在近期举行的2025年台积电OIP生态系统论坛上，半导体I/O技术的深刻变革成为焦点。
从基础GPIO到多功能I/O的演进
过去25年，半导体I/O已从180nm工艺下的简单通用输入/输出（GPIO）单元，发展为如今16nm/22nm工艺下高度集成、支持多协议的复杂库。现代I/O设计不再局限于基本功能，而是强调适应性、性能优化和市场定制化。
多协议融合推动GPODIO兴起
随着移动计算、物联网、边缘AI、车载系统等应用爆发，单一芯片需兼容多种通信协议。传统专用引脚模式难以满足需求，催生了GPODIO——一种兼具CMOS推挽与开漏模式的混合I/O。它可支持LVCMOS、SPI、I3C、JTAG及故障安全型开漏标准，实现跨市场复用。
GPODIO具备可配置输出驱动器，支持高速（下降时间<5ns，阻抗33–120Ω）与低速（下降时间20–1000ns，电流3–20mA）模式切换；输入模式控制（IMC）提供多种阈值选择，确保信号可靠性。电压兼容范围覆盖1.2V至3.3V VDDIO、低至0.65V的核心电源以及高达5V的外部开漏电压。
“超级”I/O支撑高性能应用场景
更先进的“超级”I/O宏单元集成了双单端或差分对结构，支持LVDS、MIPI、HSTL/SSTL（带片上终端ODT）和POD等超过20种标准，广泛应用于高性能计算（HPC）与5G基础设施中。
I/O库多样化：按需优化成主流
在22nm工艺节点，单一GPIO设计可衍生出多个专用库变体：PM22（超低功耗物联网，漏电流0.14nA）、MM22（平衡型移动应用）、OG22（车规级，8kV HBM）、EG22/TG22（高性能计算，采用交错封装提升密度）。这些库针对速度、漏电、ESD防护（2kV–16kV HBM，6A–16A CDM）和接口类型（如SPI、RGMII、eMMC）进行差异化优化。
代工厂现为每个工艺节点提供多个I/O库选项，产品架构师需根据目标市场精准选型，避免因错配导致性能损失。
模拟与射频I/O集成化提升设计效率
模拟和射频I/O技术日趋成熟，库中已包含预表征单元，如低电容射频焊盘（<75fF，>8kV HBM）、匹配的LVDS/HDMI差分对以及耐压达20V的高压模拟I/O，显著降低设计风险并加速产品上市。
2.5D/3D封装催生新型芯片间I/O
面向2.5D/3D先进封装和芯片堆叠，新型超低功耗、高密度I/O应运而生。例如在16nm工艺下实现4Gbps传输速率、直流电流低于0.1nA、尺寸仅10×20µm，适用于多芯片AI系统与存储器堆叠架构。
验证复杂度急剧上升
传统GPIO验证约需135个PVT角点，而现代多电压、多模式I/O则需超过12,000个角点，涵盖零伏、掉电等极端场景。精确的.Library建模已成为关键工程挑战。
结语：I/O设计进入精细化时代
半导体I/O已从“一刀切”的基础库，发展为高度优化、可配置且面向市场的复杂生态系统。依赖默认代工厂基础库的时代结束。要在2025年取得成功，必须深入理解应用需求，科学选择I/O库，并完成严格验证，以全面满足性能、功耗、可靠性和成本的多重目标。
（来源：内容编译自semiwiki）*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，转载仅为了传达一种不同的观点，不代表对该观点赞同或支持，如有异议，欢迎联系半导体行业观察。