Der Performance Unterschied zwischen 8 und 16-Bit ist nicht so groß wie man es erwarten würde.
Nicht immer muss der 16 Bit Controller dem anderen überlegen sein

Zum speichern großer Datenmengen würde ich (wenn die Übertragung per Funk und abspeichern auf dem PC nicht in Frage kommt) eine SD-Karte verwenden.
Die sind leicht anzusteuern und bieten mehr als genug Platz.


Und das multithreading ist, wie schon erwähnt, eine reine Softwareangelegenheit.
Dabei ist es völlig egal welchen µC man verwendet.