Dieser Code in der main
Code:
    /* Replace with your application code */
    double x=0.5;
    while (1) 
    {
		x+=0.5;
		double y = atan(x);
		if (y > 1)
		     PORTB = 0xFF;
		else
		    PORTB = 0x00;
    }
benötigt lt. Simulator (ATMega328 ) etwa 2900 Zyklen pro Schleifendurchlauf. Das sind bei 8MHz ca. 360µs.
Per TWI zu FPU jeweils 4 Byte hin und 4 Byte zurück sind bei 400kHz Busfrequenz allerdings auch schon 200µs
Ok, den Bus kann man von Seite der FPU auf bis zu 4MHz hochdrehen, allerdings muss man im AVR immer noch in der ISR die Bytes einzeln einfüttern oder auslesen.

Hast Du schon mal über Overclocking nachgedacht?