Zwei Kleinmetalle werden zum Flaschenhals der KI-Entwicklung, und die chinesische Lieferkette dominiert diesen Bereich.

Neben der Stromversorgung wurden im Zuge dieser aktuellen Expansionswelle von KI-Rechenzentren zwei weitere natürliche Vorteile Chinas auch von ausländischen Marktteilnehmern entdeckt.

Kürzlich wies die IEEE auf zwei Namen hin, die zuvor kaum im Fokus des Marktes standen —

Erbium und Yttrium.

Eines davon verbirgt sich in den Langstrecken-Lichtkommunikationsnetzen zwischen Rechenzentren, das andere in den Gasturbinen, die die Rechenzentren mit Strom versorgen. Sie entsprechen jeweils zwei der dringendsten Probleme im Bereich der KI-Infrastruktur heute:

Netzwerk und Stromversorgung.

Einfach ausgedrückt sorgt Erbium dafür, dass Daten weiter übertragen werden können; Yttrium wird in Hochtemperaturwerkstoffen von Gasturbinen verwendet, um deren stabilen Betrieb bei höheren Temperaturen zu unterstützen und die Stromerzeugungseffizienz zu steigern.

Mit der rasanten Erweiterung von KI-Rechenzentren gewinnen diese beiden Anwendungsbereiche zunehmend an Bedeutung.

Einerseits werden die Rechencluster immer größer, immer mehr Rechenleistung wird standortübergreifend und stadtübergreifend bereitgestellt, sodass zwischen den Rechenzentren mehr Hochgeschwindigkeits-Langstrecken-Lichtnetze gebaut werden müssen;

Andererseits treiben KI-Server den Strombedarf auf mehrere hundert MW bis hin zum GW-Bereich. In den USA hat bereits eine neue Welle von Gasturbinenbestellungen eingesetzt, um die zusätzliche Kapazität des Stromnetzes zu decken.

Man kann sagen: Wenn sich die Kapitalausgaben im KI-Bereich schrittweise von GPUs über Lichtnetze bis hin zu Stromversorgungssystemen ausweiten, rücken auch zwei kleine Metalle, die früher ganz tief in der Lieferkette verborgen waren, wieder auf den Tisch.

Noch bemerkenswerter ist laut Berichten der IEEE, dass China fast 100 % der Produktion dieser beiden kleinen Metalle ausmacht.

Mit anderen Worten: Die Vorteile, die durch die aktuelle Expansion von KI-Rechenzentren im In- und Ausland entstehen, verteilen sich möglicherweise nicht nur auf die auffälligen Segmente wie GPUs, optische Module und Stromversorgungsgeräte.

Geht man weiter nach oben in der Lieferkette, hält man noch weitere Trümpfe in der Hand.

Wie genau sind Erbium und Yttrium am Aufbau von KI-Rechenzentren beteiligt?

Im Folgenden betrachten wir sie nacheinander.

Erbium: Lässt das Licht eine weitere Strecke zurücklegen

Erbium hat das Elementsymbol Er und die Ordnungszahl 68, es gehört zu den schweren Seltenerdelementen der Lanthanidengruppe.

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Seine direkteste Verbindung zu KI-Rechenzentren findet sich in den Langstrecken-Glasfasernetzen zwischen Rechenzentren.

Wie allgemein bekannt ist, sind heutige Rechenzentren längst nicht mehr so einfach wie ein Gebäude vollgestopft mit Servern.

Mit der stetigen Vergrößerung einzelner KI-Cluster verteilen sich Trainings-, Inferenz- und Speicherressourcen auf verschiedene Standorte, sogar verschiedene Städte und Länder, sodass der Datenaustausch zwischen Rechenzentren sprunghaft ansteigt.

Beispielsweise hat Google ein eigenes privates Weitverkehrsnetz aufgebaut, das alle globalen Rechenzentren verbindet, und nutzt Glasfasern an Land und unter Wasser als Backbone.

In diesem Jahr überschreitet die Gesamtlänge der Glasfasern in diesem Netz bereits 10 Millionen Kilometer und verbindet 43 Google Cloud-Regionen.

Diese Glasfaserverbindungen, die oft hunderte oder tausende Kilometer lang sind, werfen ein sehr einfaches Problem auf: Je weiter das Licht sich ausbreitet, desto schwächer wird das Signal.

Um die Rolle von Erbium hier besser zu verstehen, erläutern wir kurz das Prinzip der Lichtkommunikation.

Nachdem die Daten das Rechenzentrum verlassen, werden sie in schnell variierende Laserimpulse kodiert und entlang der Glasfaser zum nächsten Knotenpunkt übertragen.

Das Problem ist jedoch: Selbst wenn moderne Quarzglasfasern die Dämpfung sehr niedrig gehalten haben, schwächt sich das Signal mit zunehmender Übertragungsdistanz stetig ab.

Nachdem das Datensignal mehrere zehn oder hundert Kilometer übertragen wurde, muss das Signal wieder verstärkt werden.

Bisher war das übliche Verfahren „Licht-Elektrizität-Licht“, also wandelt man zuerst das Lichtsignal in ein elektrisches Signal um, führt die Verstärkung und Verarbeitung durch und wandelt es anschließend wieder in Licht zurück, um es auszusenden.

Aber in modernen DWDM-Netzen (Dense Wavelength Division Multiplexing, Dichtwellenlängenmultiplex) kann eine einzelne Glasfaser gleichzeitig mehrere zehn oder sogar hundert Signale unterschiedlicher Wellenlänge übertragen.

Wenn jede Spur zuerst in Elektrizität umgewandelt, verarbeitet und anschließend wieder in Licht zurückgewandelt werden muss, sind die Geräte nicht nur komplex, sondern auch Kosten und Stromverbrauch steigen entsprechend an.

An dieser Stelle kommt der erdotierte Faserverstärker, also EDFA, zum Einsatz.

Genauer gesagt mischen Ingenieure in einem kurzen Stück Glasfaser eine kleine Menge Er³⁺-Ionen ein und pumpen es anschließend mit Laserlicht von 980 Nanometer oder 1480 Nanometer.

Erbium-Ionen absorbieren Energie und gehen in einen angeregten Zustand über. Wenn das Kommunikations-Lichtsignal vorbeikommt, emittieren sie durch stimulierte Strahlung neue Photonen und verstärken das ursprüngliche Lichtsignal direkt.

Offensichtlich wird dadurch der Schritt der Umwandlung von Licht in Elektrizität direkt eingespart.

Zufälligerweise liegt der Wellenlängenbereich, in dem Erbium am besten funktioniert, in der Nähe von 1550 Nanometer – genau das ist eines der Fenster, in dem moderne Quarzglasfasern die geringste Dämpfung aufweisen und das am häufigsten für Langstreckenkommunikation verwendet wird.

Darüber hinaus kann der EDFA laut Angaben der Internationalen Fernmeldeunion ITU gleichzeitig mehrere Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlänge verstärken, ohne dass jede Spur einzeln eine Licht-Elektrizität-Umwandlung durchlaufen muss.

Daher ist EDFA heute bereits zu einer sehr ausgereiften Kernkomponente in landgestützten Backbone-Netzen, Unterwasserkabeln und Verbindungen zwischen regionalen Rechenzentren geworden.

Das heißt, der Zusammenhang zwischen Erbium und dieser aktuellen Erweiterung von KI-Rechenzentren liegt darin: Je mehr Rechenzentren es gibt und je weiter die Rechenleistung verteilt ist, desto mehr Langstrecken-Lichtnetze müssen gebaut und aufgerüstet werden – und die Nachfrage nach EDFA steigt entsprechend.

Es ist jedoch zu beachten, dass Erbium vor allem von der mittleren und langen Lichtkommunikation profitiert, nicht von kurzen Verbindungen über mehrere zehn oder hundert Meter innerhalb von Schränken.

Darüber hinaus ist EDFA nicht absolut unersetzlich.

Laut Angaben der ITU können neben EDFA auch Raman-Verstärker, Halbleiter-Lichtverstärker (SOA) und sogar O/E/O-Regenerationsgeräte, die eine Licht-Elektrizität-Umwandlung durchlaufen müssen, unterschiedliche Formen der Verstärkung oder Verlängerung von Verbindungen übernehmen.

In praktischen Langstrecken-Lichtnetzen gibt es auch Mischverstärkungslösungen aus Raman und EDFA.

Aber nach Jahrzehnten der Industrialisierung ist EDFA zu dem ausgereiftesten technischen Ansatz unter ihnen geworden.

Yttrium: Zieht den Turbinenschaufeln eine Hitzeschutzpanzerung an

Yttrium hat das Elementsymbol Y und die Ordnungszahl 39.

Obwohl es nicht zu den Lanthanidenelementen gehört, wird es in der Industrie normalerweise zum System der Seltenerdelemente gezählt, da seine chemischen Eigenschaften denen der schweren Seltenerdelemente ähneln und es häufig mit ihnen zusammen vorkommt.

Der Zusammenhang zwischen Yttrium und Rechenzentren liegt vor allem im Stromversorgungssystem, das die Rechenzentren mit Energie versorgt.

Ohne viele Worte: Jeder weiß, wie viel Strom Rechenzentren verbrauchen.

Das US-amerikanische Lawrence Berkeley National Laboratory prognostiziert, dass Rechenzentren bis 2030 etwa 11,8 % des gesamten Stromverbrauchs in den USA verbrauchen könnten.

Die US-Energieinformationsbehörde geht ebenfalls davon aus, dass mit dem starken Anstieg des Stromverbrauchs von Rechenzentren die Gaserzeugung einen erheblichen Teil des zusätzlichen Strombedarfs decken wird.

Der Gasturbinenriese GE Vernova hat in seinem Jahresbericht 2025 Rechenzentren sogar direkt als wichtigen Treiber für das Wachstum der Gasturbinennachfrage aufgeführt.

Daher überträgt sich die Expansion von KI-Rechenzentren schrittweise nach oben in der Lieferkette:

Nach dem Mangel an GPUs fehlten Transformatoren, danach reichte die Kapazität des Stromnetzes nicht mehr aus. Als das Stromnetz nicht mit dem Bautempo der Rechenzentren Schritt halten konnte, suchten Unternehmen direkt auf der Erzeugerseite nach Strom.

Gasturbinen sind dadurch wieder populär geworden.

Einfach ausgedrückt verbrennt eine Gasturbine Erdgas, um heißes Gas zu erzeugen, das die Turbine zum Drehen antreibt und anschließend den Generator zur Stromerzeugung mitnimmt.

Es gibt einen sehr einfachen Weg, um die Effizienz von Gasturbinen zu steigern: Heißer verbrennen.

Aus thermodynamischer Sicht ist die Effizienz der Gasturbine umso höher, je höher die Temperatur des Verbrennungsgases ist. Das Problem ist jedoch: Wenn die Temperatur steigt, halten die Turbinenschaufeln dem nicht mehr stand.

Um die Turbinenschaufeln hitzebeständiger zu machen, kommt unser heutiger Protagonist Yttrium ins Spiel.

Derzeit wird in der Industrie hauptsächlich Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) als Wärmedämmschicht verwendet.