Тут вопрос — для чего именно нужна скорость? RPi и прочих линуксы как правило не реалтаймовые, и не могут достаточно быстро реагировать на события, ну например считывать датчики положения и управлять моторами коптеров. А если нужно например обрабатывать поток данных, то как выше сказали, нужно подцепить ардуино к любому одноплатному компьютеру — RPi, cubie, beagle, etc. Нужна ли математика с плав точкой или хватит целочисленной, или вдруг opencl хотите запускать, все зависит от задачи.
По теме, если не думать о целях — Arduino Due, там все же SAM3X8E ARM, которые пошустрее 8 битного avr.