Para que quieres subir a los 20 MHhz ¿ un microcontrolador a 16 Mhz ya es potente de sobras, solo es cuestión de optimizar el código de Programa
Estamos hablando de tiempo de instrucción de 20 nanosegundos , mi consejo es que se optimice el código lo suficiente evitando tiempos de espera, delays, y bucles infinitos que enlentecen el programa, con un código bien optimizado el Micro es rapidísimo en su respuesta
Los relés de estado sólido pueden conmutar tanto AC como DC y esta puede ser de 12 o 24 V con lo cual no hay problemas si se manipula en la placa de control. Piensa que una salida a relé te va a producir picos de tensión inducidos en su bobina, y aunque se atenué, siempre produce armónicos en las líneas de alimentación
La parte de Potencia evidentemente ha de estar protegida para evitar accidentes al manipular pero esto es así en todos los casos al manejar más de 24 V tanto en DC como en AC
Opino que implementar tantas fuentes conmutadas no es una buena solución ya que trabajan internamente a 30 khz y por consiguiente son fuentes de radiación de interferencias magnéticas. Para el control de la placa yo aconsejo una Batería de litio recargable, y bien filtrada con condensadores electrolíticos. Me refiero que la alimentación del Atmega sea independiente totalmente de las demás lineas de alimentación. Con ello tenemos una estabilidad absoluta en la alimentación más todavía si se alimenta desde una batería de litio recargable.
Sobre la pantalla….porque ha de ser interfaz paralelo ¿ una interfaz Serie te requiere solo tres cables y es mucho más fácil de implementar.