Eu finalmente descobri o problema e não tenho certeza se isso é um bug ou um recurso.
Como estou usando o compilador CUDA, usei update-alternatives para definir o gcc 4.4 como meu compilador padrão. No entanto, desde as últimas atualizações do kernel, os drivers nvidia não são compilados se o compilador padrão estiver configurado para uma versão diferente, enquanto o kernel é construído com o 4.8. Ao tentar instalar manualmente os drivers nvidia oficiais sem dkms (que sempre falharam) eu finalmente recebi uma mensagem de erro que me apontou na direção certa.
A configuração do gcc padrão para 4.8 resolveu meu problema e eu consegui instalar o driver tanto do repositório quanto do site da nvidia. Este foi difícil de descobrir porque não houve mensagens de erro durante a instalação dos drivers dos repositórios!