Ähnlich wie der Wechsel von DSL zu Glasfaser im Alltag erlebt die KI-Branche derzeit einen vergleichbaren Wandel innerhalb ihrer Infrastruktur. Nicht mehr allein die Chips stehen im Mittelpunkt, sondern vor allem die Verbindungen zwischen ihnen.

Wenn das Netzwerk zum Flaschenhals wird

Mit dem Aufstieg leistungsfähiger KI-Modelle explodieren die Datenmengen, die verarbeitet und ausgetauscht werden müssen. Diese Datenströme sollen immer schneller fließen, möglichst verlustfrei und bei kontrolliertem Energieverbrauch. Doch vielerorts werden Informationen noch immer über elektrische Signale durch Kupferleitungen übertragen.

Bei sehr hohen Übertragungsraten von 400 bis 800 Gbit/s stoßen diese Technologien zunehmend an ihre Grenzen. Die Signale verschlechtern sich, erzeugen Wärme und bremsen letztlich das gesamte System aus. Das Problem ist inzwischen klar identifiziert: Das Netzwerk ist zum Flaschenhals geworden – teilweise sogar stärker als die GPUs selbst.

Silizium-Photonik als technologische Schlüsselantwort

Als Lösung setzt sich zunehmend ein Ansatz durch: elektrische Signale durch Lichtsignale zu ersetzen. Genau darauf basiert die Silizium-Photonik, häufig als SiPh (Silicon Photonics) bezeichnet.

Das Prinzip ist einfach: Informationen werden nicht mehr durch Elektrizität, sondern durch Licht transportiert. Die Vorteile sind erheblich. Daten lassen sich deutlich schneller übertragen, Signalverluste sinken und die Energieeffizienz steigt spürbar. Gerade angesichts des enormen Stromverbrauchs moderner Rechenzentren ist dies ein entscheidender Vorteil.

Optik rückt immer näher an den Prozessor

Neben der Art der Signalübertragung spielt auch deren Integration rund um den Prozessor eine zentrale Rolle. Hier kommt das sogenannte Packaging ins Spiel. Zu den wichtigsten Ansätzen zählen Co-Packaged Optics (CPO) sowie Near-Packaged Optics beziehungsweise On-Board Optics (NPO/OBO).

Alle verfolgen dasselbe Ziel: Optische Komponenten möglichst nah an den Prozessor zu bringen. Kürzere Wege zwischen Rechenleistung und Datenübertragung reduzieren Verluste, senken die Wärmeentwicklung und steigern die Gesamtleistung der Systeme. Damit entsteht die Grundlage für eine neue Generation extrem leistungsfähiger und energieeffizienter KI-Infrastrukturen.

Eine Wertschöpfungskette ist bereits entstanden

Die technologische Transformation hat zahlreiche Unternehmen in Bewegung gesetzt. Nvidia investiert massiv in die Photonik – sowohl intern als auch über Partnerschaften mit Laserspezialisten wie Lumentum und Coherent.

Marvell verfolgt dieselbe Strategie und stärkt seine Position durch die Übernahme von Celestial AI, einem auf optische KI-Technologien spezialisierten Unternehmen. Intel produziert bereits optische 400G-Chips in großem Maßstab für Rechenzentren, während Cisco einen bedeutenden Teil der von Hyperscalern eingesetzten 800G-Optikmodule liefert.

Auch Broadcom integriert Photoniktechnologien in seine Netzwerk-Switches, insbesondere in die weit verbreitete Tomahawk-Plattform. Weitere wichtige Akteure sind GlobalFoundries, das photonische Chips für verschiedene Kunden fertigt, sowie Ayar Labs mit seinem optischen Chiplet „TeraPHY“, das direkt in Prozessoren integriert werden kann.

IBM entwickelt Komponenten für optische Kurzstreckenverbindungen, die insbesondere bei CPO-Architekturen benötigt werden. STMicroelectronics wiederum arbeitet an Anwendungen, die von Hochgeschwindigkeitsverbindungen bis hin zu optischen Sensoren für autonome Fahrzeuge reichen.

Europa mischt ebenfalls mit

Zwar dominieren amerikanische Technologiekonzerne das Feld, doch auch Europa verfügt über einige aussichtsreiche Akteure. STMicroelectronics entwickelt und industrialisiert Plattformen für Silizium-Photonik im Bereich schneller Datenverbindungen. Soitec liefert die dafür notwendigen Spezialsubstrate, während Nokia optische Kommunikationslösungen entwickelt, die auf diesen Technologien basieren.

Der Beginn eines neuen Technologiewettlaufs

Nach Jahren, in denen nahezu ausschließlich die Rechenleistung im Mittelpunkt stand, tritt die Branche in eine neue Phase ein. Der Wettbewerb entscheidet sich künftig nicht mehr allein über die Leistungsfähigkeit der Chips, sondern zunehmend über die Geschwindigkeit und Effizienz der Verbindungen, die diese Chips miteinander vernetzen. Wer die Daten am schnellsten transportiert, könnte zu den größten Gewinnern der nächsten KI-Welle zählen.