Посоветуйте, если кто знает, память Flash или EEPROM с интерфейсом I2C максимального объёма.
Реально нужно 2 Мбайта. Удалось найти только 1 Мбит.

Есть 2 варианта:
1. Исрользовать адресацию. Легко (без сильного усложнения схемы) можно подключить до 4-х 1-Мб 12С корпусов на одну шину - см. выписку из 24AA1025/24LC1025/24FC1025, Microchip:
----------------------------------
A0, A1 Chip Address Inputs
The A0, A1 inputs are used by the 24XX1025 for multiple
device operations. The levels on these inputs are
compared with the corresponding bits in the slave
address. The chip is selected if the comparison is true.
Up to four devices may be connected to the same bus
by using different Chip Select bit combinations. In most
applications, the chip address inputs A0 and A1 are
hard-wired to logic ‘0’ or logic ‘1’. For applications in
which these pins are controlled by a microcontroller or
other programmable device, the chip address pins
must be driven to logic ‘0’ or logic ‘1’ before normal
device operation can proceed.
------------------------------------
2. Использовать SPI - память. Размер может быть огромным.

ставить SPI и CPU( или FPGA) для преобразования протоколов.

Преобразователи и совмещение - это ясно. Хотелось бы просто для начала знать, есть ли возможность сделать это только одним компонентом. SPI, к сожалению, не подходит в полной мере.

А вас скорость доступа вообще не волнует? Чтобы только прочитать 2МегаБайта по I2C почти минута требуется. SPI-ные DataFlash чуть ли не на два порядка быстрее.
P.S. кстати, потоковый преобразователь интерфейсов I2C-to-SPI довольно просто на CPLD реализуется. Я использовал XC9572XL, когда была такая нужда. Но на микроконтроллере думаю это даже проще будет реализовать.

Скорость доступа на I2C достаточная. CPLD - однозначно неподходит для данного случая. Тут важен вопрос цены устройства, и лишних компонент лучше было бы не ставить. Но, похоже, даже если нужная мне память и будет найдена, её стоимость будет совершенно неподходящей.

если скорость не важна то ставьте SPI (еще две ноги придется задействовать)
и програмно формируйте протокол

Если важна - тоже, ибо типичные 400KHz I2C программая эмуляция SPI побьет практически на любом контроллере.

Вот как раз таки в дополнительных ножках и проблема - нету их.

можно конечно извратится сажаем chip select на землю,
замыкаем miso mosi ставим pull up resistor и опять прогрмнно
формируем протокол. наприаер для чтения будет посылаем 03 00 00
переключаем направление данных и читаем данные