Le 15 décembre 2025, Microsoft a annoncé que Windows Server 2025 intégrerait enfin nativement la norme NVMe à son architecture de stockage. Or, le stockage NVMe est un format répandu sur les serveurs, les stations de travail professionnelles et les PC grand public depuis de nombreuses années, sa compatibilité avec les systèmes d'exploitation étant assurée depuis Windows Server 2012 R2 et Windows 8.1. De ce fait, une annonce concernant la prise en charge « native » de NVMe pourrait paraître anodine, voire anecdotique. Pourtant, il y a plus à découvrir.
Que signifie exactement « NVMe natif » ?
Dans les versions précédentes des piles de stockage Windows (éditions grand public et serveur), les commandes de lecture et d'écriture de données, indépendamment des protocoles matériels sous-jacents, étaient systématiquement traduites en commandes SCSI. La norme SCSI (Small Computer System Interface) remonte au début des années 1980 et a été conçue pour connecter des périphériques et des disques de stockage aux ordinateurs (Storage Networking Industry Association, s.d.). Elle constitue la base de plusieurs protocoles de stockage modernes utilisés pour diverses charges de travail, notamment les protocoles réseau tels que iSCSI (Internet Small Computer System Interface) et FCP (Fibre Channel Protocol), ainsi que les interfaces de stockage local telles que SAS (Serial Attached SCSI) et UASP (USB Attached SCSI).
L'ancienne manière
En convertissant différents protocoles en commandes SCSI, Microsoft a unifié les commandes de stockage aux niveaux supérieurs du système d'exploitation. Toutefois, cette approche a sacrifié une grande partie des gains d'évolutivité et de performance des architectures de stockage modernes. L'ancien cheminement des opérations d'E/S était le suivant :
- Les opérations de lecture et d'écriture ont lieu dans la couche de stockage supérieure, au niveau du système de fichiers.
- Les commandes sont transmises au pilote Disk.sys.
- Disk.sys traduit les commandes de stockage génériques en commandes SCSI.
- Storport reçoit les commandes SCSI et les envoie au pilote Miniport approprié (par exemple, StorAHCI.sys pour les disques SATA).
- Le pilote Miniport correspondant communique directement avec le périphérique de stockage, en le traduisant à nouveau au format de commande de stockage approprié.
D'autres conventions SCSI, telles que les LUN (Logical Unit Numbers) utilisés pour identifier les partitions de données sur un périphérique de stockage, ont été reprises dans la pile de stockage Windows, même si des concepts plus récents comme les espaces de noms NVMe existent depuis un certain temps (Hands, Worley et Lakhveer Kaur, nd).
La nouvelle norme
La nouvelle architecture de stockage de Microsoft pour Windows Server 2025 active de nouvelles fonctionnalités dans Storport et remplace Disk.sys par NVMeDisk.sys, offrant ainsi un cadre évolutif, prêt pour l'avenir et performant.
- Les opérations de lecture et d'écriture ont lieu dans la couche de stockage supérieure, au niveau du système de fichiers.
- Les commandes sont transmises directement de NVMeDisk.sys au nouveau code StorMQ au sein de Storport.
- StorMQ génère les commandes NVMe (ou autre type de stockage) appropriées pour chaque opération de lecture et d'écriture et les envoie directement au matériel lui-même.
(Image tirée de la présentation de Scott Lee à la conférence des développeurs SNIA du 16 septembre 2025)
Cette nouvelle norme pour les opérations de disques sur Windows Server 2025 élimine une couche de traduction et s'intègre pleinement aux files d'attente de commandes de stockage sur les périphériques NVMe, RAID et HBA. La rationalisation du système de stockage Windows offre également des avantages supplémentaires, tels qu'une réduction de l'utilisation des ressources du processeur grâce à la suppression des traductions inutiles des commandes de stockage et une meilleure utilisation des processeurs logiques. La nouvelle architecture adopte d'autres spécifications NVMe, telles que les espaces de noms NVMe et la prise en charge du Plug-and-Play. Elle permet la création de pilotes Miniport de stockage spécifiques au fournisseur ou au type de périphérique et leur intégration à Windows pour une compatibilité et des performances accrues avec les nouvelles générations de périphériques de stockage (Lee, SNIA SDC 2025 – Storage Multi-Queue on Windows, 2025).
Prêt à tester ?
Lors de sa présentation à la conférence SNIA Developer le 16 septembre 2025, Scott Lee a révélé que Microsoft travaillait déjà en étroite collaboration avec les fournisseurs pour développer de nouveaux pilotes pour des périphériques tels que les cartes RAID et les HBA. Cela laisse supposer que les améliorations apportées à StorMQ seront bientôt disponibles, voire déjà activées sur de nombreux périphériques de stockage. La fonctionnalité a été annoncée comme étant disponible pour tous en décembre dernier, mais la nouvelle pile de stockage n'est activée que sur option, nécessitant l'ajout d'une clé de registre. Vous trouverez la procédure d'activation dans [lien manquant]. Article d'annonce de Microsoft sur la mémoire NVMe native.
Mise en garde: Toute modification incorrecte du registre peut entraîner de graves problèmes. Il est donc impératif de tester cette opération au préalable sur un serveur non critique. Plusieurs utilisateurs ayant activé cette fonctionnalité ont signalé des problèmes avec les disques NVMe dont la déduplication est activée. Bien qu'un correctif officiel de Microsoft soit prévu prochainement, vous procédez à vos risques et périls !
Test du NVMe natif sur Windows Server 2025
Notre plateforme de test pour l'évaluation du NVMe natif sur Windows Server 2025 (version 26100.32370) comprenait un serveur à deux sockets SP5 équipé de deux processeurs AMD EPYC 9754 à 128 cœurs. À ces processeurs multicœurs s'ajoutait une mémoire DDR5 de 768 Go fonctionnant à 4 800 MT/s.
À noter: Selon Yash Shekar de Microsoft, une amélioration intermédiaire sans lien avec le NVMe natif a déjà été publiée pour Windows Server 2025, ce qui pourrait avoir apporté un gain supplémentaire à la pile de stockage non native, réduisant ainsi l'écart potentiel entre les résultats.
Pour évaluer le potentiel de la nouvelle architecture de stockage, nous avons utilisé quinze SSD NVMe Solidigm P5316 de 30.72 To avec PCIe 4.0 en configuration JBOD. Il est important de noter que le Solidigm P5316 possède une unité d'indirection de 64 kilo-octets, ce qui signifie que les performances d'écriture pour des tailles plus petites (comme les tests 4K) sont souvent inférieures aux attentes. Compte tenu de cette unité d'indirection plus importante, nous avons effectué des tests FIO en lecture et en écriture pour des blocs aléatoires de 4K, des blocs aléatoires et séquentiels de 64K et des blocs séquentiels de 128K afin de comparer la vitesse globale pour différentes tailles de blocs. Nous avons également surveillé l'utilisation du processeur pendant les tests afin d'évaluer les affirmations de Microsoft concernant une efficacité accrue.
Points forts
- Augmentation considérable de la bande passante et des IOPS en lecture aléatoire 4K et 64K
- Latence de lecture aléatoire réduite pour les formats 4K et 64K
- Diminution significative de l'utilisation du processeur pour les lectures et écritures séquentielles, quelle que soit la taille des blocs.
| Métrique | 4K aléatoires | 64K aléatoires | Séquentiel 64K | Séquentiel 128K | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Non-autochtone | Originaire | Non-autochtone | Originaire | Non-autochtone | Originaire | Non-autochtone | Originaire | |
| Lire | ||||||||
| Bande passante (Gio/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 |
| Latence moyenne (ms) | 0.169 | 0.104 | 0.239 | 0.207 | 0.809 | 0.812 | 0.613 | 0.608 |
| Utilisation totale du processeur (%) | 72.67 | 74.22 | 68.44 | 65.11 | 44.89 | 37.11 | 61.56 | 49.56 |
| Métrique | 4K aléatoires | 64K aléatoires | Séquentiel 64K | Séquentiel 128K | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Non-autochtone | Originaire | Non-autochtone | Originaire | Non-autochtone | Originaire | Non-autochtone | Originaire | |
| Écrire | ||||||||
| Bande passante (Gio/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 |
| Latence moyenne (ms) | 0.992 | 1.028 | 3.814 | 3.816 | 0.399 | 0.558 | 1.022 | 1.149 |
| Utilisation totale du processeur (%) | 26.00 | 20.67 | 12.22 | 9.33 | 70.44 | 57.78 | 58.44 | 47.33 |
Analyse des résultats
En commençant par des tests de lecture aléatoire de 4K et 64K, nous avons observé des vitesses de lecture nettement supérieures, avec une différence de près de 4 Gio/s entre les architectures de stockage natives et non natives (respectivement) lors du test de lecture aléatoire de 4K, et une amélioration de près de 16.9 Gio/s lors de la lecture aléatoire de 64K. Nous avons également constaté une augmentation significative des opérations de lecture séquentielles de 128K, nos tests montrant un gain de bande passante d'environ 5.8 Gio/s.
Étonnamment, nous n'avons constaté aucune augmentation significative de la bande passante lors de nos tests d'écriture aléatoire ou séquentielle, la seule différence notable étant une hausse d'environ 5.4 Gio/s pour les écritures séquentielles de 64 Ko. La plupart de nos résultats se situaient à moins de 100 Mio/s les uns des autres, ce qui suggère que les performances de la nouvelle architecture de stockage sont au moins équivalentes à celles de l'ancienne, même lorsqu'elles ne s'améliorent pas.
Le débit étant généralement corrélé à la latence, nous avons également observé des baisses importantes de la latence moyenne de lecture aléatoire pour les tests 4K et 64K. Nous avons constaté une diminution de 38.46 % pour les lectures aléatoires non natives 4K, passant de 0.169 milliseconde à 0.104 milliseconde. Les tests de lecture aléatoire 64K ont montré une diminution plus faible, d'environ 13.39 %. La latence n'a pas varié de façon significative pour les opérations de lecture séquentielle, mais les opérations d'écriture aléatoires et séquentielles ont globalement augmenté, malgré un débit similaire ou supérieur.
Outre l'augmentation des vitesses de lecture aléatoire, nos tests FIO ont révélé une autre tendance intéressante : une diminution substantielle de l'utilisation totale du processeur pour les opérations de lecture et d'écriture séquentielles à 64 Ko et 128 Ko. Les tests d'écriture séquentielle ont affiché les différences les plus marquées, avec une baisse moyenne de 12.66 % de l'utilisation du processeur à 64 Ko et une baisse presque identique de 11.11 % à 128 Ko. Le test de lecture séquentielle à 128 Ko a également enregistré une baisse d'utilisation de 12 %, contre seulement 7.78 % pour la lecture séquentielle à 64 Ko. Il convient de noter qu'avec un processeur suffisamment rapide, il est possible que les deux piles atteignent le plein potentiel d'un périphérique de stockage ; par conséquent, le débit pourrait ne pas augmenter, mais l'utilisation des ressources du processeur diminuerait.
Points clés à retenir
Bien que nombre de nos résultats aient présenté une variabilité inter-exécution après l'activation de la nouvelle architecture de stockage, nous avons pu corroborer plusieurs affirmations de Microsoft, notamment une bande passante de lecture accrue avec une latence réduite et une diminution générale de l'utilisation du processeur. Ce changement étant assez radical pour leur architecture de stockage Windows Server, vieille de plusieurs décennies, Microsoft activera d'abord la technologie NVMe native par défaut dans Windows Server vNext. Heureusement, cette fonctionnalité peut être activée sur Windows Server 2025 via une simple modification du registre ou une stratégie de groupe, permettant ainsi aux administrateurs de serveurs les plus audacieux de profiter de cette nouvelle architecture dès aujourd'hui (après avoir pris connaissance des risques liés à son déploiement).
Nous avons hâte de voir la technologie NVMe native activée par défaut sur la plateforme Windows Server, et nous espérons que les fabricants de SSD NVMe, de cartes RAID et de contrôleurs HBA adhéreront à cette technologie, car ils devraient être en mesure de faire passer les améliorations de Microsoft au niveau supérieur !
Références
Hands, J., Worley, D. et Lakhveer Kaur. (s.d.). Espaces de noms NVMe. Consulté le 30 décembre 2025 sur NVM Express : https://nvmexpress.org/resource/nvme-namespaces/
Lee, S. (15 septembre 2025). SNIA SDC 2025 – Stockage multi-files d'attente sous Windows. San Tomas, CA, États-Unis : Storage Networking Industry Association. Consulté le 29 décembre 2025. https://www.youtube.com/watch?v=dR-DWrmCba0&t
Lee, S. (16 septembre 2025). Stockage multi-files d'attente sous Windows : une nouvelle architecture pour le matériel de stockage haute performance. Consulté le 29 décembre 2025 lors de la conférence des développeurs SNIA. https://www.snia.org/sites/default/files/2025-10/SNIA-SDC25-Lee-Storage-Multi-Queue-On-Windows.pdf
Shekar, Y. (15 décembre 2025). Annonce de la prise en charge native de NVMe dans Windows Server 2025 : une nouvelle ère de performances de stockage s’ouvre. (Microsoft) Consulté le 29 décembre 2025 sur la page Actualités et bonnes pratiques de Windows Server. https://techcommunity.microsoft.com/blog/windowsservernewsandbestpractices/announcing-native-nvme-in-windows-server-2025-ushering-in-a-new-era-of-storage-p/4477353
Association de l'industrie des réseaux de stockage. (s.d.). Qu'est-ce que SCSI ? Consulté le 30 décembre 2025 sur le site de l'Association de l'industrie des réseaux de stockage : https://www.snia.org/education/what-is-scsi
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