Silicon Photonics Company, die Aktienkurse sind in die Höhe geschossen.

Vor zwei Jahren war Tower Semiconductor kurz davor, sich für 5 Milliarden US - Dollar an Intel zu verkaufen. Innerhalb weniger Monate hat sich sein Aktienkurs mehr als verdoppelt und einen 20 - Jahres - Höchststand erreicht. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, bewegte sich der Aktienkurs von Tower im August 2025 noch um die 50 US - Dollar, doch am 12. November stieg er sprunghaft auf 106,42 US - Dollar. Für einen etablierten Halbleiterhersteller ist eine solche Entwicklung nahezu beispiellos (mit Ausnahme von Nvidia), was die hohe Stimmung auf dem Markt widerspiegelt. Noch wichtiger ist, dass Tower in den letzten zwanzig Jahren von 2005 bis 2025 lange Zeit einen niedrigen Unternehmenswert hatte, weshalb dieser Aufschwung in der Branche besonders auffällt.

Abbildung: Der Verlauf des Aktienkurses von Tower vom August bis November 2025

Abbildung: Der Aktienkurs von Tower seit Ende 1994 bis heute

Obwohl es zunächst wie eine Kapitalgeschichte aussieht, enthüllt es tatsächlich einen größeren Trend: Wenn die Rechenleistungserfordernisse, die durch KI entstehen, in vollem Umfang explodieren, wird der hohe Wert hinter der Silizium - Optik - Interkonnektion zunehmend sichtbar.

Warum ist Silizium - Optik die einzige Lösung?

Vor der KI - Ära war die Interkonnektion kein Branchenfokus. Die CPU - Bandbreite, die Server - Topologie und das Datenauschmaß befanden sich noch in einem kontrollierbaren Rahmen. Kupferkabel, Leiterplatten und Materialien reichten aus.

Als sich jedoch die Rechenleistungsschicht von Einzelsystemen zu großen GPU - Clustern entwickelte und von einigen Dutzend GPUs auf Tausende oder sogar Millionen von Knotenpunkten erweitert wurde, wurde das Interkonnektionssystem zum ersten Engpass des gesamten Systems. Sobald die Zeit der GPU - Parallelverarbeitung, der Tausend - GPU - Trainings und der 100 - Tb/s - Fabric - Netzwerke beginnt, steigen alle Parameter exponentiell an: Ein Cluster mit 100.000 GPUs benötigt möglicherweise 500.000 Interkonnektionsverbindungen. Die Geräte, die diese Verbindungen tragen, umfassen Tausende von Servern und Switchen. Wenn die Anzahl der GPUs auf eine Million steigt, könnte die Anzahl der Interkonnektionen auf über 10 Millionen ansteigen. Nur der Energieverbrauch des Netzwerkabschnitts könnte nahe an die 1 - Gigawatt - (GW) - Stufe herankommen. Mit anderen Worten, je größer die Rechenleistungskapazität wird, desto stärker steigen die Netzwerkkosten, der Stromverbrauch und die physikalische Verbindungskomplexität exponentiell an, nicht linear. Aus diesem Grund rückt die Interkonnektionstechnologie in der KI - Ära in den Vordergrund.

In der Vergangenheit war die Verbindung zwischen Servern und zwischen GPUs hauptsächlich auf Kupferkabel angewiesen. Doch nachdem die Einzelleistung von 56 G → 112 G → 224 G PAM4 stetig gestiegen ist, stößt das reine Kupferkonzept auf unvermeidliche physikalische Grenzen:

Die erreichbare Entfernung verkürzt sich drastisch: Wenn die Frequenz verdoppelt wird, steigt der Kanalverlust exponentiell an. Sowohl die Leiterplatten als auch die Rückenplatten und Kabel arbeiten an der Grenze ihrer Kapazität. Starkes Ausgleichsverfahren führt zu erhöhtem Stromverbrauch und Verzögerung.

Die Bandbreitendichte ist begrenzt: Um eine höhere Gesamtbandbreite zu erreichen, sind mehr Leitungen, dickere Rückenplatten und komplexere Verbinder erforderlich. Dies führt zu einem starken Anstieg der Leiterplattenfläche und der Materialkosten.

Probleme mit EMI/Integrität: Probleme wie Übersprechen, Strahlung und Reflexion in Bezug auf SI/PI machen es immer schwieriger, die Leistung durch Hinzufügen von Komponenten zu erhöhen.

Daher hat die Branche begonnen zu erkennen: Für die Hochgeschwindigkeitsinterkonnektion muss man von der elektrischen zur optischen Technologie übergehen.

Nachdem die herkömmlichen optischen Module in den Vordergrund getreten sind, stießen sie jedoch schnell auf Wachstumsgrenzen. Herkömmliche optische Module wurden in der "Telekommunikations - Ära der optischen Kommunikation" entwickelt. Ihr Ziel war es, Daten über große Entfernungen (von einigen Dutzend bis zu Tausenden von Kilometern) stabil zu übertragen. Sie haben einen hohen Einzelpreis, aber die Stückzahl ist gering. Die optische Kommunikation findet hauptsächlich zwischen Rechenzentren und zwischen Städten statt. Ihre Merkmale sind: Die Bauelemente sind meist diskrete Elemente. Die optischen Bauelemente werden zusammengebaut. Die Kostenstruktur ist stark von der manuellen Arbeit, der Montage und der optischen Justierung abhängig. Die Laser sind meist EML (Elektrisch - absorptionsmodulierter Laser), die teuer sind und die Produktionskapazität begrenzt ist. Diese Architektur funktioniert gut für die "Stadt - Stadt - Fernkommunikation", aber in den KI - Rechenzentren treten Probleme auf.

In der KI - Ära findet die optische Kommunikation hauptsächlich zwischen Servern und zwischen GPUs statt. In Zukunft wird sie möglicherweise auch innerhalb der Chip - Montage (CPO) stattfinden. Das bedeutet, dass die optische Kommunikation von der "Fernübertragung" zur "Nahübertragung mit hoher Dichte" geworden ist. Dies stellt neue Anforderungen an die optischen Module: höhere Bandbreite (400 G → 800 G → 1,6 T → 3,2 T), geringerer Stromverbrauch, kleineres Volumen und niedrigere Kosten (wegen der großen Anzahl von KI - Servern).

Die herkömmlichen optischen Module können diese vier Anforderungen nicht gleichzeitig erfüllen und haben drei Hauptengpässe: Erstens, vom Kostenaspekt betrachtet, entfallen 40 - 60 % der Kosten der herkömmlichen optischen Module auf Laser, Montagejustierung und Herstellung von optischen Komponenten. EML - Laser sind hier Standard, aber ihre Herstellung ist schwierig, die Kosten sind hoch und die Produktionskapazität ist begrenzt. Zweitens, vom Stromverbrauch betrachtet, wird die Ansteuerung schwieriger, je höher die Übertragungsrate wird. In der 200 - G/lane - (1,6 - T) - Ära ist es schwierig, den Stromverbrauch der herkömmlichen Module zu senken. Da der Energieverbrauch in Rechenzentren begrenzt ist, ist der PUE/POD - Budget sehr knapp. Drittens gibt es viele Bauelemente, die Montage ist komplex und eine Massenproduktion ist schwierig. Ein KI - Server benötigt möglicherweise mehrere Dutzend 800 - G/1,6 - T - optische Schnittstellen. In Bezug auf die Stückzahl kann das herkömmliche Modulsystem die Nachfrage nicht decken.

Daher tritt die Silizium - Optik auf die Bühne der Geschichte. Eigentlich ist die Silizium - Optik kein neues Konzept, aber die KI hat ihr tatsächlich die erste "Industrie - Umsetzungsmöglichkeit" gegeben. Die Silizium - Optik ist eine Technologie, die die CMOS - Technologie nutzt, um die Hunderte von Bauelementen herzustellen, die für die optische Kommunikation benötigt werden. Sie wird seit Jahren zur Herstellung von kohärenten optischen Modulen für Metro - Netze und Fernkommunikation verwendet.

Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Modulen verwendet die Silizium - Optik Laser mit einer üblichen Wellenlänge (CW), die kostengünstiger und leichter herzustellen sind. Loi Nguyen, Vizepräsident und Leiter von Marvell Cloud Optics, sagte: "Ein CW - Laser ist wie eine Glühbirne... er sendet einfach ein konstantes Lichtsignal. Er ist einfacher herzustellen, kann von mehreren Anbietern bezogen werden und ist preiswert. Alles, was für die Hochgeschwindigkeitsmodulation der Daten benötigt wird, geschieht innerhalb des Silizium - Optik - Chips." Silizium - Optik - Bauelemente können auch in 200 - mm - und 300 - mm - Waferfabriken hergestellt werden.

Abbildung: Die innere Struktur eines Silizium - Optik - Moduls (Quelle: Marvell)

Warum wird die Silizium - Optik jetzt so wichtig? Marvell gab ein Beispiel: Wenn ein diskretes Modul acht 200 - G - Kanäle in einem Chip hat, benötigt es vier EML - Laser, um eine Gesamtübertragungsrate von 1,6 T zu erreichen. Mit Silizium - Optik werden alle Funktionen integriert. Vier Kanäle können einen Laser teilen. Daher benötigt das gesamte 1,6 - T - Modul nur zwei kostengünstigere und leichter herzustellende CW - Laser. Darüber hinaus sind integrierte Silizium - Optik - Module zuverlässiger, leichter skalierbar, belasten die Lieferkette weniger und haben eine bessere Kostenstruktur.

Abbildung: Vergleich zwischen diskreten Bauelementen und Silizium - Optik (Quelle: Marvell)

Daher ist der technologische Trend sehr klar: Die physikalischen Grenzen der Kupferinterkonnektion + die strukturellen Beschränkungen der herkömmlichen optischen Module = die Unumgänglichkeit der Silizium - Optik. Silizium - Optik wird die nächste Generation der Rechenleistungsinfrastruktur sein.

Silizium - Optik - Interkonnektion: Drei Schritte

Von außen nach innen durchläuft die Branche die "Drei - Schritte - Evolution" der Silizium - Optik:

Erster Schritt: Aktivierung auf Kabelniveau (AOC / AEC). Ursprünglich hat die Branche durch das Hinzufügen von Verstärkungs - und Ausgleichsschaltungen an den Kabelenden versucht, das Signal in Kupferkabeln "weiter zu schicken". Diese aktiven Kabel verlängerten die Lebensdauer der elektrischen Interkonnektion - indem das elektrische Signal vor der Verschlechterung seiner Qualität aufbereitet wurde, wurde die Lebensdauer der herkömmlichen Kupferkabel verlängert.

Zweiter Schritt: Steckbare optische Module (LPO, QSFP - DD / OSFP / OSFP - XD usw.). Wenn die Übertragungsrate auf 400 G, 800 G oder sogar 1,6 T steigt, können Kabel die Bandbreite und die Entfernung nicht mehr bewältigen. Daher wendete sich die Branche der Verwendung von kurzen optischen Modulen in Racks und zwischen Racks zu und führte die "Elektrisch - Optische - Umwandlung" direkt an den Ports von Switchen und Beschleunigern durch. Beispielsweise verwendet die Lineare - Direktantriebs - /Niedrig - DSP - (LPO) - Technologie in der Steckbaren - Modul - Ära "leichtere" Ausgleichsverbindungen. Indem man etwas an der Toleranz der Verbindung opfert, erreicht man einen niedrigeren Stromverbrauch und eine kürzere Verzögerung. Dieser Schritt ließ die optische Kommunikation in die Rechenzentren eindringen und wird derzeit zur Hauptform der Hochbandbreiten - Interkonnektion.

Im Juni 2024 zeigte Marvell eine 6,4 - T - 3D - Silizium - Optik - Engine in einer praktischen Demonstration: Die Engine verfügt über 32 Kanäle, von denen jeder eine elektrische/optische Übertragungsrate von 200 G erreichen kann. Diese neue Architektur integriert Hunderte von optischen Kommunikationsfunktionen in einen Chip, einschließlich der Integration von TIA und Treiber in einem Bauelement. Als das erste Produkt in der Branche mit einer solchen Integrationsmethode verwendet es ein modularer Design, das die Skalierung von 1,6 T auf 6,4 T oder sogar höhere Bandbreitenstufen ermöglicht. Der Anfangsansatz ist das steckbare optische Modul, dessen Kanalanzahl von den derzeitigen acht Kanälen pro Modul auf 16, 32 oder sogar 64 Kanäle erweitert werden wird.

Dritter Schritt: Optische Fusion auf Montageebene (CPO / NPO / OBO). Der weitere Trend besteht darin, die optische Engine an den Rand der Chip - Montage oder sogar in die gleiche Montage zu verlegen. Die elektrischen Leitungen werden auf das Minimum verkürzt, und der Stromverbrauch, die Verzögerung und die Wärmebelastung sinken deutlich. Weiterhin ist der Silizium - Optik - SoP (System on Package)/SiPho - Co - Packaging - Ansatz möglicherweise das ultimative Modell für die KI - optische Interkonnektion. Es ermöglicht die natürliche Kopplung von Licht und Elektrizität auf einem Siliziumchip und realisiert die echte "Integration von optischer und elektrischer Berechnung".

Betrachtet man den Evolutionspfad, so ist das steckbare Modul kurzfristig immer noch der Hauptstrom (flexibel und wartbar). Mittelfristig senkt die Lineare - Direktantriebs - /Niedrig - DSP - Technologie den PUE. Langfristig werden CPO/Nahe - Montage - Optik in großen Trainings - und Austauschplattformen eingesetzt und bringen das "Licht" näher an den Chip heran.

Was bedeutet dies für die Lieferkette?

Von der Nachfrageseite betrachtet hat sich die Nachfrage nach optischen Modulen von "Fernübertragung, geringe Stückzahl, hoher Preis" zu "Nahübertragung, große Stückzahl, hohe Dichte" gewandelt. Die Zunahme der Stückzahl treibt direkt sowohl die Auslieferung von optischen Modulen als auch die Produktionskapazität von optischen Bauelementen und - verfahren an. Optische Module werden von "geringer Stückzahl, Fernanwendung" zu einer Standardausstattung, die möglicherweise auf jedem Server, jeder Platine und jedem Chip benötigt wird.

Von der Angebotsseite betrachtet haben Chiphersteller, Subcontractor und Interkonnektionshersteller begonnen, sich auf die Silizium - Optik - Technologie zu konzentrieren. Beispielsweise kündigte Tower im November 2025 einen neuen CPO - (Co - packaged optics) - Subcontracting - Service - Plattform an, die mit seiner SiPho/SiGe - PDK kompatibel ist und