– Der tiefgreifende Durchbruch der chinesischen Beleuchtungsindustrie vom Träger zum Kern der Rechenleistungsinfrastruktur
Während die Rechenleistung künstlicher Intelligenz jährlich um das Dreifache wächst und globale Rechenzentren im unlösbaren Dreieck aus Übertragungsdistanz, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit an ihre Grenzen stoßen, erlebt das Licht – der älteste Lichtträger der Menschheitsgeschichte – eine bahnbrechende Wertschöpfungswende. Es dient nicht länger nur der Beleuchtung, sondern ist zur zentralen Infrastruktur geworden, die Rechenleistung und Datenfluss im Zeitalter der KI ermöglicht.
Der A-Aktien-Sektor für MicroLED hat in letzter Zeit einen regelrechten Boom ausgelöst. Aktien von Sanan Optoelectronics, Huacan Optoelectronics und anderen zukunftsorientierten Unternehmen konnten ihre Kursgewinne weiter steigern und avancierten damit zum profitabelsten Bereich außerhalb der KI-Rechenleistungsbranche. Auslöser dieser Marktwelle war die MicroLED-CPO-Technologie, die aus der Beleuchtungs- und Displayindustrie in den Bereich der KI-Rechenleistung Einzug hielt. Sie reduziert den Stromverbrauch für die optische Übertragung im Vergleich zu herkömmlichen Kupferkabellösungen um bis zu 5 %, senkt den Gesamtenergieverbrauch um 95 % und steigert die Energieeffizienz um fast das 20-Fache. Von den bahnbrechenden Erfolgen der Fudan-Universität und der Nanjing-Universität bei der Entwicklung der Kerntechnologie für optische MicroLED-Kommunikation über den erfolgreichen Abschluss des Proof of Concept für das von Microsoft und MediaTek gemeinsam entwickelte aktive optische MicroLED-Kabelsystem bis hin zu den Plänen internationaler Konzerne wie OSRAM und Marvell – führende chinesische Unternehmen der Beleuchtungs- und Displayindustrie haben die neuesten Entwicklungen intensiv verfolgt und ihre Fortschritte bei der Industrialisierung offengelegt. Eine von MicroLEDs ausgelöste industrielle Revolution hat begonnen. Für Chinas Beleuchtungsindustrie ist dies nicht nur eine historische Chance, die Stagnation des traditionellen Weges zu überwinden und die zweite Wachstumskurve zu eröffnen, sondern auch ein entscheidendes Zeitfenster für den Sprung von einem Produktionsstandort für Beleuchtung zu einem globalen Technologieunternehmen im Bereich Licht.
1. Die Rechenleistung von KI explodiert und verändert den Kernwert des Lichts: von „die Welt erleuchten“ zu „Rechenleistung verbinden“.
Jede Weiterentwicklung in der Beleuchtungsindustrie basiert auf der Erweiterung des Wertbegriffs von Licht. In der ersten industriellen Revolution, dem Übergang von der Glühlampe zur LED, erzielten wir energiesparende und technologisch fortschrittliche Verbesserungen. Der Kernwert von Licht konzentrierte sich stets auf die beiden zentralen Anwendungsbereiche visuelle Beleuchtung und Informationsdarstellung. Das Zeitalter der Künstlichen Intelligenz (KI) stellt diese traditionelle Auffassung jedoch grundlegend infrage: Der dritte Kernwert von Licht, nämlich die Hochgeschwindigkeits-Datenverbindung, gewinnt in beispiellosem Tempo an Bedeutung und wird zum Eckpfeiler der Entwicklung der digitalen Wirtschaft und der KI-Industrie.
Das Training und die Inferenz großer KI-Modelle stellen derzeit extrem hohe Anforderungen an Bandbreite, Latenz und Energieverbrauch von Rechenclustern. Laut einer aktuellen Studie von TrendForce haben viele Rechenzentren globaler Cloud-Anbieter Datenübertragungsraten von ≤ 400 Gbit/s eingeführt. Die Marktnachfrage treibt die Übertragungsspezifikationen von 2025 bis heute kontinuierlich auf 800 Gbit/s und 1,6 Tbit/s. Der Widerspruch zwischen hoher Übertragungsgeschwindigkeit und kontrolliertem Energieverbrauch muss nun gelöst werden.
In herkömmlichen Rechenzentrumsverbindungen stoßen Kupferkabel aufgrund der Übertragungsdistanz und elektromagnetischer Störungen an ihre Grenzen. Bei den Anforderungen an extrem hohe Übertragungsgeschwindigkeiten von 1,6 Tbit/s übersteigt der Energieverbrauch 10 pJ/Bit, was zu einem exponentiellen Anstieg des Gesamtenergieverbrauchs des Systems führt. Selbst die derzeit gängigen optischen Transceiver-Module weisen einen Stromverbrauch von bis zu 30 W pro Modul auf. In großen Rechenzentren macht der Stromverbrauch der optischen Module allein über 25 % aus und stellt somit eine zentrale Schwachstelle dar, die den großflächigen Einsatz von KI-Computing-Clustern einschränkt. Obwohl herkömmliche Glasfasern die Übertragung über große Entfernungen ermöglichen, weisen sie die Nachteile eines hohen Stromverbrauchs, einer hohen Ausfallrate und einer starken thermischen Empfindlichkeit auf. Allein im Jahr 2025 werden die globalen Rechenzentren von Microsoft 18 % ihres gesamten IT-Energieverbrauchs ausmachen, wovon 40 % auf optische Langstreckenverbindungen entfallen. Das Dreiecksdilemma zwischen Entfernung, Stromverbrauch und Zuverlässigkeit, in dem die Branche lange Zeit gefangen war, hat einen neuen Anwendungsbereich für die LED-Technologie eröffnet, die die Beleuchtungsindustrie seit vielen Jahren weiterentwickelt.
Micro-LEDs, eine Technologie, die ursprünglich in der Beleuchtungs- und Displaybranche für Furore sorgte, haben sich dank ihrer Kernvorteile – hohe Helligkeit, geringer Stromverbrauch, hohe Modulationsbandbreite und einfache Array-Integration – zu einer der besten Lösungen entwickelt, um den Engpass bei der Vernetzung von KI-Rechenleistung zu überwinden. Die technologische Integration von MicroLED-CPO ermöglicht eine grundlegende Dimensionsreduktion gegenüber traditionellen Lösungen. Ihr Kern liegt in der tiefen Integration von Leuchtdioden im Mikrometerbereich und optischer Co-Packaging-Technologie. In der Branche wird sie auch als CPO 2.0 bezeichnet und übertrifft die herkömmliche Laser-CPO-Lösung CPO 1.0 deutlich.
Obwohl die traditionelle CPO-Technologie das Problem der Signalintegritätsverschlechterung herkömmlicher steckbarer optischer Module bei Datenraten über 1,6 Tbit/s durch die Integration von optischen Einheiten und ASIC-Schaltchips löst, stößt sie an die Grenzen der Modulationsbandbreite und des Wärmemanagements herkömmlicher VCSEL-Laser und erfordert stets Kompromisse zwischen Datenrate, Stromverbrauch und Packungsdichte. Der Einsatz von MicroLEDs löst dieses Kernproblem direkt an der Lichtquelle: Im Vergleich zu herkömmlichen Kantenemitterlasern und VCSELs weisen MicroLEDs eine kleinere Leuchtfläche, eine niedrigere Ansteuerspannung und eine höhere Modulationsbandbreite auf, was die Effizienz der optischen Signalerzeugung um eine Größenordnung steigert.
Aus prinzipieller Sicht ist der Unterschied zwischen den beiden Technologien enorm: Traditionelle Laser ähneln großen Suchscheinwerfern mit einem Volumen im Millimeterbereich, einem hohen Schwellenstrom, einem Ansteuerstrom von über 200 mA und hohem Stromverbrauch. TIA- und DSP-Chips weisen oberhalb von 85 °C eine signifikante Wellenlängendrift und Effizienzabnahme auf und benötigen daher eine leistungsstarke thermoelektrische Kühlung. MicroLEDs hingegen bestehen aus Hunderten oder Tausenden von Mikro-LEDs, deren einzelne Chips weniger als 50 Mikrometer groß sind. Durch die Integration mit CMOS-Ansteuerschaltungen lässt sich eine höhere Dichte paralleler Lichtemission erreichen. Jede MicroLED entspricht einem unabhängigen Datenkanal, der nur einen extrem niedrigen Ansteuerstrom im Mikroampere-Bereich und keinen zusätzlichen Modulator benötigt. Der Stromverbrauch des Senders kann bis zu 80 fJ/Bit betragen. Gleichzeitig deckt der Betriebstemperaturbereich -40 °C bis 125 °C ab, und die Lichtausbeute bleibt bei 85 °C bei über 90 %. Eine TEC-Temperaturregelung ist nicht erforderlich, wodurch das durch die hohe Integration von CPO verursachte Wärmeableitungsproblem grundlegend gelöst wird.
Im Vergleich zu laseroptischen Kommunikationstechnologien wie VCSEL/DFB/EML bietet die optische MicroLED-Verbindung deutliche Vorteile hinsichtlich Modulationsbandbreite, Temperaturtoleranz und Toleranz gegenüber optischen Ausrichtungsfehlern. Ihr Potenzial für eine Modulationsbandbreite im GHz-Bereich erfüllt zukünftige Anforderungen an ultraschnelle Übertragung. Die Stabilität über einen weiten Temperaturbereich macht eine präzise Temperaturregelung überflüssig. Der große Abstrahlwinkel erleichtert zudem die Steigerung der Ausbeute bei der Array-Produktion, und der Stromverbrauch beträgt nur ein Drittel des Verbrauchs von Lasern. Damit ist MicroLED die ideale Wahl für die Kurzstrecken-Hochdichte-Verbindung.
Anders als bei der schmalen und schnellen Einkanal-Hochgeschwindigkeitsübertragung herkömmlicher Laser nutzt die optische Verbindung mit Mikro-LEDs eine breite und langsame parallele Übertragungsarchitektur. Dabei werden parallele optische Verbindungen über Hunderte von unabhängig steuerbaren Mikro-LED-Kanälen aufgebaut. Bei gleicher Gesamtbandbreite wird der Stromverbrauch des Systems deutlich reduziert und die Übertragungssicherheit verbessert. Dies entspricht perfekt den Anforderungen von KI-Rechenclustern an kurze Distanzen, hohe Dichte und geringen Stromverbrauch. Messdaten aus Labor und Industrie bestätigen den bahnbrechenden Wert dieser Technologie: Professor Tian Pengfei von der Fudan-Universität und sein Team überwanden das Problem der grünen Lichtlücke und entwickelten eine grüne Mikro-LED mit einer Modulationsbandbreite von 2,19 GHz. Damit erreichten sie eine Datenübertragungsrate von 9,06 Gbit/s im freien Raum und setzten so den weltweit höchsten Wert für die Freiraumübertragung mit grünen Mikro-LEDs. Der von einem gemeinsamen Team der Universität Nanjing entwickelte LED-Chip erreicht eine Spitzenbandbreite von 1,6 GHz bei einem Strom von 2 mA und einem Stromverbrauch von nur 7,34 pJ/Bit bei einer Übertragungsrate von 2,125 Gbit/s. Dies ist um zwei Größenordnungen geringer als der Energieverbrauch bisheriger Lösungen. Die MicroLED-CPO-Lösung stellt einen qualitativen Sprung dar und erreicht einen Stromverbrauch von lediglich 1–2 pJ/Bit. Sie erfüllt damit perfekt das von NVIDIA in der Siliziumphotonik-CPO-Spezifikation geforderte Ziel eines niedrigen Energieverbrauchs von <1,5 pJ/Bit, wie beispielsweise bei optischen Kommunikationsprodukten mit 1,6 Tbit/s. Durch die Implementierung der MicroLED-CPO-Architektur lässt sich der Gesamtstromverbrauch von 30 W herkömmlicher optischer Transceiver-Module auf etwa 1,6 W – also nur 5 % – deutlich reduzieren. Gleichzeitig wird die Energieeffizienz um fast das 20-Fache gesteigert.
Ein konkreterer Nutzen ergibt sich beispielsweise dadurch, dass bei einem GPU-Cluster mit 100.000 Grafikkarten durch den Einsatz der MicroLED-CPO-Lösung für alle Verbindungen zwischen den Racks jährlich 15 Millionen Kilowattstunden Strom eingespart werden können. Dies entspricht einer Reduzierung der CO₂-Emissionen um etwa 12.000 Tonnen. Dadurch werden der Stromverbrauch und die Wärmeabfuhr im intelligenten Rechenzentrum grundlegend gesenkt und die enormen Betriebskosten des Rechenzentrums direkt reduziert. Diese technologischen Durchbrüche bestätigen einen Branchentrend: Im Zeitalter der KI beschränkt sich der Wettbewerb um Licht nicht mehr auf die Steigerung von Helligkeit und Bildschirmauflösung, sondern erstreckt sich auch auf die Kerntechnologien der Recheninfrastruktur. Die Beleuchtungsindustrie steht im Zentrum dieser Lichttechnologie-Revolution.
2. Der Wendepunkt für die Branche ist erreicht: Das bestehende Dilemma und neue, schrittweise Chancen in der Beleuchtungsindustrie
Mit Blick auf den aktuellen Entwicklungsstand der chinesischen Beleuchtungsindustrie befindet sie sich an einem kritischen Wendepunkt: Das Wachstum der traditionellen Branchen hat seinen Höhepunkt erreicht, und neue Branchen benötigen dringend bahnbrechende Innovationen.
Einerseits ist der traditionelle Beleuchtungsmarkt in eine Ära des harten Wettbewerbs eingetreten. Nach dem goldenen Jahrzehnt der LED-Technologie hat Chinas Beleuchtungsindustrie das weltweit vollständigste industrielle Wertschöpfungssystem entwickelt und eine führende Produktionsposition eingenommen. Andererseits steht sie jedoch vor dem Dilemma eines verschärften Wettbewerbs mit homogenen Anbietern, sinkenden Produktmargen und unzureichendem Wachstumstempo. Ob Allgemeinbeleuchtung, Gewerbebeleuchtung oder Wohnraumbeleuchtung – die Branchenentwicklung hat sich vom Preiskampf zum Vertriebskampf ausgeweitet. Der zusätzliche Marktspielraum verringert sich stetig, und Unternehmen müssen dringend neue Wachstumsstrategien entwickeln.
Andererseits stieß Micro-LED als anerkannte Technologie der nächsten Generation in der Beleuchtungs- und Displayindustrie bei ihrer bisherigen Kommerzialisierung immer wieder auf Hindernisse. Bislang beschränkte sich das Marktpotenzial von Micro-LED in der Branche auf Anwendungsbereiche der Unterhaltungselektronik wie AR/VR-Mikrodisplays, hochwertige kommerzielle Displays, Fahrzeugbeleuchtung und Wearables. Diese Anwendungsbereiche zeichnen sich typischerweise durch lange Einführungszyklen, hohe Produktionsschwellen, starken Wettbewerb und rasch sinkende Gewinne aus. Die meisten Unternehmen befinden sich im Dilemma zwischen hohen Investitionen in Forschung und Entwicklung und begrenzten Marktrenditen.
Der Aufstieg des KI-gestützten optischen Verbindungskanals hat die Wachstumslogik der Micro-LED-Industrie grundlegend verändert und der chinesischen Beleuchtungsindustrie einen neuen, milliardenschweren Markt mit hohem Wert eröffnet. Anders als der Markt für Unterhaltungselektronik zählt der Markt für KI-gestützte optische Verbindungen zum Bereich des digitalen Infrastrukturaufbaus und weist drei Kernmerkmale auf, die perfekt auf die Transformationsbedürfnisse der Beleuchtungsindustrie abgestimmt sind:
Erstens ist der Marktwert sprunghaft angestiegen. Dieser Ansatz misst den Produktwert nicht mehr anhand des Versandvolumens, sondern anhand des Systemwerts als Kernkriterium. Der Wert einzelner Projekte ist hoch, und die Kundenkonzentration ist hoch. Sobald die Technologie verifiziert ist, kann eine langfristige und stabile Zusammenarbeit erreicht werden, wodurch die Niedrigpreisspirale des traditionellen Beleuchtungsmarktes vermieden wird;
Zweitens ermöglicht die Technologieakkumulation Wiederverwendung und Weiterentwicklung. Kerntechnologien wie das epitaktische Wachstum von Micro-LEDs, die Chipherstellung, der Massentransfer, die Gehäuseintegration und die Ansteuertechnik, die in der Beleuchtungsindustrie über viele Jahre hinweg entwickelt wurden, können allesamt erweitert und in optischen Kommunikationsszenarien wiederverwendet werden. Solange die Technologie für die Leistungsanforderungen auf Kommunikationsebene optimiert ist, kann die grenzüberschreitende Implementierung der Technologieproduktionskapazität erreicht werden;
Drittens vertiefen sich die Markteintrittsbarrieren und Wettbewerbsvorteile in der Branche kontinuierlich. Optische Verbindungsprodukte unterliegen strengen Anforderungen an Modulationsrate, Bitfehlerrate, Langzeitstabilität und Array-Konsistenz, was die Markteintrittsschwelle naturgemäß erhöht. Scheinwerferhersteller mit fundierter Kerntechnologie können sich dank ihrer technologischen Vorteile einen starken Wettbewerbsvorteil sichern und dem Wettbewerb im Niedrigpreissegment entgehen.
Internationale Branchenriesen haben bereits die Führung übernommen und die Machbarkeit dieses Ansatzes bestätigt. Der europäische Lichthersteller OSRAM hat seine in der Serienproduktion für adaptive Fahrzeugscheinwerfer bewährte Micro-LED-Technologie für grenzüberschreitende Anwendungen in optischen Verbindungsszenarien von KI-Rechenzentren eingesetzt. Der EVIYOS-Chip kann 25.600 unabhängig steuerbare Micro-LEDs integrieren. Die LED erreicht eine Datenübertragungsrate von 3,0 Gbit/s pro Kanal, der Stromverbrauch liegt unter 2 pJ/Bit und die Bitfehlerrate erfüllt die strengen Industriestandards. Microsoft hat die MOSAIC-Architektur vorgestellt, die eine optische Verbindung mit hoher Bandbreite nutzt. Der 800G-Prototyp wurde erfolgreich getestet und ist abwärtskompatibel zu bestehenden Schnittstellen. NVIDIA hat nicht nur die Anforderungen an geringen Energieverbrauch, Miniaturisierung und hohe Zuverlässigkeit der Siliziumphotonik-CPO-Lösungen von TSMC präzisiert, sondern auch standardisierte Integrationsschnittstellen für CPO-Lösungen auf den neuesten KI-Rechenplattformen wie GB200 und Blackwell bereitgestellt. Gleichzeitig investierte das Unternehmen 4 Milliarden US-Dollar in die optischen Technologieunternehmen Lumentum und Coherent und setzte dabei stark auf den Bereich der optischen Verbindungen; TSMC eröffnet eine 3D-Fabric-Packaging-Plattform und kooperiert mit dem amerikanischen Startup Avicena, um Verbindungsprodukte auf Basis von MicroLED herzustellen; MediaTek hat die MicroLED-Lichtquellentechnologie eigenständig erobert und aktive optische Kabellösungen auf den Markt gebracht.
Die hohe Dichte an Standorten großer internationaler Beleuchtungs- und Halbleiterhersteller verdeutlicht die Richtung des Branchenwandels: Im Wettbewerb der Beleuchtungsunternehmen geht es nicht mehr nur um Marktanteile, sondern um die Vormachtstellung in der gesamten Lichttechnologiebranche. Von der Beleuchtung bis hin zu optischen Verbindungen – Chinas Beleuchtungsindustrie steht vor einer historischen Chance, vergleichbar mit dem Übergang von Glühlampen zu LEDs.
3. Der disruptive Vorteil der chinesischen Beleuchtungsindustrie: Zusammenarbeit zwischen Industrie, Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie Unterstützung durch die gesamte Wertschöpfungskette zur Nutzung von Chancen auf neuen globalen Märkten
Angesichts der neuen Herausforderungen durch KI-gestützte optische Verbindungen stand Chinas Beleuchtungsindustrie nicht bei null. Vielmehr verfügt sie über weltweit führende Pionierleistungen und eine solide industrielle Basis und ist bestens gerüstet, den Sprung vom Nachzügler zum Marktführer zu schaffen. Die heimische Wertschöpfungskette hat in dieser Phase des technologischen Wandels nicht den Anschluss verloren. Mit der weltweit umfassendsten Wertschöpfungskette für MicroLEDs haben chinesische Unternehmen Durchbrüche bei Schlüsseltechnologien erzielt und ihre neuesten Fortschritte bis 2025 präsentiert. So entstand eine abgestufte Struktur aus führender Implementierung, Forschung und Entwicklung sowie grenzüberschreitender Zusammenarbeit. Sie befinden sich in der entscheidenden Übergangsphase von der Musterprüfung zur Kleinserienfertigung. 2026 gilt in der Branche allgemein als das Jahr, in dem die Substitution heimischer Technologien beschleunigt wird.
Zunächst einmal haben technologische Durchbrüche in der wissenschaftlichen Forschung eine solide theoretische Grundlage für die industrielle Umsetzung geschaffen. Führende chinesische Universitäten wie die Fudan-Universität und die Nanjing-Universität haben weltweit führende Forschungsergebnisse im Bereich der optischen Micro-LED-Kommunikation erzielt: Das Team der Fudan-Universität hat das Problem der grünen Lücke im Micro-LED-Bereich gelöst, das die Branche jahrelang beschäftigt hat. Durch Strategien zur Spannungsreduzierung wird der Stark-Effekt aufgrund des Quanteneinschlusses gemildert, wodurch doppelte Durchbrüche in Modulationsbandbreite und Übertragungsrate erzielt werden. Dies bietet eine zentrale technische Grundlage für die Vollfarb-Sichtlichtkommunikation und die optische Verbindung mit hoher Dichte. Im Hinblick auf die Optimierung der Energieeffizienz hat das Team der Nanjing-Universität durch ein 1 nm dünnes Quantentopf-Design und eine Strombegrenzungstechnologie mittels Seitenwandpassivierung einen extrem niedrigen Stromverbrauch und eine extrem hohe Bandbreite von Micro-LED-Chips erreicht und damit eine chinesische Lösung für die energiesparende Verbindung von Rechenzentren bereitgestellt. Die Forschungsergebnisse der beiden großen Universitäten haben ein sich ergänzendes technisches System aus den beiden Dimensionen Leistungssteigerung und Energieeffizienzoptimierung hervorgebracht, das eine Grundlage für die technologische Transformation der heimischen Beleuchtungsindustrie bietet.
