Portanto, esta foi uma combinação de uma má distribuição de RAM e um bug no kernel do Linux que afeta o SATA. Eu coloquei o Ubuntu 10.04 lá e, eventualmente, deixei o memtest86 + rodando a noite toda (como executá-lo por 1.5 passagens antes de não ter eliminado o problema).
Depois que removi a RAM ruim, comecei a ver erros SATA em / var / syslog, semelhante a este:
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442340] ata4.00: exception Emask 0x10 SAct 0x4 SErr 0x4010000 action 0xe frozen
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442355] ata4.00: irq_stat 0x00400040, connection status changed
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442366] ata4: SError: { PHYRdyChg DevExch }
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442375] ata4.00: failed command: READ FPDMA QUEUED
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442388] ata4.00: cmd 60/08:10:88:a9:87/00:00:1b:00:00/40 tag 2 ncq 4096 in
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442389] res 40/00:64:30:aa:8b/00:00:12:00:00/40 Emask 0x10 (ATA bus error)
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442408] ata4.00: status: { DRDY }
Dec 8 14:56:17 george kernel: [ 36.442418] ata4: hard resetting link
Dec 8 14:56:23 george kernel: [ 41.724689] ata4: SATA link up 3.0 Gbps (SStatus 123 SControl 300)
Dec 8 14:56:24 george kernel: [ 42.445422] ata4.00: configured for UDMA/133
Dec 8 14:56:24 george kernel: [ 42.445432] ata4: EH complete
Eu finalmente descobri esse bug: link que me levou a tente um kernel Linux anterior (aquele que vem com o Ubuntu 8.04). A máquina tem funcionado bem desde então.