Finalmente eu entrei em algo. Eu não estou 100% de certeza, mas parece que é um mau funcionamento desagradável na placa de vídeo integrada Intel GMA HD3000. O problema pode ser acionado ao usar recursos 3D por muito tempo.
A taxa de falha não-Poisson é explicada pelo fato de que às vezes eu estava usando composição e às vezes não. Eu não consegui correlacionar a composição com os eventos suspensos.
O motivo pelo qual não obtive os problemas no Windows XP agora é óbvio: o Windows XP não usa composição e eu não joguei com ele. Portanto, nenhum 3D estava em uso. Uma vez que comecei um jogo, depois de algumas horas o adaptador gráfico caiu. Felizmente, o Windows XP (ao contrário do Linux) foi capaz de manipular mais ou menos o problema e com configurações mínimas (16 cores, 480x640 de resolução) me informou sobre a condição.
E agora as peças do quebra-cabeça se encaixam bem, e retrospectivamente acho que posso confirmar que os problemas no Linux estavam presentes somente quando a composição estava ativada.
Vou postar outra pergunta separada sobre como diagnosticar erros de placas gráficas no Linux.