Marktbericht zu VCSELs für die Datenkommunikation: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (Singlemode, Multimode), Material (Galliumnitrit, Galliumarsenid, Indiumphosphid) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2026–2034

Neue Trends bei VCSEL für den Datenkommunikationsmarkt

Umstellung auf VCSEL-basierte, integrierte Optiken in KI-Rechenzentren

Der Wechsel von Kupferverbindungen zu VCSEL-basierten, integrierten Optiken beschleunigt sich in KI-Rechenzentren aufgrund des stark steigenden Bandbreitenbedarfs. Kupferverbindungen stoßen über kurze Distanzen an ihre Grenzen hinsichtlich Signalverlust, Wärmeentwicklung und Leistungsaufnahme, während VCSEL-basierte optische Verbindungen höhere Geschwindigkeiten, geringere Latenz und verbesserte Energieeffizienz bieten. Integrierte Optiken integrieren die Optik näher an Switches und GPUs, wodurch Engpässe und der Stromverbrauch reduziert werden. Microsoft plant, bis 2025 rund 80 Milliarden US-Dollar in den Ausbau der KI-zentrierten Rechenzentrumsinfrastruktur zu investieren und so das rasante Wachstum großer GPU-Cluster für anspruchsvolle Workloads zu unterstützen. Google wird voraussichtlich im Jahr 2025 rund 75 Milliarden US-Dollar investieren, wobei ein erheblicher Anteil in für KI optimierte Hyperscale-Rechenzentren fließt, einschließlich des Einsatzes eigener TPU-Beschleuniger.

Umstellung auf Anti-Wellenleiter-Strukturen (A-VCSEL)

Anti-Wellenleiter-VCSEL-Strukturen (A-VCSEL) etablieren sich als wichtiger Trend im VCSEL-Markt für die Datenkommunikation, da sie die Wellenlängenstabilität unter hohen Temperaturen verbessern. Diese Designs reduzieren Schwankungen der optischen Begrenzung und tragen so zu einer gleichbleibenden Leistung auch in dichten, wärmeintensiven Rechenzentrumsumgebungen bei. Dies ist entscheidend für Hochgeschwindigkeitsverbindungen, bei denen thermische Schwankungen die Signalqualität beeinträchtigen können. Ein einzelnes Hyperscale-Rechenzentrum kann so viel Strom verbrauchen wie 50.000 bis 100.000 Haushalte, während KI-Cluster der nächsten Generation bis zu 20-mal mehr Energie benötigen könnten als heutige Einrichtungen.

Markttreiber

Steigendes Datenaufkommen und erhöhte Anforderungen an die Energieeffizienz treiben den Einsatz von VCSELs im Datenkommunikationsmarkt voran.

Die rasante Verbreitung von Cloud Computing, künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und 5G-Diensten führt zu einem starken Anstieg des Datenverkehrs in modernen Rechenzentren. Diese Anwendungen erfordern einen schnellen Datenaustausch zwischen Servern, Speichersystemen und Prozessoren, wodurch der Bedarf an Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit geringer Latenz steigt. Optische Verbindungen auf VCSEL-Basis bieten im Vergleich zu herkömmlichen Kupferleitungen eine effiziente Kurzstreckenkommunikation mit geringerem Stromverbrauch. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) gibt an, dass der globale Internetverkehr mehrere Zettabyte erreicht hat, wobei der Festnetz-Breitbandverkehr jährlich über 7 Zettabyte liegt. Treiber dieser Entwicklung sind die steigende Nachfrage durch Videostreaming, Cloud Computing und KI-Anwendungen.

Der zunehmende Fokus auf Energieeffizienz und Bandbreitendichte in modernen Computersystemen treibt die Verbreitung der VCSEL-Technologie in Datenkommunikationsnetzen voran. Mit dem Wachstum von Rechenzentren streben Betreiber danach, den Energieverbrauch zu senken und gleichzeitig den Datendurchsatz pro Flächeneinheit zu erhöhen. VCSELs ermöglichen optische Hochgeschwindigkeitsverbindungen mit kurzer Reichweite und geringerem Stromverbrauch im Vergleich zu elektrischen Verbindungen und unterstützen so dichte Serverarchitekturen. Für KI-gestützte, beschleunigte Server in GPU-Clustern wird ein jährliches Wachstum des Strombedarfs von rund 30 % prognostiziert – deutlich schneller als bei herkömmlichen Servern.

Marktbeschränkungen

Parasitäre RC-Effekte und Probleme mit der Selbsterhitzung hemmen das Wachstum von VCSEL im Markt für Datenkommunikation

Parasitäre RC-Effekte stellen im VCSEL-Markt für die Datenkommunikation eine wesentliche Einschränkung dar, da sie die Modulationsbandbreite begrenzen. Die Kombination aus Serienwiderstand und Bauelementkapazität beschränkt die elektrische Leistung und begrenzt die Bandbreite typischerweise auf etwa 27–30 GHz. Dies begrenzt die Datenraten pro Lane auf nahezu 100–200 Gbit/s und erschwert eine weitere Skalierung. Um dies zu überwinden, müssen Hersteller die Bauelementstrukturen, wie z. B. die Aperturgeometrie und die Kontaktanordnung, neu gestalten, was die Komplexität und die Kosten erhöht. Infolgedessen könnte sich die Markteinführung verlangsamen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei denen alternative optische Technologien eine bessere Skalierbarkeit und Leistung bieten können.

Die Eigenerwärmung stellt eine wesentliche Einschränkung für VCSELs im Datenkommunikationsmarkt dar, insbesondere bei hohen Betriebsströmen. Joulesche Erwärmung und die Absorption freier Ladungsträger erhöhen die Innentemperatur, was die Relaxationsschwingungsfrequenz sättigt und die optische Verstärkung reduziert. Dies begrenzt die erreichbare Modulationsgeschwindigkeit und die Ausgangsleistung. VCSELs mit großer Apertur sind aufgrund höherer Verlustleistung und weniger effizienter Kühlung einer stärkeren Erwärmung ausgesetzt, was zu einem thermischen Roll-Over führt, bevor die optimale Leistung erreicht ist. Infolgedessen sinken die Zuverlässigkeit und Effizienz der Bauelemente, was die Verbreitung in Hochgeschwindigkeits- und Hochdichte-Datenkommunikationssystemen, die eine stabile und skalierbare Leistung erfordern, verlangsamt.

Marktchancen

Hochleistungsfähige Datenkommunikationssysteme und optische Ein-/Ausgänge bieten Wachstumschancen für VCSEL-Technologien für Akteure im Datenkommunikationsmarkt.

Die VCSEL-Technologie bietet Wachstumschancen für Hochleistungs-Datenkommunikationssysteme, da KI-Workloads zunehmend auf große GPU- und TPU-Cluster angewiesen sind. Dieser Faktor ergibt sich aus dem Bedarf an ultraschnellen Kurzstreckenverbindungen.optische VerbindungenVCSEL-Arrays ermöglichen den massiven Datenaustausch zwischen Prozessoren in KI-Servern. Sie realisieren hochdichte, energieeffiziente optische Verbindungen, die die Bandbreite erhöhen und den Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Verbindungen reduzieren. Dies verbessert die Systemskalierbarkeit in Hyperscale-Rechenzentren, wo KI-Modelltraining und -inferenz einen kontinuierlichen Datenfluss erfordern. Das Wachstumspotenzial steigt, da die Grenzen elektrischer I/O-Schnittstellen in Hochleistungsrechnerumgebungen immer deutlicher sichtbar werden. Langfristig wird mit einer Ausweitung der VCSEL-Technologie auf die gesamte KI-Infrastruktur gerechnet, was eine schnellere und effizientere Chip-zu-Chip-Kommunikation in fortschrittlichen Computersystemen ermöglicht.

Optische I/O-Schnittstellen auf VCSEL-Basis eröffnen neue Wachstumsperspektiven für fortschrittliche Computer- und Halbleiterverbindungssysteme, da die elektrische Signalübertragung an ihre physikalischen und Leistungsgrenzen stößt. Dies ist auf Einschränkungen wie Signalverluste, Bandbreitenengpässe und den steigenden Energieverbrauch in Hochgeschwindigkeitsverbindungen zurückzuführen. Optische Verbindungen auf VCSEL-Basis lösen diese Probleme durch latenzarme, schnelle und energieeffiziente Datenübertragung zwischen Chips und Beschleunigern. Dadurch wird die Leistung in KI-gesteuerten Architekturen verbessert, in denen dichte Rechencluster eine nahtlose Vernetzung erfordern. Es wird erwartet, dass sich dieses Wachstumspotenzial weiter ausdehnt, da Prozessoren der nächsten Generation zunehmend optische I/O-Lösungen zur Skalierung und Effizienzsteigerung integrieren.

Regionale Einblicke

Nordamerika: Marktführerschaft durch die Einführung von Hochgeschwindigkeits-Ethernet und den Ausbau der Hyperscale-Infrastruktur

Der nordamerikanische Markt für VCSELs in der Datenkommunikation erreichte 2025 einen Anteil von 19,8 %. Treiber dieser Entwicklung war die frühe Einführung von Ethernet-Standards der nächsten Generation wie 400G und dem aufkommenden 800G in großen Rechenzentren. Diese Entwicklung ermöglicht schnellere Server-Switch-Verbindungen, die für KI-Workloads, Cloud Computing und Echtzeitanalysen benötigt werden. VCSEL-basierte Multimode-Optiken sind weit verbreitet, da sie kosteneffiziente und hohe Übertragungsgeschwindigkeiten über kurze Distanzen innerhalb von Racks bieten. In den USA gibt es über 4.000 Rechenzentren, wobei Hyperscale-Einrichtungen typischerweise über 5.000 Server beherbergen, um KI- und GPU-basierte Workloads zu unterstützen. Diese Zentren verbrauchen erhebliche Mengen an Energie, etwa 176 TWh im Jahr 2023, was rund 4,4 % des nationalen Stromverbrauchs entspricht. Es wird erwartet, dass die Nachfrage stark ansteigen wird, wobei der Verbrauch bis 2028 voraussichtlich 325–580 TWh erreichen wird, was potenziell bis zu 12 % des gesamten US-Stromverbrauchs entspricht und die rasante Expansion der großflächigen Computerinfrastruktur unterstreicht.

Der US-amerikanische Markt für VCSELs in der Datenkommunikation wird durch das rasante Wachstum von KI- und Machine-Learning-Anwendungen angetrieben, was die Nachfrage nach Datenkommunikation mit hoher Bandbreite erhöht und die VCSEL-Einführung beschleunigt. Steigende Bandbreitenanforderungen auf Sockelebene, die bereits 30 Tbit/s übersteigen und bis 2028 voraussichtlich 400 Tbit/s erreichen werden, bringen herkömmliche elektrische Verbindungen an ihre Grenzen. Optische Verbindungen auf VCSEL-Basis begegnen dieser Herausforderung, indem sie eine Datenübertragung mit hoher Dichte, geringer Latenz und verbesserter Energieeffizienz ermöglichen. Dies ist insbesondere in US-amerikanischen Hyperscale-Rechenzentren von entscheidender Bedeutung, wo große GPU-Cluster skalierbare Verbindungslösungen benötigen, um KI-Verarbeitung in Echtzeit und datenintensive Anwendungen zu unterstützen. Eine grenzüberschreitende Initiative mit Beteiligung von Akteuren aus den USA und der EU hat Programme zur Stärkung der Galliumversorgungssicherheit für die Halbleiterindustrie ins Leben gerufen.PhotonikGeräte, die die VCSEL-Produktion für optische Kommunikationssysteme, die in KI-Rechenzentren eingesetzt werden, direkt unterstützen.

Der kanadische Markt für VCSEL-basierte Datenkommunikation wird durch die Nachfrage nach effizienten Datenkommunikationstechnologien angetrieben. Der Ausbau von Cloud-Diensten, digitalen Plattformen und KI-Anwendungen erhöht den Bedarf an schnellen Kurzstreckenverbindungen innerhalb von Rechenzentren. VCSEL-basierte optische Multimode-Lösungen bieten eine kostengünstige und zuverlässige Option für diese Umgebungen und unterstützen hohe Datenraten bei geringerem Stromverbrauch. Die Rechenzentrumskapazität in Kanada wächst rasant: Bis 2025 sind über 10 GW geplant, verglichen mit derzeit rund 1,4 GW. Ontario und Quebec führen dieses Wachstum an, decken fast die Hälfte des kanadischen Rechenzentrumsmarktes ab und sind wichtige Zentren für die Entwicklung von Hyperscale-Rechenzentren.

Asien-Pazifik: Schnellstes Wachstum durch rasante Expansion KI-gestützter Rechenzentrumsinfrastruktur

Der Markt für VCSELs in der Datenkommunikation im asiatisch-pazifischen Raum wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 20,65 % wachsen. Treiber dieses Wachstums ist der rasante Ausbau der Rechenzentrumsinfrastruktur durch die zunehmende Verbreitung von KI und digitalen Diensten. Länder wie China, Indien und Singapur errichten KI-optimierte Einrichtungen, die eine schnelle interne Vernetzung erfordern. VCSEL-basierte Multimode-Transceiver erfüllen diese Anforderungen, indem sie energieeffiziente, hochdichte Kurzstreckenverbindungen innerhalb von Servern und Switches ermöglichen. Chinas staatlich geförderter Ausbau von KI-Rechenzentren unterstützt die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsverbindungen maßgeblich. Im Rahmen der Initiative „Eastern Data, Western Computing“ wurden rund 1,95 Millionen Serverracks für den Aufbau großflächiger KI-Cluster installiert. Darüber hinaus wurden bis 2025 rund 4 Millionen KI-GPUs ausgeliefert, was das rasante Wachstum der GPU-basierten Infrastruktur in diesen Einrichtungen unterstreicht.

Der chinesische Markt für VCSELs in der Datenkommunikation wächst aufgrund der rasanten Migration von 100G auf 400G. Die neuen 800G-Ethernet-Standards treiben die Nachfrage nach VCSEL-basierten Multimode-Optiken in der Datenkommunikation zusätzlich an. Diese Hochgeschwindigkeitsnetzwerke unterstützen KI-, Machine-Learning- und Cloud-Computing-Workloads, die eine schnelle Server-Switch- und GPU-zu-GPU-Kommunikation erfordern. VCSELs bieten kostengünstige, energieeffiziente und zuverlässige Kurzstreckenübertragung innerhalb von Rechenzentrumsracks. Führende Cloud-Anbieter wie Alibaba Cloud, Tencent Cloud und Baidu setzen optische Transceiver mit hoher Dichte in Hyperscale-Rechenzentren ein.

In Japan haben das Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie sowie das Ministerium für Innere Angelegenheiten und Kommunikation 2025 den öffentlich-privaten Beirat für Watt-Bit-Kooperation ins Leben gerufen, um die Planung der Energie- und digitalen Infrastruktur zu koordinieren. Dies stärkt den Markt für VCSELs in der Datenkommunikation. Die Initiative unterstützt den effizienten Ausbau KI-gestützter Rechenzentren durch die Integration von Strom- und Telekommunikationsnetzen und fördert energieeffiziente Technologien in optischen Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen. Dadurch gewinnen VCSEL-basierte Optiken für die energieeffiziente und hochdichte Datenübertragung deutlich an Bedeutung. Beispielsweise nutzen Hyperscale-Rechenzentren in Tokio und Osaka, die KI-Workloads ausführen, optische Verbindungen, um den Energieverbrauch zu senken und gleichzeitig eine extrem hohe Server- und GPU-Kommunikationsleistung zu gewährleisten.

Nach Typ

Das Multimode-Segment dominierte den Markt im Jahr 2025 mit einem Anteil von 54,67 %. Grund dafür ist seine breite Anwendung in Kurzstreckenverbindungen von Rechenzentren, insbesondere zwischen Servern und Switches im Bereich von 100 bis 500 Metern. Es findet breite Anwendung in Hyperscale-Umgebungen, in denen der Großteil des Datenverkehrs innerhalb der Einrichtungen stattfindet und unterstützt Hochgeschwindigkeits- und latenzarme Kommunikation für KI-Trainingscluster und Cloud-Workloads. Seine Effizienz bei der Verarbeitung hoher Ost-West-Verkehrsdichten macht es geeignet für groß angelegte parallele Verarbeitungsarchitekturen.

Für das Segment der Singlemode-VCSELs wird im Prognosezeitraum ein jährliches Wachstum von 18,4 % erwartet, da KI-Cluster über einzelne Rechenzentren hinaus auf Campus-weite Installationen ausgeweitet werden. Bei größeren Entfernungen kommt es bei Multimode-Lösungen zu Signalstreuung und Leistungsverlusten, was die Skalierbarkeit einschränkt. Singlemode-VCSELs bieten über größere Entfernungen eine höhere Signalintegrität und geringere Dämpfung und eignen sich daher für gebäudeübergreifende und verteilte Rechenzentrumsnetzwerke.

Nach Material

Galliumarsenid dominierte den Markt mit einem Anteil von 33,54 % im Jahr 2025 aufgrund seiner hohen Elektronenmobilität und überlegenen optischen Eigenschaften. Dies ermöglicht eine schnellere Signalübertragung als Silizium in optischen Hochgeschwindigkeitsverbindungen. Dadurch wird die Effizienz von VCSEL-basierten Kurzstreckenverbindungen zwischen Servern und Switches in Hyperscale-Rechenzentren, die KI- und Cloud-Workloads unterstützen, verbessert. Die stabile Leistung der Bauelemente unterstützt zudem eine präzise Fertigung und einen zuverlässigen Laserbetrieb in Umgebungen mit hoher Rechendichte.

Indiumphosphid wird aufgrund seiner hohen Elektronenmobilität, die eine schnellere Ladungsträgerbewegung und eine verbesserte optische Signalgenerierung ermöglicht, im Prognosezeitraum voraussichtlich ein jährliches Wachstum von 21,86 % verzeichnen. Dies verbessert die Modulationsleistung und ermöglicht höhere Datenraten bei gleichzeitig reduzierter Signalverzerrung in modernen VCSEL-Kommunikationssystemen. Die Verwendung von Indiumphosphid nimmt zu, da Rechenzentren auf 400G-, 800G- und noch schnellere Verbindungsstandards umstellen, die effiziente optische Langstreckenverbindungen erfordern.