A resposta é bem simples e direta. Não, isso não pode ser feito. As portas USB são conectadas diretamente ao controlador USB. Você precisaria remover o cabo interno para o controlador USB, portanto, a própria porta USB não está conectada a nada, depois também faz o mesmo para a porta USB 3.0. Em seguida, conecte um hub de porta USB 3.0 2 ao controlador USB da porta USB 3.0 e conecte as duas portas USB ao hub.
Você obviamente não terá o espaço dentro do dispositivo para fazer isso, então você automaticamente virá para a próxima melhor coisa. Use um hub USB 3.0 fora do dispositivo, mas isso não responde à sua pergunta, por isso comecei com: não, isso não pode ser feito.
Eu acho que, se você pudesse realmente remover o controlador USB 2.0 e substituí-lo por um controlador USB 3.0, ele poderia funcionar, mas o controlador USB3.0 pode ser maior que o controlador 2.0. Observe que isso impedirá que você conecte dispositivos usb 1.1, pois os dispositivos 2.0 geralmente são compatíveis retroativamente com dispositivos 1.1 e, possivelmente, 1.0, mas os dispositivos 3.0 geralmente são compatíveis apenas com versões 2.0.