Микроконтроллеры

Немного не так. Автомат, даже сравнительно большой, такую скорость выдержит без проблем.
Другое дело его связь с исполнительным оборудованием.
Здесь важно организовать работу так, чтобы автомат был полностью отдельным устройством, т.е. все входы и выходы - регистровые. Тогда проблем со скоростью не будет.