O driver do controlador host Intel® USB 3.0 eXtensible na verdade inclui 3 drivers dentro da pasta Drivers do arquivo ZIP:
iusb3hub
iusb3xhc
iusb3hcs
Olhando dentro dos arquivos .inf dos três drivers, notei isso na linha 100 do iusb3hcs.inf:
XHCI.DeviceDesc = "PCI bus"
O barramento PCI é um dispositivo em dispositivos de sistema que já vem com um driver da Microsoft. Isso explica por que perdi isso ao instalar drivers no Gerenciador de Dispositivos (ele não tinha um sinal de alerta, pois já tinha um driver) e porque a SDI o perdeu durante a verificação de drivers.
Para ver se esse driver foi a causa do problema, fiz uma nova instalação do Windows 7 em um ASUS Sabertooth Z77, seguida pela atualização dos drivers das portas USB com o Gerenciador de dispositivos e a reinicialização. Como antes, as portas USB 3.0 funcionavam como portas 2.0. Em seguida, atualizei o driver para o barramento PCI no Gerenciador de dispositivos. Depois de uma reinicialização, as portas USB 3.0 foram executadas na velocidade máxima, não é necessário instalar o Intel. Essa abordagem tem o benefício adicional de não instalar o Intel USB 3.0 Monitor, que desperdiça espaço em disco e ciclos de CPU.
Para responder a pergunta, o instalador da Intel não apenas instala drivers para as portas, mas também atualiza o driver de barramento PCI, habilitando o USB 3.0 de alguma forma no sistema operacional.