Sachverhalt:
A.
Das Kriminalgericht des Kantons Luzern sprach A._ am 26. August 2016 des gewerbsmässigen Betruges nach Art. 146 Abs. 1 und 2 StGB schuldig. Es verurteilte ihn zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 14 Monaten und verpflichtete ihn, der B._ GmbH in solidarischer Haftbarkeit mit D._ Fr. 542'819.90 zzgl. Zins zu bezahlen. Im Mehrbetrag verwies es die Zivilforderung auf den Zivilweg. A._ erhob gegen das Urteil Berufung und die Staatsanwaltschaft Anschlussberufung.
B.
Das Kantonsgericht Luzern bestätigte am 13. August 2020 den erstinstanzlichen Schuldspruch wegen gewerbsmässigen Betrugs und die Zivilforderung der B._ GmbH. Es stellte eine Verletzung des Beschleunigungsgebots fest und verurteilte A._ zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 15 Monaten.
Das Kantonsgericht hält folgenden Sachverhalt für erwiesen:
A._ war für die B._ GmbH tätig und D._ für die C._ AG. D._ täuschte im Zusammenwirken mit A._ im Zeitraum vom 23. Dezember 2003 bis 6. Dezember 2004 in 21 Fällen bei der B._ GmbH Warenbestellungen von vermeintlichen Endkunden vor. Obwohl es nie zu einem Warenfluss kam, da die Bestellungen umgehend wieder storniert wurden, machten die zuständigen Mitarbeiter der C._ AG bei der B._ GmbH Rabattrückforderungen (sog. Rebate Claiming) geltend. Insgesamt wurden von der B._ GmbH in diesem Zusammenhang Claim-Beträge von Fr. 927'840.53 (wovon Fr. 148'524.68 doppelt) an die C._ AG ausbezahlt. In zwei Fällen erfolgte keine Auszahlung. Die Claim-Rechnungen der C._ AG wurden wegen eines Systemfehlers trotz Stornierung der Bestellungen nicht zurückgestellt, was D._ und A._ bewusst ausnutzten. Letzterer erhielt für seine Mitwirkung, namentlich für die Herausgabe der für die fiktiven Geschäfte notwendigen Kundeninformationen sowie seine Unterstützung im Zusammenhang mit dem OPG (Order Processing Guideline) -Bewilligungsprozess und der im Frühjahr 2004 zwecks Bekämpfung von Missbräuchen des Rabattrückforderungssystems eingeführten EUV (Enduserverification) Zuwendungen von insgesamt Fr. 315'000.--.
C.
A._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, das Urteil vom 13. August 2020 sei aufzuheben und die Sache sei zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Eventualiter sei er vom Vorwurf des gewerbsmässigen Betrugs freizusprechen.

Erwägungen:
1.
1.1. Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die vorinstanzliche Beweiswürdigung. Er rügt im Wesentlichen, die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz sei lückenhaft, widersprüchlich und unverständlich. Er habe von den fiktiven Bestellungen und vom Systemfehler, der das Vorgehen von D._ ermöglicht habe, keine Kenntnis gehabt. Weiter bestreitet er, D._ die für die fiktiven Bestellungen notwendigen vertraulichen Informationen zu laufenden Projekten geliefert zu haben. Die Fr. 315'000.-- seien entgegen der Vorinstanz kein Entgelt für vertrauliche Informationen oder eine Unterstützung im Zusammenhang mit dem OPG-Bewilligungsprozess sowie der EUV gewesen. Der Beschwerdeführer wirft der Vorinstanz zudem vor, sie habe keinen der 21 Fälle untersucht und alle "in den gleichen Topf geworfen", obwohl sich die Fälle in wesentlichen Punkten unterscheiden würden.
1.2. Die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz kann vor Bundesgericht nur gerügt werden, wenn sie willkürlich ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>; vgl. auch Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG; <ref-ruling> E. 4.1.2; <ref-ruling> E. 2.1, 88 E. 1.3.1). Willkür bei der Sachverhaltsfeststellung liegt nach ständiger Rechtsprechung vor, wenn die vorinstanzliche Beweiswürdigung schlechterdings unhaltbar ist, d.h. wenn die Behörde in ihrem Entscheid von Tatsachen ausgeht, die mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch stehen oder auf einem offenkundigen Fehler beruhen. Dass eine andere Lösung ebenfalls möglich erscheint, genügt nicht (<ref-ruling> E. 4.1.2; <ref-ruling> E. 1.3.1; <ref-ruling> E. 2.3.1; <ref-ruling> E. 6.3; je mit Hinweisen). Die Willkürrüge muss in der Beschwerde anhand des angefochtenen Entscheids explizit vorgebracht und substanziiert begründet werden (<ref-law>). Auf ungenügend begründete Rügen oder allgemeine appellatorische Kritik am angefochtenen Entscheid tritt das Bundesgericht nicht ein (<ref-ruling> E. 4.1.2; <ref-ruling> E. 2.1, 88 E. 1.3.1).
Dem Grundsatz "in dubio pro reo" kommt in seiner Funktion als Beweiswürdigungsregel im Verfahren vor Bundesgericht keine über das Willkürverbot von <ref-law> hinausgehende Bedeutung zu (BGE <ref-ruling> E. 1.3.1 mit Hinweisen).
1.3. Die Vorinstanz nimmt eine detaillierte und ausführliche Beweiswürdigung vor. Dass in 21 Fällen fingierte Projekte und Warenbestellungen bei der B._ GmbH eingegeben wurden, gestützt auf welche die C._ AG ungerechtfertigte Rabattrückforderungen verlangte, wurde gemäss dem angefochtenen Entscheid vom Beschwerdeführer und von D._ im vorinstanzlichen Verfahren nicht bestritten (angefochtenes Urteil E. 5.2.1.1 S. 71). Die Vorinstanz legt überzeugend dar, weshalb die Behauptung des Beschwerdeführers, er habe keine Kenntnis davon gehabt, dass die Projekte erfunden waren, und seine Beteuerung, er habe der C._ AG nur öffentliche und allgemein zugängliche Kundeninformationen übermittelt, als widerlegt zu gelten hat (angefochtenes Urteil S. 77 in fine). Sie stellt hierfür u.a. auf die Aussagen von D._, der angab, die nötigen Angaben für die fingierten Projekte vom Beschwerdeführer erhalten zu haben; der Beschwerdeführer sei von Anfang an dabei gewesen und er habe ihm bei der Rückforderung der Claims geholfen (angefochtenes Urteil S. 75 f.). Dass der Beschwerdeführer Kenntnis von den fiktiven Bestellungen hatte, sei auch von E._ bestätigt worden, dessen Aussagen wiederum durch zwei E-Mails bestätigt würden (angefochtenes Urteil S. 76). Die Vorinstanz zieht für die Beweiswürdigung zudem ein vom Beschwerdeführer erstelltes Sitzungsprotokoll vom 15. Januar 2004 heran. Dieses halte fest, dass aufgrund der von der B._ GmbH neu eingeführten EUV als neues Kontrollinstrument die Händler die Liefernachweise an die Endkunden auf Anfrage der B._ GmbH liefern müssten; dies auch dann, wenn gar keine Ware ausgeliefert werde; ein solches Vorgehen sei nicht B._-konform und verstosse gegen B._-bid-Richtlinien; der Beschwerdeführer könne durch Weitergabe von Informationen wie Händleradressen, Endkundenangaben und laufenden aktuellen Projekten der C._ AG zu mehr Umsatzvolumen verhelfen. Die Vorinstanz schliesst aus diesem Protokoll, der Beschwerdeführer sei darüber im Bilde gewesen, dass die an die B._ GmbH gemeldeten Bestellungen nicht immer den Tatsachen entsprachen und dem durch die EUV entgegengewirkt werden sollte (angefochtenes Urteil S. 75 f.). Die Vorinstanz begründet schliesslich, weshalb sie zur Erkenntnis gelangt, dass der Beschwerdeführer die Fr. 315'000.--, deren Empfang er nicht bestritten habe, für sich privat erhielt. Die Vorinstanz würdig hierfür u.a. die Aussagen des Beschwerdeführers, wonach er die Gelder auch versteuert habe und es sich dabei um Entgelt für seine Beratertätigkeit gegenüber der C._ AG gehandelt habe. Dass die Gelder, wie vom Beschwerdeführer ursprünglich geltend gemacht, für einen nachhaltigen B._-Förderzweck bestimmt waren, erachtet die Vorinstanz als nicht glaubhaft (angefochtenes Urteil S. 77).
1.4.
1.4.1. Die vorinstanzlichen Sachverhaltsfeststellungen sind klar und verständlich. Widersprüche sind entgegen der Kritik des Beschwerdeführers weder ersichtlich noch rechtsgenügend dargetan. Dies gilt insbesondere auch für den Einwand des Beschwerdeführers, die Vorinstanz spreche teils von "fiktiven" Geschäften/Bestellungen und teils von "fingierten" Geschäften/Bestellungen, da es sich bei "fiktiv" und "fingiert" im vorliegenden Zusammenhang offensichtlich um Synonyme handelt.
1.4.2. Die Vorinstanz war auch nicht verpflichtet, sich mit jedem der 21 Fälle detailliert auseinanderzusetzen und jedes fingierte Projekt separat zu erörtern. Dass es 21 fingierte Fälle mit ungerechtfertigten Rückzahlungen gab, war gemäss dem angefochtenen Entscheid im vorinstanzlichen Verfahren nicht bestritten. Der Beschwerdeführer widerlegt dies nicht. Aus den Aussagen von D._ geht zudem hervor, dass die C._ AG für die fingierten Projekte auf die vertraulichen Angaben des Beschwerdeführers angewiesen war und dass dieser "von Anfang an dabei war". Gemäss der Rechtsprechung darf das Gericht bei einem serienmässig begangenen Betrug, soweit die Einzelfälle in tatsächlicher Hinsicht gleich gelagert sind und sich bezüglich Opfergesichtspunkten nicht wesentlich unterscheiden, die Tatbestandsmerkmale des Betrugs in allgemeiner Weise für alle Einzelhandlungen gemeinsam prüfen (vgl. <ref-ruling> E. 5a; Urteil 6B_910/2019 vom 15. Juni 2020 E. 4.4.2 mit Hinweis). Dies war vorliegend der Fall.
1.4.3. Was der Beschwerdeführer im Übrigen gegen die vorinstanzliche Beweiswürdigung vorträgt, erschöpft sich in einer unzulässigen appellatorischen Kritik am angefochtenen Entscheid. Der Beschwerdeführer beschränkt sich darauf darzulegen, die von der Vorinstanz erwähnten Indizien seien anders zu würdigen. Weshalb die vorinstanzliche Beweiswürdigung geradezu willkürlich sei soll, vermag er damit jedoch nicht aufzuzeigen. Der Beschwerdeführer wird sowohl durch D._ als auch durch das von ihm erstellte Sitzungsprotokoll vom 15. Januar 2004 und die unbestrittenermassen geflossenen Zahlungen von insgesamt Fr. 315'000.--, für welche der Beschwerdeführer in seiner Beschwerde keine Erklärung liefert, massiv belastet. Die Vorinstanz verfällt daher nicht in Willkür, wenn sie den angeklagten Sachverhalt als bewiesen erachtet.
2.
Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang des Verfahrens hat der Beschwerdeführer die Gerichtskosten zu tragen (<ref-law>).
Die Beschwerdegegnerinnen 2 und 3 wurden nicht zur Stellungnahme aufgefordert. Es sind ihnen im bundesgerichtlichen Verfahren keine Kosten erwachsen und keine Parteientschädigungen zuzusprechen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.
Die Gerichtskosten von Fr. 3'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3.
Dieses Urteil wird den Parteien und dem Kantonsgericht Luzern, 2. Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. September 2021
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Jacquemoud-Rossari
Die Gerichtsschreiberin: Unseld