Du kan prova att använda en kolumnbaserad databas. Den här typen av databaser är mycket bättre på analytiska frågor av det slag du beskriver. Det finns flera alternativ:
http://en.wikipedia.org/wiki/Column-oriented_DBMS
Vi har goda erfarenheter av InfiniDB:
och Infobright ser bra ut också:
Både InfiniDB och Infobright har gratis community-utgåvor med öppen källkod, så jag rekommenderar att du använder dessa för att få några riktmärken på vilka typer av prestandafördelar du kan få.
Du kanske också vill titta på partitionering av dina data för att förbättra prestandan.