Eu começaria pesquisando o FUSEFS e o mcachefs. Parece que isso é viável usando mcachefs. Também perceba que esses cartões SD têm um número limitado de ciclos de gravação antes que a integridade dos dados comece a se degradar. Não é uma questão imediata, mas algo para estar ciente da linha.
Uma alternativa seria usar o mcachefs e usar algum disco relativamente grande (1-2 TB) e, em seguida, obter um desses menores como discos de 320 gb 10.000 rpm com muito cache para usar como sistema de arquivos em cache, bem como swap e var. Não é tão legal, mas pode evitar dores de cabeça no caminho.