計算機技術發展十分迅速，三十年前，一間房子大小的小型機的算力，到現在還比不上大家手機CPU的算力。令人吃驚的是，有這么一種38年前的技術，現在還在大家的電腦中運用十分廣泛，甚至它的控制器在計算機中的個數在過去五年中增長了兩倍，這項技術就是I2C （Inter-Integrated Circuit，IIC）總線。

就在某些新入行的同學還在糾結I2C和計算機中另一個相似總線SMBus的區別的時候，另一種替代I2C的新總線I3C已經出現在地平線上。春江水暖鴨先知，跟蹤最新技術的朋友也許已經在Intel路線圖和DDR5內存規格書中看到了這個名字了。現在是時候最后分清楚I2C和SMBus的區別，為I3C的到來做好準備了。

I2C vs SMBus?

I2C（Inter-Integrated Circuit，IIC） 最初由飛利浦（Philips）半導體（后并入NXP）在1982年提出，主要目的是提供一種簡單的、成本低廉的串行總線，用于MCU和電視機原件進行通信。它在最初是由一個Master（可以多Master）和可以多達127個Slave在由兩根線（SDA, SCL）組成的總線上進行通訊。

這樣MCU就可以不用再單獨和各個設備通訊，而僅僅用兩根線就可以和所有外圍設備愉快的通話了。這兩根線分別是數據線（SDA）和時鐘線（SCL）。如此這般，大大 節約了芯片引腳數目 ，方便主板布線，節省了整體成本。良好的設計，慢慢讓它得到了廣泛應用。這些年下來，I2C從省電和提高速度方面進行了三次版本升級，速度從10KHz提高到最高可達5MHz。現在計算機領域，大多數低速設備都是靠I2C通訊：大多數傳感器的數據讀取界面是I2C；Clock芯片CK404界面是I2C；內存條SPD信息的讀取界面是I2C；有些控制器的界面是I2C，等等。隨著速度提高，有些中速設備也是I2C：經常遇到的例子是筆記本電腦的觸摸板（Touch Pad）和觸摸屏（Touch Panel），只不過界面是HS I2C。

電腦里面常有的一個容易混亂的相似總線是SMBus，它由Intel在1995發布，最早用于和智能電池的通訊，后也經過三次提高，于2000年左右成熟后一直變化不大。SMBus脫胎于I2C，他可以說是I2C的一個子集。它在大部分情況下，也由一個Master（可以多Master）和眾多Slave組成，用兩根線（SMBDAT和SMBCLK）進行通訊：

I2C和SMBus兩者在一般應用下，區別不大，甚至大多數情況下互用也沒有問題。更讓人迷惑的是，兩者可以同時出現在一些設計中，這讓一些同學相當疑惑，兩者到底有什么區別？在I2C上重新發明一遍輪子有何意義呢？

答案在于I2C偏重速度，而SMBus偏重可靠性和成本。 I2C速度從10KHz起步（理論上可以更低至0），最高5MHz；而SMBus最低10KHz，最高100KHz。也 就是說在10KHz到100KHz上，兩者才通用 ，這就排除了中速和高速設備。I2C不強制Slave對地址請求發送回應（ACK），而SMBus要求必須ACK。于此對應，SMBus對NACK的要求也嚴格于I2C。這是因為SMBus面向電腦中很多可拆卸設備，必須確定該設備是否存在，避免誤操作。SMBus還加入了WatchDog，在SMBCLK拉低后，不得超過35ms（這就是10KHz的最低頻率的由來），否則Slave應該Reset。而I2C并沒有該限制。這讓SMBus避免了復雜的錯誤恢復電路。SMBus還提供了單獨的SMBSUS來用于Slave向Master報警。

I2C有什么缺陷？

I2C兩根線的設計相當簡潔而高效，讓MCU、PCH或CPU通過兩個PIN就可以通訊，節約了成本和簡化了設計。但是，所有的通訊都是由Master發起，Slave只是被動相應，這造成很大的麻煩。如果是輸出設備還行，但對輸入設備，CPU不知道有沒有數據，不得不定時Pull I2C總線，看看輸入存在與否，這與現代計算機系統設計初衷相反。隨著I2C使用越來越廣，越來越多的設備加入了更多的帶外（sideband）線來補足I2C的缺點，其中最重要的兩個線就是中斷線INT和一些RESET線，一個經典設計如下：

I2C經典設計

在圖中，左邊慢速I2C設備雖然共用了一個I2C總線，但每個設備都有自己的INT和Host相連，用于通知Host有事發生，而不是讓Host不停來查詢，這樣才能讓Host沒事進入省電狀態，更加高效。右邊的高速設備更是另辟自己的高速I2C總線。如此這般，理想中的簡潔設計在現實中越來越被破壞的支離破碎，常常是INT線比I2C線多得多。再加上進一步提高速度的需求，業界呼喚一種新的解決方案。于是I3C應運而生。

I3C來了

MIPI Alliance發布了I3C標準[1]（Basic免費下載）。I3C(Improved Inter Integrated Circuit)另一個名字叫做SenseWire，顧名思義，它的初衷是滿足眾多物聯網設備中的Sensor的，它帶來眾多的改進，除了常說的12.5MHz速度的提高之外：

更重要的是嵌入進協議的軟中斷。如此，就不需要單獨的INT連線了：

I3C設計

眾多帶外連線不見，高速I2C也不需要了，真正實現了高速和簡潔。它還向下兼容I2C，以前的設備也還用得上，一個混合系統是這樣：

它還節省了電力消耗：

I3C還有其他許多亮度：為了簡化設計，提出了I3C Hub；參考內存DDR的概念，提出了DDR加倍數據傳輸；支持省電模式；In-bound CRC校驗；Slave和Slave直接通訊。

結論

曾經有個同學把I2C叫做"I(ai),2(er),C(ci)"而被人狠狠嘲笑了一番，譏笑者一臉傲嬌的說“應該叫做I方C！這個“2”是指“平方”！”，更有非要用英文說"I-squared-C"來顯示技術niubility和知識淵博的。而實際上，我聽美國同事中叫它"I-squared-C"和"I-two-C"差不多一半一半，如此說來中文說法"I(ai),2(er),C(ci)"也并不過分。到了I3C，不知道傲嬌的同學如何用中文叫它，難道叫做“I三次方C”？也許可以和英文“I-three-C”一樣，叫做“I，3，C”就可以了。