Подскажите, хватит ли AT89C5132 и похожих контроллеров для реализации USB-флешки с нормальной скоростью (около 10 MБ/c на чтение)? Можно ли поставить что-нибудь другое кроме специализированных контроллеров?

Нет, однозначно. Надо как минимум USB High Speed, а у вашего МК только Full Speed. Посмотрите у тех же CYPRESS и ST Microelectronics ...

делали mass storage на cy7c68013a - среднюю скорость 32МБ/сек держал на bulk.

10 МБ/с как уже написали не получится из-за максимальной скорости Full speed.

На подобном микроконтроллере можно достичь например следующих параметров:
На основе Silabs C8051F342 и NAND-памяти при частоте микроконтроллера 48МГц при реализации Mass Storage получилась скорость чтения 500КБ/с, записи 400кБ/с.