Видимо имелись в виду ATtiny25/45/85 или ATtiny24/44/84 и были попутаны с мегами. И все равно на них больше 20МГц не сделаешь. И внешний вход таймера у AVR'ов сэмплируется, больше половины тактовой туда не подашь.
Как вариант, можно сделать ШИМ снаружи на CPLD'шке небольшой.

Частота ШИМа десятки МГц !?? Это счетчик под гигагерц загнать или имелась в виду частота счетчика, а самого ШИМа сотни кГц?