxy phù hợp, giúp ổn định cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ cao của zirconia, duy trì độ ổn định tốt hơn trong các chu kỳ làm lạnh và làm nóng lặp đi lặp lại.
YSZ cuối cùng không chỉ cách nhiệt mà còn chịu được nhiệt độ cao kéo dài và chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại, giống như việc mặc cho láp tuabin khí một lớp áo giáp gốm cách nhiệt.
Lớp phủ này có thể giảm nhiệt độ thực tế chịu đựng bởi các lá kim loại phía dưới, giảm lượng không khí làm mát tiêu thụ, từ đó cho phép tuabin khí vận hành ở nhiệt độ cao hơn.
Các thí nghiệm so sánh ban đầu của NASA đã so sánh zirconia ổn định bởi yttria, magnesia và calcium oxide, và cuối cùng xác định rõ rằng, về độ bền tổng thể và chi phí gia công, zirconia ổn định bởi yttria là phương án tối ưu nhất trong ba phương án.
Vì vậy, tóm lại, logic trung tâm dữ liệu mà Y吃到 sử dụng thực chất là:
Càng thiếu điện ở trung tâm dữ liệu → nhu cầu phát điện mới càng tăng → đơn hàng tuabin khí tăng lên → nhu cầu về lái nhiệt độ cao và lớp cách nhiệt theo đó tăng lên → lan truyền ngược lên oxit yttrium.
Of course, this chain is longer than erbium.
Hơn nữa, không phải trung tâm dữ liệu nào cũng tự trang bị tuabin khí, và điện khí chỉ là một trong những nguồn điện bổ sung cho trung tâm dữ liệu.
Trong khi đó, magie oxit, canxi oxit và các vật liệu cách nhiệt mới tiên tiến hơn đều có thể được thử nghiệm để thay thế YSZ.
But for now, yttrium oxide still maintains a threshold for testing and engineering validation in the short term.
Lợi thế thực sự nằm ở khâu chế biến
Cuối cùng, hãy xem xét phía cung cấp.
Nói một cách công bằng, mặc dù Trung Quốc sở hữu phần lớn trữ lượng erbium và yttrium toàn cầu, nhưng điểm khác biệt thực sự đến từ năng lực tách và chế biến sau đó.
Vì các nguyên tố đất hiếm thường lẫn lộn với nhau và có tính chất hóa học cực kỳ tương đồng, việc tách riêng erbium và yttrium và đạt độ tinh khiết công nghiệp thường đòi hỏi từ vài chục đến hàng trăm cấp độ chiết xuất dung môi, yêu cầu cao về dây chuyền sản xuất, quy trình và kinh nghiệm.
Dữ liệu từ USGS cho thấy, từ năm 2020 đến 2023, 93% hợp chất yttrium mà Hoa Kỳ nhập khẩu đến trực tiếp từ Trung Quốc, mức độ phụ thuộc nhập khẩu ròng đạt 100%;
Theo IEEE, hiện nay gần như không tìm thấy doanh nghiệp nào ngoài Trung Quốc có thể sản xuất oxyt erbium quy mô thương mại.
Vì vậy, lợi thế thực sự của chúng ta không chỉ nằm ở khâu khai thác mỏ, mà còn ở khả năng công nghiệp hóa chuyển đổi ổn định các mỏ đất hiếm thành các vật liệu có độ tinh khiết cao như erbium, yttrium, v.v.
Và cùng với sự gia tăng nhu cầu từ nước ngoài, nếu năng lực tách chiết tại địa phương không thể kịp thời bù đắp, lợi thế chuỗi cung ứng tập trung ở khâu trung lưu này có thể tiếp tục chuyển hóa thành mức giá cao hơn ở thị trường nước ngoài.
Tuy nhiên, cần lưu ý trước rằng, với tư cách là các kim loại hiếm, erbium và yttrium vốn là hai thị trường rất nhỏ.
Dựa trên giá oxide hiện tại và sản lượng công khai, tổng thị trường nguyên liệu thô上游 của erbium và yttrium toàn cầu vào những năm bình thường khoảng 100-200 triệu USD.
Về sản lượng, USGS dự kiến sản lượng yttrium toàn cầu năm 2025 tương đương với khoảng 10.000–15.000 tấn oxit yttrium; erbium không có số liệu thống kê toàn cầu chính thức cho từng loại, nhưng tổng thể chỉ ở quy mô thị trường hàng ngàn tấn.
Nói cách khác, đây không phải là một thị trường hàng hóa quy mô hàng trăm hoặc hàng nghìn tỷ USD, mà là một thị trường kim loại nhỏ với quy mô nhỏ và nguồn cung tập trung cao.
Vì vậy, ngay cả khi lượng nhu cầu mới không quá đáng kể, việc các trung tâm dữ liệu AI tiếp tục thúc đẩy mở rộng mạng quang khoảng cách xa và tuabin khí cũng có thể tạo ra những thay đổi biên đáng kể trong một thị trường nhỏ như vậy.
Of course, neither erbium nor yttrium is irreplaceable; the actual incremental value AI will ultimately bring still needs to be observed.
Liên kết tham khảo
[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
Bài viết này đến từ tài khoản chính thức WeChat "Quantum Bit", tác giả: Quan tâm đến công nghệ tiên tiến