Это смотря для какой задачи. Допустим, требуется нормальный SDR приемник собрать. STM32 вряд ли потянет, ПЛИС покупать дорого, а вот атом вполне может подойти. Можно еще и полноценный Linux засунуть туда.
ПЛИС на самом деле не такие уж и дорогие для многих задач (альтеровский чип на 10к блоков стоит 300 рублей на Али, если не хочется паять - есть платка за 3к. В общем, если ты не делаешь клон атома, то ПЛИС таки может оказаться выгоднее.
Если ножек мало, то есть варианты и в TQFP корпусе.
ПЛИС бывают очень разные. Есть и те, что стоят пару сотен тысяч, что даже дороже весьма неплохого ноута. А есть и дешёвые, стоящие меньше косаря. Какая ПЛИС нужна - полностью зависит от задачи. Правда, обычно там, где ставят ПЛИС за несколько сотен тысяч рублей, альтернатив то и нет, даже топовый десктоп с Core i7.
Но вообще конкретно x86 в качестве микроконтроллера не очень. Слишком много у них всяких конвейеров, кешей, так что невозможно предсказать сколько тактов займёт инструкция. Я уж молчу про наличие SMM (который может активно использоваться BIOS без возможности это отключить), который позволяет коду BIOS запускаться в произвольные моменты да так, что это даже обнаружить проблематично, не то что отключить. В общем, x86 по самой своей архитектуре нифига не риалтаймовые. Разве что самые древние типа 386. Но сегодня их всухую уделает по производительности какая-нибудь жирная STM32.
на atom e6xx, e38xx есть полные (?) даташиты, при желании можно самому проинициализировать периферию и запустить ос. Хотя это потребует усилий, что не очень хорошо.
А кто-нибудь их использует в качестве очень мощных микроконтроллеров?
На мой взгляд использование Raspberry Pi как платы на микроконтроллере уже извращение. А использование атомов и вообще x86 это уже что-то запредельное. Тут уже префикс «микро» не катит. 20К должно быть достаточно для каждого.