Melkij

Выясните сперва, способна ли ваша мат.плата завестись с xeon'ом по отзывам других экспериментаторов или есть ли успешные отзывы о родственных платах.

Затем поищите, есть ли резон.
Q6600 под разгоном до 3,6ГГц, помнится, жрёт порядка 200вт.
Старший Xeon под LGA771: ark.intel.com/products/36893/Intel-Xeon-Processor-... жрёт 150вт по паспорту. Т.е., охлаждение требуется тоже приличное. Это уже Penryn, а не Conroe, да побольше кеша, но много производительности это не даст.
На xeon очень радостно переезжать с двухядерников и, тем более, одноядерников. А с приличного 4-х ядерника - честно говоря, просто не вижу смысла.

Если вопрос именно в энергопотреблении - то поищите Xeon L5xxx

У процессора есть программно-доступный серийник?
Вроде таковой был только для Pentium III: https://en.wikipedia.org/wiki/CPUID#EAX.3D3:_Proce...

Увеличение производительности не менее чем на 50%

Приходите лет ещё этак через 5.
В топ-сегменте больше нет конкурентов, интел топчется на месте.

Разве только на Xeon переезжать. В десктопных материнках они, как правило, работают, зато за вполне вменяемые деньги имеют больше ядер.

Начните с простого: выясните, возможно ли вообще ваш процессор заменить или он припаян к материнке. И тот и другой процессор есть в исполнении BGA.

- Максимальная температура (90 и 100) (эту разницу, думаю, можно устранить с помощью охлаждающей подставки)

Это максимальная допустимая температура, а не тепловыделение. Паспортное тепловыделение (TDP) у них идентичное.

Помимо пыли и термопасты:
- отсутствие вентиляции внутри корпуса либо плохая (это возможно и при большом числе корпусных кулеров, стоит только перепутать воздушные потоки)
- неверно работает регулировка скорости вентилятора(-ов)
- плохой прижим радиатора к процессору
- плохой контакт радиатора и процессора - выгнутые/вогнутые поверхности cpu и/или кулера
- нештатный режим работы процессора. Даже если вы не меняли настройки сами, материнка может автоматически ошибочно выставить напряжение.
- вы "счастливый" обладатель современных CPU Intel (1150, поздние 1155 сокет). С неясными целями интел вместо припоя использовал непонятно что весьма скверного характера в качестве термоинтерфейса между чипом и крышкой термораспределителя. При использовании какого-нибудь боксового недоразумения и неудачного экземпляра вполне поверю в перегрев даже на штатной работе.

Помимо физики, есть вопрос с ценой.
Крупный кристалл - огромная отбраковка. Помнится, у такого GPU как GF100 (GTX480) в 529мм² выход 70% годных чипов - был очень радостным событием, заслужившем упоминание в новостях.
Огромный кристалл - очень мало рабочих чипов с пластины.

Потому что частоты и всякие количества не значат ровным счётом ничего в отрыве от архитектуры.

У FX'ов — слабые ядра, довольно большую часть блоков делят попарно (в частности, FPU). Но то, что интел назвали 4-х ядерным процессоров с 8 исполняемыми потоками, у fx'ов — 8 ядерный процессор.

Дальше в дело вступают задачи:
в играх нужно немного, но производительных ядер. fx могут тягаться разве только с i5
Если нужно много целочисленной математики — fx'ы вполне уместны.

Запустите какой-нибудь процессорный бенч, сравните результат с найденным в интернете (желательно для процессора той же серии, мегагерцы бывают разные) — узнаете, сколько ваша виртуалка может использовать процессора.
Сравнивайте результаты теста, запущенного в разное время суток — возможно узнаете, не балуется ли хостер оверселлом.