El 15 de diciembre de 2025, Microsoft anunció que Windows Server 2025 finalmente adoptaría el estándar NVMe de forma nativa en su arquitectura de almacenamiento. Sin embargo, el almacenamiento NVMe ha sido un formato popular en servidores, estaciones de trabajo empresariales y PC de consumo durante muchos años, con compatibilidad con sistemas operativos integrada desde Windows Server 2012 R2 y Windows 8.1. Teniendo esto en cuenta, un anuncio sobre la compatibilidad "nativa" con NVMe podría no parecer importante ni noticiable, pero les aseguramos que hay mucho más detrás de esto.
¿Qué significa exactamente “NVMe nativo”?
En versiones anteriores de las pilas de almacenamiento de Windows para consumidores y servidores, los comandos utilizados para leer y escribir datos, independientemente de los protocolos del hardware subyacente, siempre se traducían a comandos SCSI. El estándar SCSI (Small Computer System Interface) data de principios de la década de 1980 y fue diseñado para conectar periféricos y unidades de almacenamiento a ordenadores (Storage Networking Industry Association, s.f.). Es la base de varios protocolos de almacenamiento modernos utilizados para diversas cargas de trabajo, incluidos protocolos conectados a la red como iSCSI (Internet Small Computer System Interface) y FCP (Fibre Channel Protocol), e interfaces de almacenamiento local como SAS (Serial Attached SCSI) y UASP (USB Attached SCSI).
El viejo camino
Al convertir diferentes protocolos en comandos SCSI, Microsoft unificó los comandos de almacenamiento en niveles superiores del sistema operativo. Sin embargo, sacrificó muchas de las mejoras de escalabilidad y rendimiento de las arquitecturas de almacenamiento modernas. El antiguo procedimiento para las operaciones de E/S era el siguiente:
- Las operaciones de lectura y escritura tienen lugar en la pila de almacenamiento superior, a nivel del sistema de archivos.
- Los comandos se transmiten al controlador Disk.sys.
- Disk.sys traduce los comandos genéricos de almacenamiento en comandos SCSI.
- Storport recibe los comandos SCSI y los envía al controlador Miniport correspondiente (por ejemplo, StorAHCI.sys para unidades SATA).
- El controlador Miniport correspondiente se comunica directamente con el dispositivo de almacenamiento, traduciéndolo nuevamente al formato de comando de almacenamiento apropiado.
Otras convenciones SCSI, como los LUN (números de unidad lógica) utilizados para identificar particiones de datos en un dispositivo de almacenamiento, se incorporaron a la pila de almacenamiento de Windows, a pesar de que conceptos más recientes como los espacios de nombres NVMe existen desde hace bastante tiempo (Hands, Worley y Lakhveer Kaur, s.f.).
El nuevo estándar
La nueva arquitectura de almacenamiento de Microsoft para Windows Server 2025 habilita nuevas funciones en Storport y reemplaza Disk.sys por NVMeDisk.sys, lo que proporciona un marco escalable, preparado para el futuro y de alto rendimiento.
- Las operaciones de lectura y escritura tienen lugar en la pila de almacenamiento superior, a nivel del sistema de archivos.
- Los comandos se pasan directamente desde NVMeDisk.sys al nuevo código StorMQ dentro de Storport.
- StormMQ genera los comandos NVMe (u otro tipo de almacenamiento) adecuados para cada operación de lectura y escritura y los envía directamente al propio hardware.
(Imagen de la presentación de Scott Lee en la Conferencia de Desarrolladores de SNIA el 16 de septiembre de 2025)
Este nuevo estándar para operaciones de unidades en Windows Server 2025 elimina una capa de traducción y se integra completamente con las colas de comandos de almacenamiento en dispositivos NVMe, RAID y HBA. La optimización del sistema de almacenamiento de Windows también ofrece beneficios adicionales, como la reducción del uso de recursos de CPU al eliminar la traducción innecesaria de comandos de almacenamiento y una mejor utilización de los procesadores lógicos. La nueva arquitectura adopta otras especificaciones de NVMe, como los espacios de nombres NVMe y la compatibilidad plug-and-play. Permite crear controladores Miniport de almacenamiento específicos del proveedor o del tipo de dispositivo e integrarlos en Windows para una mayor compatibilidad y rendimiento con las nuevas clases de dispositivos de almacenamiento (Lee, SNIA SDC 2025 – Storage Multi-Queue on Windows, 2025).
¿Listo para probar?
En su presentación en la Conferencia de Desarrolladores de SNIA el 16 de septiembre de 2025, Scott Lee reveló que Microsoft ya estaba colaborando estrechamente con los proveedores para desarrollar nuevos controladores para dispositivos como tarjetas RAID y HBA. Esto sugiere que las mejoras a StorMQ llegarán pronto o que ya podrían estar habilitadas en muchos dispositivos de almacenamiento. La función se anunció como disponible para el público general en diciembre pasado, pero la nueva pila de almacenamiento solo se habilita de forma opcional, requiriendo la adición de una clave de registro. Puede consultar los pasos para habilitarla en el artículo de anuncio de NVMe nativo de Microsoft.
Advertencia: Modificar incorrectamente el registro puede causar problemas graves, así que asegúrese de probarlo primero en un servidor que no sea crítico. Varios usuarios que habilitaron esta función reportaron problemas con unidades NVMe con la deduplicación activada. Si bien Microsoft pronto lanzará una solución oficial, ¡proceda bajo su propia responsabilidad!
Pruebas de NVMe nativo en Windows Server 2025
Nuestra plataforma de pruebas para evaluar NVMe nativo en Windows Server 2025 (compilación del sistema operativo 26100.32370) contaba con un servidor de doble socket SP5 equipado con dos CPU AMD EPYC 9754 de 128 núcleos. Junto a los procesadores multinúcleo, disponíamos de una impresionante memoria DDR5 de 768 GB que funcionaba a 4800 MT/s.
Nota: Según Yash Shekar de Microsoft, ya se ha lanzado una mejora provisional no relacionada con NVMe nativo para Windows Server 2025, que puede haber proporcionado una mejora adicional para la pila de almacenamiento no nativa, disminuyendo la posible diferencia entre los resultados.
Para evaluar el potencial de la nueva pila de almacenamiento, utilizamos quince SSD Solidigm P5316 NVMe de 30.72 TB con PCIe 4.0 en una configuración JBOD. Es importante destacar que el Solidigm P5316 tiene una unidad de indirección de 64 kilobytes, lo que significa que los resultados de escritura para tamaños más pequeños (como las pruebas de 4K) suelen ser peores de lo esperado. Teniendo en cuenta esta mayor unidad de indirección, ejecutamos pruebas de rendimiento FIO con lectura y escritura para 4K aleatorios, 64K aleatorios y secuenciales, y 128K secuenciales para comparar la velocidad general en diferentes tamaños de bloque. También monitorizamos el uso de la CPU durante las pruebas para evaluar las afirmaciones de Microsoft sobre una mayor eficiencia.
Destacados
- Aumento masivo del ancho de banda de lectura aleatoria de 4K y 64K y de las IOPS.
- Menor latencia de lectura aleatoria de 4K y 64K.
- Disminuciones significativas en el uso de la CPU para lecturas y escrituras secuenciales en diferentes tamaños de bloque.
| Métrico | Aleatorio 4K | Aleatorio 64K | Secuencial de 64K | Secuencial de 128K | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| No nativo | Nativo | No nativo | Nativo | No nativo | Nativo | No nativo | Nativo | |
| Leer | ||||||||
| Ancho de banda (GiB/s) | 6.1 | 10.058 | 74.291 | 91.165 | 35.596 | 35.623 | 86.791 | 92.562 |
| IOPS | 1,598,959 | 2,636,516 | 1,217,176 | 1,493,637 | 583,192 | 583,638 | 710,978 | 758,252 |
| Latencia promedio (ms) | 0.169 | 0.104 | 0.239 | 0.207 | 0.809 | 0.812 | 0.613 | 0.608 |
| Uso total de la CPU (%) | 72.67 | 74.22 | 68.44 | 65.11 | 44.89 | 37.11 | 61.56 | 49.56 |
| Métrico | Aleatorio 4K | Aleatorio 64K | Secuencial de 64K | Secuencial de 128K | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| No nativo | Nativo | No nativo | Nativo | No nativo | Nativo | No nativo | Nativo | |
| Escribe. | ||||||||
| Ancho de banda (GiB/s) | 1.803 | 1.756 | 7.654 | 7.655 | 44.67 | 50.087 | 50.477 | 50.079 |
| IOPS | 472,725 | 460,383 | 125,391 | 125,406 | 731,859 | 820,603 | 413,495 | 410,232 |
| Latencia promedio (ms) | 0.992 | 1.028 | 3.814 | 3.816 | 0.399 | 0.558 | 1.022 | 1.149 |
| Uso total de la CPU (%) | 26.00 | 20.67 | 12.22 | 9.33 | 70.44 | 57.78 | 58.44 | 47.33 |
Análisis de resultados
Comenzando con pruebas de lectura aleatoria de 4K y 64K, observamos velocidades de lectura significativamente mayores, con una diferencia de casi 4 GiB/s entre las pilas de almacenamiento nativas y no nativas (respectivamente) en la prueba de lectura aleatoria de 4K, y un aumento de casi 16.9 GiB/s en la lectura aleatoria de 64K. También observamos un incremento considerable en las operaciones de lectura secuencial de 128K, con nuestras pruebas mostrando un aumento de aproximadamente 5.8 GiB/s en el ancho de banda.
Curiosamente, no observamos aumentos significativos en nuestras pruebas de ancho de banda de escritura aleatoria o secuencial, siendo la única diferencia notable un incremento aproximado de 5.4 GiB/s en las escrituras secuenciales de 64K. La mayoría de nuestros resultados se mantuvieron dentro de un margen de 100 MiB/s, lo que sugiere que el rendimiento de la nueva pila de almacenamiento es, al menos, consistente con el de la anterior en los casos en que no hubo mejoras.
Dado que el rendimiento suele estar correlacionado con la latencia, también observamos grandes descensos en la latencia media de lectura aleatoria tanto para las pruebas de 4K como de 64K. En las pruebas de lectura aleatoria no nativa de 4K, se registró una disminución del 38.46 %, pasando de 0.169 milisegundos a 0.104. Las pruebas de lectura aleatoria de 64K mostraron una disminución menor, de alrededor del 13.39 %. La latencia no varió drásticamente con las operaciones de lectura secuencial, pero las operaciones de escritura aleatoria y secuencial mostraron aumentos generalizados, a pesar de un rendimiento similar o superior.
Además del aumento en las velocidades de lectura aleatoria, otra tendencia interesante revelada por nuestras pruebas FIO fue una disminución sustancial en el uso total de CPU para operaciones de lectura y escritura secuenciales de 64K y 128K. Las pruebas de escritura secuencial mostraron las diferencias más notables, con una caída promedio del 12.66 % en el uso de CPU para 64K y una caída casi idéntica del 11.11 % para 128K. La prueba de lectura secuencial de 128K que realizamos también mostró una disminución apropiada del 12 % en el uso, pero solo una disminución del 7.78 % para la lectura secuencial de 64K. Un factor a considerar es que, con una CPU lo suficientemente rápida, puede haber casos en los que ambas pilas puedan alcanzar el máximo potencial de un dispositivo de almacenamiento; por lo tanto, el rendimiento podría no aumentar, pero el uso de recursos de CPU disminuiría.
Conclusiones:
Si bien muchos de nuestros resultados se mantuvieron dentro de la variabilidad entre ejecuciones tras habilitar la nueva pila de almacenamiento, pudimos corroborar muchas de las afirmaciones de Microsoft, incluyendo un mayor ancho de banda de lectura con menor latencia y una disminución general del uso de la CPU. Dado que se trata de un cambio radical en su pila de almacenamiento de Windows Server, con décadas de antigüedad, Microsoft habilitará NVMe nativo de forma predeterminada en Windows Server vNext. Afortunadamente, la función se puede habilitar en Windows Server 2025 con una simple modificación del registro o una directiva de grupo, lo que permite a los administradores de servidores más audaces aprovechar la nueva pila desde hoy mismo (tras reconocer los riesgos de su implementación).
Esperamos que NVMe se habilite de forma nativa por defecto en la plataforma Windows Server, y confiamos en que los fabricantes de SSD NVMe, tarjetas RAID y HBA se sumen a la iniciativa, ¡ya que deberían poder llevar las mejoras de Microsoft al siguiente nivel!
Referencias
Hands, J., Worley, D., y Lakhveer Kaur. (s.f.). Espacios de nombres NVMe. Recuperado el 30 de diciembre de 2025 de NVM Express: https://nvmexpress.org/resource/nvme-namespaces/
Lee, S. (15 de septiembre de 2025). SNIA SDC 2025 – Almacenamiento multicola en Windows. San Tomas, CA, Estados Unidos de América: Storage Networking Industry Association. Recuperado el 29 de diciembre de 2025 de https://www.youtube.com/watch?v=dR-DWrmCba0&t
Lee, S. (16 de septiembre de 2025). Almacenamiento multicola en Windows: una nueva pila para hardware de almacenamiento de alto rendimiento. Recuperado el 29 de diciembre de 2025 de la Conferencia de Desarrolladores de SNIA: https://www.snia.org/sites/default/files/2025-10/SNIA-SDC25-Lee-Storage-Multi-Queue-On-Windows.pdf
Shekar, Y. (15 de diciembre de 2025). Anuncio de NVMe nativo en Windows Server 2025: El comienzo de una nueva era de rendimiento de almacenamiento. (Microsoft) Recuperado el 29 de diciembre de 2025 de Windows Server News and Best Practices: https://techcommunity.microsoft.com/blog/windowsservernewsandbestpractices/announcing-native-nvme-in-windows-server-2025-ushering-in-a-new-era-of-storage-p/4477353
Asociación de la Industria de Redes de Almacenamiento. (s.f.). ¿Qué es SCSI? Recuperado el 30 de diciembre de 2025 de la Asociación de la Industria de Redes de Almacenamiento: https://www.snia.org/education/what-is-scsi
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