atomic builtins - для чего они применяются?

не... ты список операций посмотри, там сложение/умножение/etc. Штука в том, что эти операции гарантированно атомарны, а значит не убьют тебе многопоточную софтину. И, да, это всё есть в C11, так что гнутые расширения не нужны.

Даже если на определенной архитектуре load/store атомарны, есть еще такие вещи как оптимизации компилятора и memory barriers.
И если первое решается использованием volatile, то второе только ассемблерными инструкциями либо atomic builtin'ами - так что проще всего не изобретать велосипед, а использовать либо atomic builtins, либо библиотеки типа libatomic_ops.

там же не одна операция

... и memory barriers

что за зверь - поясни вкратце?

Дело в том, что как компилятор, так и процессор могут переупорядочивать инструкции если смысл кода от этого не меняется. Но если не использовать явных механизмов синхронизации, ни компилятор ни процессор ничего не знают о наличии тредов - и такая перестановка может полностью «испортить» код.
Приведу пример из википедии:

// первый тред
while (f == 0)
  ;
 // Memory fence required here
 print x;

// второй тред
x = 42;
 // Memory fence required here
 f = 1;

Для атомарности защита этими (или подобными) ф-циями нужна всегда. Если целевой CPU (который определяется аржитектурой и march=...) не поддерживает - будет одно из двух - или вызов тяжелой ф-ции с блокировкой, или сборка завалится на этапе компиляции или линковки. В твоих доках написано первое, но я встречал с gcc и второе.