Vorweg:
Ich habe noch nie ein Xi 3650 "Live" gesehen. Ich habe allerdings ein Amilo Si 1520 von einem T5600 auf einen T7600 und ein Thinkpad T530 von einem i5-3360M auf einen i7-3720QM aufgerüstet. Meine Aussagen basieren auf den Erfahrungen zu diesen beiden Notebooks.
Das Xi3650 wurde maximal mit einem T9400 ausgeliefert und ich kenne auch keine Berichte zu stärkeren CPUs. Es könnte also sein, dass keine stärkere CPU funktioniert.
Ein Upgrade auf einen schnelleren Core2Duo wird in der Praxis nichts bringen. Die CPUs sind aus heutiger Sicht alle langsam. Ein paar 100MHz mehr ändern daran nichts. Falls du es doch tun willst, solltest du den T9900 dem X9100 vorziehen. Die CPUs unterscheiden sich praktisch nicht, abgesehen davon, dass der X9100 eine TDP von 45W hat und daher heißer laufen wird als der T9900 und dein T9400 (beide 35W).
Zu beiden Ersatz-CPUs sei außerdem gesagt, dass sie ihren höheren Takt über einen höheren Multilpier erreichen. Ob der erreicht werden kann ist eine Frage des BIOS'. Offenbar war schon für den T9400 eine minimale BIOS-Version nötig. [1]
Das einzig sinnvolle Upgrade sehe ich in einem Wechsel zu einem Core2Quad. Der QX9300 wäre eine Option, Weitere wären der Q9000 und der Q9100. Keiner davon hat einen höheren Multilpier als der T9400. Das sollte also unproblematisch sein. Allerdings könnte es sein, dass das BIOS keine Quad-Cores mag. Auch haben alle Quad-Cores eine TDP von 45W. Dein Kühlsystem wird also mehr gefordert. Ich würde unter Volllast mit um 10K höheren Temperaturen rechnen und auch der Lüfter wird unter Last mehr laufen.
Falls du dich für eine CPU mit 45W TDP entscheidest, dürfte es sinnvoll sein, wenn du dich mit dem Thema Undervolting beschäftigst. Aber auch bei geringerer TDP ergibt das Sinn (Temperatur, Lüfterlärm, Akkulaufzeit). Das geht bei meinem Merom sehr gut und sollte auch bei Penryns so sein, soweit mir bekannt ist. Wie man das unter Windows macht, weiß ich allerdings nicht.
[1] https://www.amilo-forum.de/topic,29784, ... ml#p193497