Elektrische Leitungen verlieren bei sehr hohen Datenraten zunehmend Energie – durch Widerstand, Skineffekt sowie steigenden Bedarf an Signalaufbereitung und Repeatern. Übertragungsraten von 100 bis 400 Gbit/s auf wenigen Metern werden energetisch kostspielig, während der Bedarf bereits in Richtung Terabit pro Sekunde pro Verbindung geht. Die Antwort auf dieses Dilemma liefert die Photonik – die Wissenschaft und Technik des Lichts: mehr Bandbreite, deutlich weniger Energie pro Bit, und eine Verbindungsdichte, die rein elektronische Architekturen nicht erreichen können.

In der Siliziumphotonik gelingt mittlerweile die Integration von Lasern, Modulatoren und Photodioden in CMOS-kompatiblen Herstellungsverfahren. Das Ziel ist klar: den Energieverbrauch der Netzwerke in Rechenzentren um eine Größenordnung zu senken und gleichzeitig die Kapazität der Verbindungen zu vervielfachen. Akademische Demonstrationen zeigen bereits über 1 Terabit pro Sekunde und Faser – sowie mehr als 2 Tb/s Bandbreite pro Millimeter Chip-Kante. Der Trend ist eindeutig: Um den Sprung von heutigen Rechenzentren zu den „AI Factories“ von morgen zu schaffen, führt kein Weg an optischen Übertragungstechnologien vorbei.

Die photonische Revolution auf drei Ebenen

1. Direkt am Chip:
Innerhalb von Servern und Racks kommt integrierte Photonik zum Einsatz – in Form sogenannter Co-Packaged Optics. Statt ein Switch-ASIC über 64 elektrische Leitungen mit optischen Frontmodulen zu verbinden, wird eine photonische Matrix direkt neben dem Switch-Chip platziert. Das elektrische Signal wird nach wenigen Millimetern in Licht umgewandelt – mit dem Ergebnis: geringere Verluste, mehr Glasfaserverbindungen, höhere Chassis-Kapazitäten – ohne exponentiellen Anstieg bei Energiebedarf und Wärmeentwicklung.

2. Zwischen Racks im Rechenzentrum:
Auch innerhalb des Data Centers findet ein Übergang statt – weg von klassischen IMDD-Verbindungen (etwa PAM4) hin zu kohärenten optischen Verbindungen mit deutlich dichteren Modulationsformaten wie QPSK oder 16QAM sowie eng gepacktem Wellenlängenmultiplexing (WDM). Kohärente Links verbessern die Empfangssensitivität um rund 10 dB – was entweder größere Reichweiten oder geringere optische Ausgangsleistungen ermöglicht. Für Cloud-Betreiber bedeutet das: optimierte Investitionskosten (CapEx) und sinkende Betriebskosten (OpEx).

3. Zwischen Rechenzentren (DCI – Data Center Interconnect):
Hier erreicht die Photonik heute bereits Übertragungsraten im Bereich mehrerer Dutzend Terabit pro Faser – mit weiterhin wachsender Roadmap. Steckbare kohärente Module mit 400 bis 800 Gbit/s ersetzen kostenintensive, diskrete Transponder. Das vereinfacht den Betrieb, erhöht die Netzdichte und macht komplexe WAN- und Subsea-Architekturen wirtschaftlich umsetzbar.

Mehr als nur ein Ersatz für Kupfer

Die Photonik ersetzt nicht einfach Kupferkabel durch Glasfaser – sie verändert die gesamte Netzwerktopologie von Rechenzentren. Co-Packaged Optics, optische Switches und rekonfigurierbare Architekturen eröffnen neue Spielräume. Photonik wird dabei zum zentralen Werttreiber: Sie ermöglicht mehr Kapazität mit weniger Hardware (CapEx) und reduziert gleichzeitig Energieverbrauch und Kühlaufwand (OpEx).

Vertiefende Einblicke finden Sie in unserer Analyse zu Lumentum Holdings, einem führenden Unternehmen im Bereich der photonischen Netzwerktechnologien.