Depois de mais experimentos e batidas de cabeça, acontece que o driver SATA AHCI da Microsoft é uma merda. Após inicializar em um servidor Linux, verifiquei que não há nada errado com o hardware, e o hotplug funciona exatamente como esperado no Linux nesta máquina. Então, só por diversão, decidi ver o que aconteceria com a unidade conectada na inicialização: o Windows a reconhecia como esperado. (Eu não tentei isso antes porque eu não queria reiniciar, e outras unidades funcionavam muito bem quando hotplugged.)
Decidi então atualizar meu BIOS para a revisão mais recente (que eu realmente não esperava consertar nada e que não esperava, mas quem sabe com o Windows) e, finalmente, verificar novamente os drivers atualizados. Eu pensei que tinha baixado o mais recente de tudo quando eu construí esta máquina 2 meses atrás, mas descobri que eu precisava instalar o "GUI-app" que soa como um inútil "Intel Matrix Storage Manager" que também acontece mencionar profundamente no manual que inclui o driver Intel SATA AHCI. Com o driver AHCI não genérico instalado, o hotplug agora também funciona com essa unidade.
Oh, o driver do Windows, como eu não senti sua falta nem um pouco.