I2C在多年前引入，他提供一種低成本的方法，將處理器連接到一組設備，以支援消費電子產品的需求；各種使用 I2C 的場所仍在許多行業廣泛使用，其低成本連接一組設備（也稱為多點）能力在很大程度上滿足了需求，雖然經常需要旁帶引腳，並且經常出現互通性問題。在不斷變化的需求使得 I2C 越來越嚴越成問題：隨著感測器使用的增加，這造成碎片化匯流排，增加多個包括 I2C、SPI 和 UART，來解決頻寬問題。此外，隨著更複雜的終端設備的出現而使引腳數變得更多，包括需要匯流排並行的各種每設備 GPIO 用於中斷（目標設備通知控制器）、睡眠和重定信號，等等。加之資料量的不斷增加發送/接收對匯流排頻寬和延遲造成了壓力。添加更多匯流排會添加更多引腳，更多佈線和更多能耗。

開發I3C 介面就是在解決感測器集成問題，這些問題在任何產品中使用 I2C、SPI 和 UART 時都會遇到，通過提供快速、低成本、低功率和易管理的雙線數位介面。 這些關鍵問題：性能、電源、引腳數（例如，目標中斷和重定控制）、互通性、匯流排管理和錯誤處理/卡死匯流排保護；並在保持向後的相容性以兼容舊版 I2C，來幫助實現過渡和演變。

I3C介面旨在改進I2C介面的功能，同時保持向後相容性。它定義了主機處理器和週邊設備（例如，感測器）之間的標準多點介面。 實施I3C規範極大地增加了系統設計師取代現有介面（即I2C、SPI、UART）的靈活性，並支援系統（例如感測器子系統）中越來越複雜和多樣化的設備，同時盡可能降低成本。

I3C介面主要有兩個關鍵關注點：盡可能少地使用能量來傳輸資料和控制，同時減少介面使用的物理引腳數量。

因此，I3C介面具有以下特點：

• 使用推挽方式(Push-Pull) 的雙線序列介面，速度高達12.5 MHz
• 與舊版I2C設備共存於同一匯流排（有一些限制）
• 在支援舊版I2C設備靜態位址的同時，支援動態位址分配
• 支援舊版I2C消息傳遞
• 類似I2C的單數據速率消息（SDR）
• 可選的高速資料速率消息模式（HDR）：
• HDR-DDR用於雙數據速率
• HDR-TSL，用於三元符號舊版匯流排（允許I2C設備）
• HDR-TSP，用於三元符號純匯流排（不允許I2C設備）
• HDR-BT用於批量傳輸
• 多點連接許多物理和虛擬裝置
• 多控制器能力
• 支持帶內中斷
• 支持熱插拔
• 同步定時支援
• 非同步時間戳記（僅適用於模式0）
• 分組地址分配
• 無需額外電線的目標重置
• 監控設備提前終止
• 設備到設備的隧道
• 多車道資料傳輸，適用於某些包括在I3C Basic中的HDR模式

注意：SDR模式和HDR-DDR模式的多車道資料傳輸不包括在I3C Basic中

I3C介面在匯流排功率方面提供了極大的效率，同時在速度上有顯著提升I2C的改進。圖2到圖5展示了不同的匯流排模式選項，這些選項提供了性能/功率與目標設備複雜性之間的權衡。

上述說明了I3C跟I2C總線的基本差異，今天來瞭解 I3C 在伺服器 (主機版) 內部的應用。

伺服器上的I3C 匯流排一般有下列挑戰需要考慮:

• 在實際應用場景中，I3C 匯流排上附掛 8-12 個副從設備(Slave device)且又需實現 12.5MHz 位元工作速率, 這樣的搭配已經是的極限. 超過太多副從設備會使得工作速度降低。
• 在伺服器主機板中PCB走線中，I3C 主設備(Master) 到最後一個從設備(slave device)的長距離走線 (一般會大於30英吋)，這樣的長距離會加劇匯流排電容問題，尤其是過多個從設備(slave device)連接時也會增加電容效應。一旦電容效應增加，波形會漸漸失真變形，甚至無法判斷。

• 主設備：1.0V / 1.2V / 1.8V / 3.3V (BMCs)，1.0V (CPU SPD 主設備)，3.3V (晶片組)
• 從設備：1.0V 和 1.8V (Intel CPU)，1.0V DDR5 SPD，PCIe I3C 1.8V (待定)

• I3C 具有多主設備能力(Multi master)，但伺服器供應商更傾向於在匯流排上一次連接一個主設備。
• I3C 多主設備協定/交接的挑戰：如何在兩個主設備之間作協定的交接優先權制定等。

• 相容支援 SMbus 的從設備（時鐘拉伸，ARP (位址解析通訊協定)：從設備(slave) 上往往不會只有單一I3C的裝置，還有其他I2C、 SMBus等混合型的掛接。
  

針對上面的挑戰，瑞薩提供I3C智慧切換集線器可以克服上述的問題。

其規格要點簡列如下：

• 兩個主側（上行）端口 (Master)
• 多達八個從側（下行）端口 (Slave)
• 主側端口多工器
• 支持 I2C 和 I3C Basic 1.0 協議
• 支持混合 I2C/I3C 線路
• 支持 帶內中斷IBI (In-Band Interrupt) 和 IBI 優化與即插即用（Hot Join）
• 從側(Slave)支持 SMBus 與SCL 拉伸
• 開漏模式下的 SMBus SCL 拉伸支持
• JEDEC SPD/模組管理總線上下文支持
• 支持控制器到目標的模擬開關模式
• 支持混合模擬開關和再驅動（專利申請中）
• 單一 3.3V 電源供應
• 支持控制器-目標電平轉換
• 片上電壓調節器或 IO 電源的直接平台連接
• 支持網路分區
• 支持混合透明和非透明橋接（專利申請中）

目前於英特爾伺服器平台Granite Rapid 系列上有參考設計使用 I3C智慧開關集線器，後面陸續有更新的平台也都有機率使用。

DDR5 DIMM info access

隨著高效伺服器需求與應用越來越多，伺服器主機板上的通訊速度也不斷的提升與進化。如何滿足未來的需求，也是專家們不斷制定新標準目的。

I3C 技術在 AI 伺服器上的應用主要集中在提高系統管理和通信效率。例如，I3C 可以用於伺服器內的模組管理，支持更高的數據傳輸速率和更低的功耗。這使得伺服器能夠更有效地處理大量數據，同時保持高性能和穩定性。此外，I3C 支持即插即用和熱插拔功能，這意味著系統管理員可以在運行中添加或移除設備，而不會中斷服務。這些特性使得I3C技術成為伺服器管理和數據中心應用中的理想選擇。

資料來源 Renesas 官網

I³C Intelligent Switches and Expanders | Renesas