Ne direkte Messung hab ich noch nie gemacht. Nur da beim "roh"-Schreiben der ganze Aufwand für die Verwaltung der FAT wegfällt (Einträge aktualisieren) könnte da schon ein subjektiv merklicher Geschwindigkeitsvorteil drin sein.

Wenn es eh egal ist, wie die Daten auf den PC kommen (roh auslesen geht z.B. mit HxD; oder vom Controller aus einfach wieder von der Karte lesen und formatiert per UART schicken), dann wär die Version ohne FAT insofern auch besser, als dass man sich nen Haufen Flash-Speicher spart. So ein Fat-Treiber ist ja nicht gerade klein (relativ...).
Da muss man aber halt wieder aufpassen, dass man die richtigen Sektoren erwischt. Also braucht man da wieder ne Art kleine Verwaltung, dass man nicht Sektoren eines anderen Logs überschreibt.
(Wenns eh nur 1 Logaufgabe ist, dann fällt das Problem auch weg)

Ich hab mich halt für FAT entschieden, weil im ATMega2560 bzw. 128 genug Flash frei ist und mir der Datenaustausch über Excel per .csv am besten passt, bzw. ich einfach Bilder/Icons o.ä. draufziehen kann.